超宽组合梁剪力滞效应分析

超宽组合梁宽高比很大,在弯矩作用下超宽组合梁的力学特性与普通梁较为不同,目前相关技术规范尚缺乏关于超宽梁有效宽度的系统化公式。为了深入分析在弯矩作用下超宽组合梁剪力滞效应引起的正应力分布不均的特征,以深汕大桥为工程背景,利用ABAQUS有限元软件建立跨中15道中横梁梁段52.5m空间壳单元有限元简支梁体系模型和采用Midas civil建立空间杆系单元全桥模型,分析在自重、车道荷载、人群荷载和吊杆杆力作用下跨中截面顶、底板和1/4跨截面顶板的正应力和剪力滞系数的分布规律。分析结果表明,超宽组合梁在荷载作用下,结构受力存在明显的剪力滞效应,目前相关技术规范关于翼缘有效宽度计算公式的安全系数比实际高1.21~1.63倍。

深度学习代理模型的消防传感系统优化方法

传感器合理布置显著影响消防监测系统的实际效用。为确保火灾预警及特性识别效率,建立了一套基于深度学习代理模型的消防监测传感系统优化方法。通过建立火灾仿真模型获取多场景模拟数据,利用深度学习技术学习火场演绎规律,结合不同数据设定下的实验量化模型的识别准确率、查准率、查全率和F1-score,从空间布局和采集频率、探测时间角度对整体监测系统进行了优化。结果表明,优化后的传感系统可在满足火灾特征识别准确率的前提下,显著减少传感器数量及数据采集成本。该解决思路可推广应用于不同建筑场景,为消防监测系统设计提供决策支持,研究成果有利于智慧消防和智慧建筑发展。

桥梁承载能力多水准可靠度评定方法

为在中国桥梁评定规范中引入“保守设计,非保守评定”的思想,提出一种“新-旧桥”两水准可靠度评定方法.对比分析了中、美桥梁评定规范分析检算公式、评定可靠指标和分项系数的异同,并将美国规范通过折减活载分项系数调整评定可靠度的方法引入中国规范中.首先提出了将新桥设计可靠指标折减0.5作为旧桥评定可靠指标的方法,之后通过一次二阶矩方法对不同受力形式、不同荷载运营状况的评定活载分项系数进行校准,给出了“新桥1.4,旧桥1.2”的评定活载分项系数取值建议,最后通过一个RC简支T梁桥评定算例验证了方法的可行性.结果显示,所提出评定方法与规范方法相比最不利需求能力比降低了0.07,实现了在役旧桥的非保守评定.

锈蚀钢丝及拉索模型静力拉伸和声发射监测试验研究

为更加精确地感知拉索锈蚀病害,评估服役拉索的健康状况,对锈蚀拉索的力学性能退化与拉伸受力声发射特征之间的相关性进行研究.采用中性盐雾腐蚀模拟制作了4种不同锈蚀等级的高强钢丝和拉索,开展了锈蚀高强钢丝及拉索模型的静力拉伸加载试验,提出了考虑锈蚀和制索工艺影响的拉索承载力计算方法并与实测值进行对比验证,同时采用声发射技术监测了整个拉伸断裂过程.结果表明,计算承载力与实测承载力两者吻合良好,最大相对误差仅为5.8%.随着锈蚀率的增大,拉索模型的延性较承载力下降更为显著.断丝产生的声发射能量最大,断丝峰值频率维持在75 kHz左右,且受锈蚀钢丝延性下降的影响,断丝信号的振铃计数和持续时间均会随着锈蚀率的增大而变大.

摩擦型阻尼器的斜拉索减振试验研究

通过人工激振后测自由振动衰减,得到了拉索-摩擦型阻尼器系统的对数衰减率.试验结果表明,安装摩擦型阻尼器后拉索阻尼有了很大的提高;试验测得的对数衰减率值与拉索的最大振幅及模态均相关;实测所得到的对数衰减率-振幅及模态关系和Main提出的理论计算结果,在拉索所能获得的对数衰减率最大值及对数衰减率值随振幅及模态的变化趋势相吻合,然而在振幅的幅值对应上存在较大的差异;对于非线性较强的摩擦型阻尼器,Main提出的理论仍需进行修正方能在阻尼器优化设计中应用.

桥梁荷载试验研究综述

我国是一个桥梁大国,新建和已建桥梁众多。精确有效地评估桥梁状态以确定其承载能力和可靠度水平具有重大的社会经济意义。桥梁荷载试验可以直接测量桥梁结构特性,为桥梁结构的维护提供基础评价指标。目前,利用荷载试验结果评定桥梁承载力性能的基本架构已经建立,但尚有诸多细节问题没有得到解决,仍需进一步展开精细化研究以精确判定桥梁的实际承载能力。

应用油阻尼器的斜拉索实索减振试验研究

应用一种国产油阻尼器进行了斜拉索实索减振试验研究。通过自由振动衰减曲线计算得到了拉索-油阻尼器系统前3阶模态的对数衰减率值。试验结果表明拉索的内阻尼很小,对数衰减率均值小于0.005,频率值则与理论计算值很接近。安装油阻尼器后拉索前3阶模态的对数衰减率均值达到了0.03以上,表明油阻尼器可有效抑制拉索的振动,拉索的频率在安装阻尼器后稍有增大。试验实测得到连接油阻尼器后拉索的对数衰减率值要小于理论计算值,导致这一差异的原因是由于阻尼器支架连接刚度、阻尼器连接件空隙的影响。因此,必须对拉索减振工程中阻尼器支架和连接件的设计安装予以重视。

简支梁桥形状记忆合金装置减震防落研究

进行了直径为8 mm的国产形状记忆合金棒材拉伸试验,由实验数据拟合得到其基本力学模型参数。以一座3跨简支梁桥为例,基于日本桥梁抗震规范设计形状记忆合金减震防落装置。采用ABAQUS有限元分析软件建立该简支梁桥有限元分析模型,进行地震响应动力时程分析。研究形状记忆合金防落装置初始间隙、装置长度对防落效果及桥墩内力的影响规律,且与传统的钢绞线防落装置进行了对比分析。研究结果表明减少形状记忆合金装置长度与初始间隙,碰撞现象和墩梁相对位移会减少,但墩底剪力会相应增加;形状记忆合金防落装置对碰撞与墩梁相对位移的控制效果优于钢绞线防落装置。

拉索-弹簧系统的振动特性研究

将拉索简化为一根张紧弦,并将辅助索对拉索的刚度贡献简化为一根弹簧所提供的刚度,基于拉索-弹簧系统的动力学方程,采用分离变量法得到了拉索-弹簧系统的特征方程。研究了当弹簧刚度取极限值时特征值(振动频率)的极限解,由此确定了特征值的存在范围。当弹簧靠近锚固端时,由一阶泰勒展开得到了特征值的迭代解和近似解。分析了弹簧刚度和安装位置对拉索振动频率的影响,研究了针对提高低阶模态振动频率时弹簧的优化设置位置。研究结果为进一步研究辅助索减振设计问题提供基础理论依据,对辅助索减振设计也有一定的参考价值。

锈蚀-疲劳作用下的砼梁桥失效概率分析

研究氯离子侵蚀、混凝土开裂和车辆荷载反复作用对钢筋混凝土梁桥结构抗力退化的影响,建立了砼梁桥在锈蚀疲劳作用下的结构抗力退化模型,采用蒙特卡洛法编写了相应的时变失效概率计算程序.以广东省某沿海砼简支梁桥为例,计算其时变失效概率,并预测其使用寿命.分析结果表明,在车流密集锈蚀-疲劳作用下,砼梁桥的时变失效概率远大于仅考虑锈蚀影响的时变失效概率,指出在分析砼梁桥可靠度时,应考虑车辆荷载反复作用对结构抗力退化的影响.

基于监测数据的斜拉索模态参数变异性分析

基于某大跨斜拉桥5根拉索1年的加速度和温度监测数据,系统分析了在良好天气和暴雨天气下拉索模态参数和索力的变化特征.使用快速傅里叶变换和随机子空间法识别模态频率和阻尼比.对比发现,暴雨天气下拉索振幅大,低阶模态的振动明显,模态阻尼比在两种天气下有一定的差异性.使用频率法计算得到了各拉索连续一年的索力值,其为非平稳时间序列,且具有年和日周期性的波动.索力-索温关系分析表明,各拉索索力-索温的关系各不同,同一根拉索在不同温度范围内的索力-索温关系也可能存在很大的差异.使用半功率带宽法计算得到了各拉索连续一年的阻尼比,得到了自相关函数和其自功率谱,并拟合得到了阻尼比的边缘概率密度分布函数.分析表明,各拉索阻尼比具有时长为1 d、12 h、6 h的周期成分,其边缘概率密度函数可用Burr分布描述.拉索的阻尼比受环境温度的影响较小,受车辆荷载的影响较大.

美国近期桥梁失效案例分析

研究分析引起桥梁失效所有的原因可使设计和施工更专业化，降低桥梁失效的可能性。分析了美国从1989至2000年间503座桥梁的失效案例。失效桥梁寿命介于1年（施工中）和157年之间，平均寿命为52．5年。桥梁失效主要由洪水和意外碰撞所导致。洪水和冲刷，尤其是1993年的特大洪灾，是造成桥梁失效的最主要原因（约占总数53％）；超载和侧向撞击导致的桥梁失效占总数20％；其它常见的失效原因还有：设计、施工图设计、施工、建材缺陷及养护的不足。3段时期（1977-1981年，1982-1988年和1989-2000年）的研究比较表明，失效原因的倾向性基本相同，且桥梁失效主要发生在服役期间。人为因素导致的桥梁失效在这3段时期都存在，但在第1段和第3段时期更为显著。信息技术在数据的收集和分析方面起了重要的作用。

桥梁抗震防落装置的应用与发展

落桥破坏是桥梁结构在地震灾害作用下的破坏形式之一,在桥梁伸缩缝处安装防落装置是一种有效的防落桥方法,在国外已有成功的应用案例;但在国内的应用与研究则处于起步阶段,没有具体的设计方法。通过调研我国以及日本、美国相关规范,对各国规范中关于防落装置的设计方法进行对比分析,总结现有国内、外防落装置的类型、特点及其应用现状。整体来看,日本、美国已有较成熟的防落装置设计方法及工程应用经验,我国需进一步充分吸收国外的相关研究成果,完善规范中有关防落装置的设计思想和方法,以满足桥梁工程技术发展应用的需求。

被动磁流变阻尼器的实索减振试验研究

对磁流变(MR)阻尼器进行了实索减振试验。试验时改变MR阻尼器的输入电压来改变MR阻尼器的输出力。通过人工激振拉索后,测得拉索的振动波腹点位移衰减时程曲线,计算得拉索的对数衰减率值。结果表明拉索的对数衰减率值与MR阻尼器的输入电压、拉索振动阶数和拉索振幅均相关。拉索的对数衰减率值当附加MR阻尼器有输入电压时有了大幅增长,其值在大部分振幅区域内大于0.03,可满足拉索减振要求;而当MR阻尼器无电压输入时对数衰减率值小于0.03,无法满足拉索减振要求。试验发现拉索的对数衰减率值-振幅曲线随着MR阻尼器的输入电压及振动模态阶数大小的变化具有良好的规律性,且针对各阶振型具有相接近的最大对数衰减率值和最小的对数衰减率值,提示了利用MR阻尼器进行半主动优化控制的可能性。

斜拉索附加带刚度阻尼器的参数优化分析

斜拉索的风雨振动及其控制是目前国内外研究的热点问题之一。其中,阻尼器减振技术得到了广泛的应用,但是,对于阻尼器的一些非理想因素如阻尼器刚度的影响,尚缺乏研究。本文对斜拉索附加带刚度的阻尼器的模态阻尼比进行了分析,通过分析复频率的变化,在阻尼器安装点距拉索锚固点长度与拉索长度之比远远小于1的假设下,得到了考虑刚度影响的拉索阻尼器的模态阻尼比的近似解析解。该近似解析解与数值计算得到的精确解对比吻合良好。对于斜拉索减振,与忽略刚度影响的阻尼器类似,带刚度的阻尼器同样存在着通用设计优化曲线。阻尼器所带有的刚度将显著的减小拉索-阻尼器系统所能获得的最大模态阻尼比,而所对应的阻尼器最优阻尼值将增大。

辅助索接地的简化索网-阻尼器系统的阻尼和频率

索网-阻尼器-接地辅助索系统的振动特性研究对于拉索减振问题具有重要的工程应用价值.本文建立了由2根水平拉索和1根锚固于桥面的辅助索组成的简化索网系统,将辅助索简化为线性弹簧单元,基于弦理论,由拉索锚固端的位移边界条件和阻尼器、辅助索安装位置处位移及力的连续条件,推导得索网系统的复特征值方程,并由此求得阻尼和频率的数值解.以3、4阶振动模态为例,讨论了弹簧刚度、安装位置对最大模态阻尼比、阻尼器的最优阻尼系数和相应振动频率的影响.研究结果表明,索网系统的各阶模态存在奇数阶和偶数阶两种模态,两种振动模态具有不同的振动特性.随着辅助索与桥面连接段刚度的增加,最大模态阻尼比可能的取值上限将增加至单索-阻尼器系统的最大模态阻尼比值的2.0～2.4倍,但辅助索可选择的优化安装区间则变得更为狭窄和分散。

附加双线性油阻尼器斜拉索的阻尼特性研究

利用Galerkin法,得到附加双线性油阻尼器拉索的运动方程。通过Runge-Kutta-Felhberg(RKF)方法得到其自由振动衰减曲线,并基于能量损耗原理的方法计算出拉索的模态阻尼。分析了双线性油阻尼器的一次阻尼系数、二次阻尼系数和变换速度对拉索阻尼的影响。提出了基于一个周期内消耗能量相同的线性化等效设计计算方法,并与数值计算分析结果进行比较分析。研究结果表明双线性油阻尼器较线性阻尼器具有其独特的优点。

斜拉索风雨激振的形状记忆合金半主动控制数值模拟分析

斜拉索风雨激振的控制是斜拉桥工程的关键技术难题之一。本文利用轴向设置的形状记忆合金(ShapeMemory Alloy,SMA)作动器,对斜拉索的风雨激振进行了半主动控制数值模拟分析,控制规则采用KOBORI开关控制。数值分析结果表明,SMA半主动控制可有效的控制拉索的风雨激振;SMA的设置长度及初始的应变大小对控制效果有较大的影响,SMA长度越长,初始应变越大,其控制效果越佳。对由SMA控制引起的拉索张力变化做了分析,其张力的变化很小,在可接受的范围内。研究表明,SMA作动器在参数非理想时控制效果可能有所降低,但控制的稳定性良好。

国产粘性阻尼器的实索减振试验研究

在拉索上附加耗能减振阻尼器是斜拉索振动控制的主要手段之一,而拉索在附加非线性粘性阻尼器后的阻尼特性尚未见试验研究报道。本文对一种国产非线性粘性阻尼器进行了实索减振试验。在工厂内张拉一根长215.58 m的拉索,利用人工激振拉索至一定振幅后测得的振动衰减的位移时程曲线,计算了空索及拉索—阻尼器系统前三阶模态的对数衰减率值;同时也测量了阻尼器工作时的阻尼力。试验结果表明,空索的内阻尼值很小,可忽略不计;而拉索—阻尼器系统的对数衰减率值则与振幅相关。试验测得拉索—阻尼器系统的前三阶模态的对数衰减率均值达到了0.04,可以有效地抑制拉索的振动。将实测对数衰减率平均值与理论计算对数衰减率最大值比较,得到拉索减振设计时可采用的阻尼器效率系数。

摩擦阻尼器-拉索系统振动特性试验研究

为研究拉索摩擦阻尼器的减振效果,开展了附加摩擦阻尼器拉索的自由振动和强迫振动特性试验.首先进行铜-钢金属摩擦阻尼器模型的力学性能试验,得到螺栓扭矩与摩擦力之间的关系.然后进行摩擦阻尼器-拉索系统模型自由振动特性试验研究,由试验测得的自由振动位移衰减曲线得到对数衰减率,分析得到对数衰减率随振幅的变化规律,并与现有理论进行对比.通过快速傅里叶变换和小波变换对自由振动加速度时程进行频谱分析和时频分析得到模态频率变化情况.最后进行拉索-摩擦阻尼器系统的不同激振力-控制强迫振动试验,通过扫频方式得到拉索振幅与激振频率的关系,研究摩擦阻尼器对拉索共振幅值的影响.试验结果表明摩擦阻尼器可以有效地减小小幅与大幅激振力时强迫振动的共振幅值;两者相比,摩擦阻尼器在大幅激振力作用下减振效果更显著.