压弯剪扭复合作用下灌浆套筒装配式RC墩的抗震性能

随着城市交通的快速发展,对其建设要求越来越高,城市桥梁主要为匝道桥、斜交桥等非规则桥梁.为得到压弯剪扭等复合地震作用下装配式墩的损伤机理和滞回特性,进行了灌浆套筒连接(Grouting Sleeve,GS)、灌浆套筒和钢管混凝土剪力键组合连接(Grouting Sleeve and Steel-tube,GSS)装配式墩和钢筋混凝土现浇(Reinforced Concrete,RC)墩等三种桥墩在压弯剪扭复合作用下的拟静力试验.结合现有混凝土结构设计规范计算剪扭相关曲线,并与试验结果进行对比,分析装配式墩复合荷载作用下的剪扭承载能力.结果表明:GS构件与RC构件以压弯扭破坏为主,而插入钢管剪力键的GSS构件则发生塑性铰上移,呈现出剪扭破坏的特征.GS构件和RC构件具有较好的弯曲耗能能力,增加钢管剪力键的GSS构件则可以提升抗弯承载力.装配式墩接头导致其整体性较弱,GS构件和GSS构件抗扭承载力小于RC构件.各构件在复合荷载作用下的剪扭相关关系接近规范中的1/4圆理论曲线,研究结果可以为灌浆套筒连接装配式墩在压弯剪扭复合作用下的抗震性能分析提供参考.

水平初位移下基础隔震结构现场动力特性测试

应用被动控制技术建成的隔震建筑,其隔震性能缺乏检测手段,因此进行隔震结构动力特性的现场测试具有重要意义。现场测试1栋4层基础隔震幼儿园,展示了试验装置、方法及所得结果,将结果与同条件下非隔震结构模型进行对比分析,探究实际隔震结构动力响应规律及减震效果。用液压千斤顶将建筑物推开使隔震层产生98 mm(对应LNR500剪应变102%)水平初位移,安装混凝土顶杆支撑建筑物;利用炸药将顶杆爆破卸载使建筑物做自由振动;最后测试和分析其动力响应等参数。分析结果表明:水平初位移条件下,隔震结构的一阶自振周期比非隔震结构显著延长,阻尼比增大;隔震层滞回曲线饱满;各楼层动力响应控制效果明显,但观察到屋顶层相比底层加速度略有放大;卸载后隔震层瞬间复位,表明隔震层具有瞬间复位特性。

基于贝叶斯网络的结构易损性智能推理

为实现结构易损性的智能化推理,提出以贝叶斯网络(Bayesian networks,BNs)重构桁架结构的易损性分析体系。首先,分别定义外荷载、体系和杆件为网络顶层父节点、中间节点和底层子节点,节点间通过有向弧表示因果关系,形成BN拓扑;接着,提出以杆件“大损伤”替代传统的“概念移除”方式,考虑杆件参数及外荷载的不确定性,结合抽样实现对节点间条件概率表的学习,完成BN的构建;然后将特定杆件的观测状态作为证据输入BN,同步推理其他杆件的节点状态概率,进而计算杆件的重要性系数,并定义所有杆件的重要性系数之和为体系的易损性系数;最后,提出杆件易损指标,作为预测桁架体系最可能失效路径的依据。研究结果表明:所提方法能更合理地评价各杆件在体系中的重要性,推理得到的杆件破坏路径与试验观测一致,所计算的试验桁架体系易损性系数远小于杆件数目,表明当前荷载组合下特定杆件的损伤引起体系发生连续性倒塌的可能性较小。

基于BP神经网络的斜拉索损伤识别方法

斜拉桥拉索损伤识别中不仅需要拉索发生损伤时自身索力的变化,还需要考虑拉索发生损伤引起的其他拉索索力变化,以单索索力变化为指标的方法难以适应斜拉桥的拉索损伤识别。以不同损伤下全桥索力变化率作为输入向量,拉索损伤位置和损伤程度工况为输出向量,建立了较为精准的BP神经网络模型。对斜拉桥模型在发生单根和2根拉索损伤工况时进行损伤识别,并随机选取不同损伤工况对BP神经网络模型的准确性进行验证,拉索损伤识别误差在6.0%以内。结果表明:以拉索索力变化率为指标,基于BP神经网络模型能够有效地识别斜拉桥拉索的损伤位置和损伤程度,为桥梁安全运营提供保障。

综合单位线在洪水预报中的应用

洪水预报对于流域和城市地区的防洪减灾工作至关重要。在流域方面,洪水预报方法发展较为成熟,城市地区的应用尚处研究探索阶段。实际工作中,大洪水期间高精度水文水动力模型不同程度的受到电力、时效性、传输条件等制约,而单位线方法简洁高效,受限因素少,能够发挥重要作用。针对当前情况,研究引入了改进的综合单位线法,评估其在流域和城市洪水预报中的实践效果。首先,基于Snyder综合单位线法计算福建省穆阳溪流域洪水过程,与新安江模型结果和实测资料进行对比分析;其次,在Snyder综合单位线的基础上考虑下垫面不透水性、坡度等,建立城市综合单位线,将其应用于在郑州城区的洪水过程线计算,并比较了该方法与主流SWMM模型模拟结果的差异。研究结果表明:综合单位线法在所选流域计算洪水与实测、水文模型结果接近,预报合格率为91.7%,且无峰现时差;城市区域计算结果与SWMM模型结果相比,大部分场次洪水的洪峰流量相对误差在10%以内,72.7%的场次洪水确定性系数在0.9以上。通过实例应用表明,相较于水文、水动力模型法,综合单位线法计算的洪水部分涨落过程优于模型结果,更符合实际过程,并且计算简洁,所需参数少,实施推广性强。进一步验证了综合单位线法在洪水预报中的优越性,为洪水过程计算提供了一种有效的方法。

近场脉冲型地震动的频谱与反应谱特征分析

近场脉冲地震动在频谱与反应谱方面的特殊性质,易使中、长周期结构地震响应强烈。为深入分析近场脉冲地震的频谱与反应谱特性,对140条近断层地震的傅立叶谱特征、速度脉冲特性和反应谱特征进行分析,并研究了脉冲周期与反应谱形状的相关性,拟合了近场脉冲地震动的设计反应谱,将其与我国规范设计反应谱对比。结果表明:近场脉冲地震包含较多的长周期频谱,在脉冲周期处易发生共振响应;随脉冲周期增大,地震动PGV/PGA与PGD/PGV变大,反应谱加速度敏感区延长,位移敏感区缩短,速度谱、位移谱峰值加大;脉冲周期与反应谱速度和位移敏感区的界限大致重合;加速度谱双峰现象来源于地震脉冲分量加速度反应谱的峰值;随场地土变软,近场脉冲地震设计谱平台段加长、特征周期变大、下降段谱值增高,且均高于我国规范设计谱。

隔震结构现场动力特性测试

已建成的隔震建筑,其结构的动力特性不可调节且缺乏自适应的控制能力,进行现场结构的动力特性测试具有重要意义。现场测试2栋4层隔震教学楼,介绍了试验装置、方法步骤及所得结果,并与同非隔震结构进行数值对比,获得实际隔震结构响应规律和结构特性。测试首先用液压千斤顶使隔震层产生水平初位移(对应隔震支座剪应变超过100%),液压千斤顶瞬间卸载使建筑物做自由振动;最后进行测试和分析。结果表明:水平初位移条件下,隔震结构动力特性主要体现在一阶自振周期,其比非隔震结构延长,阻尼比增大;隔震层滞回曲线饱满;各楼层动力响应控制效果明显;隔震层具有瞬间复位特性。测试结果可为检验隔震结构的抗震性能提供重要参考。

基于随机状态空间模型的工程结构损伤检测

对环境激励的响应信号采用数据驱动随机子空间算法得到随机状态空间模型的状态矩阵A,并作为损伤敏感特征。为克服状态矩阵A的多样性问题,构造了非奇异线性变换矩阵T,将状态矩阵转换为能控标准型,同时将状态矩阵分解成m个子系统(m为测点数)。为克服测试误差、噪声、环境因素的影响,引入统计模式识别技术,对每一个子系统的状态向量构造Mahalanobis距离判别函数,并定义β损伤指标,对结构进行损伤识别及损伤定位。数值实验及预应力简支梁实验验证了该方法的有效性。

永安市北塔大桥汽车静载试验

永安市北塔大桥为 3孔中承式钢管砼拱桥 ,大桥建成后通过汽车静载测试 ,对测试结果进行了处理 ,并与数值计算结果进行对比 ,从而对永安市北塔大桥整体结构的安全承载能力和使用条件作出了判断 .

利用振动法测量预应力体外索的索力

为了能够利用振动法测量316国道洪塘大桥预应力体外索的索力,本文根据理想弦的振动方程以及梁的横向振动方程,建立起有灌浆预应力体外索索力的计算模型,该计算模型中含有两个权重系数λ1、λ2。利用该桥体外预应力索的模型实验数据,通过最小二乘法拟合出系数λ1、λ2并得到体外索索力的计算公式。误差分析表明该体外索索力计算公式误差小,可以用于洪塘大桥体外索索力计算以及该桥体外索长期健康监测。

锤击法沉桩对周边建筑振动影响有限元分析

为研究锤击法沉桩振动影响,以某工程为例,使用ABAQUS建立三维有限元模型并施加无限元人工边界,以实现锤击沉桩施工过程。通过实地测试数据拟合结果,总结出锤击法施工下土体振动衰减规律。结合现有规范,给出了锤击法施工对于3种不同建筑类型的影响范围。结果表明,锤击法下土体质点速度呈衰减趋势,振荡速度峰值在频率为0.5 Hz时出现,主频集中于3.8~6 Hz之间,属于低频振荡且受阻尼效应影响,衰减较为缓慢。单桩锤击法施工条件下,工业、民用和敏感建筑影响范围分别为12.5、14.0和22 m,研究成果可为类似施工条件下的沉桩过程提供参考。

公路钢板梁桥的动力监测

在桥梁结构评估中已存在一些不同的监测技术,这些技术主要是基于结构的静力或动力行为的变化。由于动力特性参数基本上不因荷载的变化而变化,因此,使用动力特性进行结构评估较使用静力特性具有许多优越性。在使用动力特性时,试验证明仅使用结构的固有频率和模态振型是不够的,而利用固有频率和模态振型的导出量更会产生结构识别的诊断参数,模态柔度法即是其中的一种。对模态柔度法进行了修正,使之能适用于环境振动的条件。一座公路钢板梁桥现场试验结果表明,修正的模态柔度法可以清晰反映桥梁结构行为的变化。

西宁北川河钢管混凝土拱桥的理论和实验模态分析

对西宁北川河钢管混凝土拱桥进行了理论与实验模态分析,该桥为中承式钢管混凝土系杆拱桥,净跨90m,桥面净宽21.6m。本文首先介绍了现场环境脉动实验概况,利用频域中的单模态识别法(SDOFI)、峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁动力参数识别;利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型,并进行了参数修正,理论和实验模态分析结果具有相当好的吻合程度。参数分析表明:不同规范的动力特性计算结果是有一定差别的。此类测试和分析可以提供结构健康监测的基准模型,服务于结构状态评估和修复。

大底盘层间隔震模型试验与平–扭耦合效应分析

大底盘结构在竖向刚度突变处震害严重,采用层间隔震体系能有效解决底盘和塔楼间刚度及质量突变的问题。已有研究对层间隔震结构进行了大量的数值分析,但相应的振动台试验研究缺乏,且塔楼偏置的大底盘层间隔震结构平扭耦合效应研究未见报道。因此为了指导工程抗震设计,研究了塔楼偏置的大底盘层间隔震结构的地震响应和平–扭耦合效应。首先,建立一个位于8度设防区具有典型工程应用意义且塔楼偏置的大底盘结构(单塔楼),其底盘为2层,塔楼为6层,塔楼与底盘的平面面积比为1∶2.4,塔楼高宽比为1∶3,符合大底盘结构的受力特征和条件;接着,对其进行简化和缩尺并制作模型;最后,进行了双向振动台试验与数值分析对比。试验得到了模型各楼层的加速度和层间位移。结果表明:采用层间隔震技术,塔楼各层加速度和层间位移减震效果均显著,在0.60g作用下,减震率(Y向)分别为83.13%和81.18%以上;底盘加速度响应不减少反而增加,减震率(Y向)处于–12.69%～–24.07%;底盘层间位移减震率(Y向)在15.53%～17.15%,减震效果差;进一步分析得,模型在0.60g作用下塔楼仍处于弹性,而底盘在0.40g作用下就进入了弹塑性,且底盘第2层位移明显大于第1层。基于振动台的试验结果验证了数值模拟的准确性,进一步分析了结构的平–扭耦合效应。结果表明,与抗震模型相比,层间隔震底盘扭转角减少2/3,隔震层扭转响应较大但不向塔楼传递,塔楼层间扭转角趋于零,塔楼与底盘的扭转耦联效应不明显,从而塔楼偏置的大底盘单塔楼建筑采用层间隔震形式时,可有效降低结构的扭转效应。

大跨度预应力混凝土连续刚构桥的动力特性分析

介绍了福建泉州后渚大桥———大跨度预应力混凝土连续刚构桥的现场环境振动实验,并利用频域中的单模态识别法(SDOFI)、峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁动力特性识别。利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,基于参数分析和环境振动测试结果对有限元模型进行了标定,建立了该桥的基准有限元模型,该模型可服务于桥梁长期健康监测与状态评估。

不确定性参数识别的区间响应面模型修正方法

工程问题中总存在着不确定性,因此通过概率方法识别得到的结构参数更加可靠。但实际应用中往往缺乏足够的结构统计信息,同时可能要求了解的仅仅是参数和响应的极限值,此时采用非概率的区间分析方法则更为合适。结合响应面模型和区间算法提出了区间响应面模型,即先将响应面表达式转化为完全平方项,再引入区间变量,以避免区间运算过程中的区间扩张问题。利用区间响应的上下界建立优化目标函数,并构建区间优化反问题,然后直接基于区间响应面模型实现修正过程。该方法避免了复杂的区间参数灵敏度计算,使得区间模型修正问题得到简化,并大幅提高修正效率。通过对一个数值质量-弹簧系统和一组试验钢板的几何及材料参数的区间值进行识别,验证了所提出方法的可行性和可靠性。

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。

考虑结构参数不确定性的随机模型修正方法

提出了一种随机模型修正方法以确定结构不确定性参数的概率统计特性,使得模型修正的应用更符合工程实际。将随机模型修正过程分解为一组确定性修正过程,利用蒙特卡罗仿真得到的响应样本并结合响应面模型的快速运算特性,构造优化反演过程来求得各个样本所对应的一组参数值,进而基于大量样本统计得到参数的均值和方差。所提出方法经过一组试验钢板的验证,准确求得了钢板厚度和材料参数的均值和方差,说明了方法的可行性和可靠性。

大跨度斜拉桥环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点。以青洲闽江大跨度斜拉桥为背景,介绍了通车前全桥环境激励动力试验,采用频域峰值法和时域随机子空间识别得到了该桥的基准的动力学特性,并与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好。结果表明环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,结果可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础。

环境温度对连续箱梁刚构桥相对小波熵指标的影响研究

以一座高速公路预应力混凝土连续箱梁刚构桥为工程背景,结合健康监测系统的长期测试数据,研究环境温度对相对箱梁桥小波熵指标S_(WT)的影响规律。首先,介绍了环境激励下桥梁结构相对小波熵指标的计算方法。其次,利用实时监测数据,分析得到了箱梁桥各截面的实测相对小波熵指标日变化和年变化规律。最后,基于逐步最优线性回归分析方法建立了相对小波熵指标与温度时、空间分布的多元线性回归模型,并提出了相对小波熵指标的温度修正模型。结果表明,所建立多元线性回归模型具有较好的拟合和预测精度,通过温度修正可以有效地剔除环境温度变化对预应力混凝土箱梁桥相对小波熵指标的影响,使其有效地应用于桥梁的损伤识别。