重庆官栈河大桥主桥主墩基础锁口钢管桩围堰加固

重庆官栈河大桥主桥为(62+110+62)m三跨连续刚构桥,主墩基础采用锁口钢管桩围堰施工。围堰施工正常水位+325.300 m,施工期控制水位+330.500 m。在该桥主墩围堰完成四周锁口钢管桩插打及前4道内支撑安装后,因极端天气原因,长寿湖水位上涨到+332.200 m,危及围堰安全。为解决钢管桩围堰的安全问题,提出采用水下施工内支撑的加固方案。待围堰内部水头与外部保持一致后,将已经插打的锁口钢管桩加高至标高+334.000 m,拆除已安装好的4道内支撑,重新安装6道内支撑。采用MIDAS Civil软件分别建立加固前、后钢管桩围堰结构有限元模型,分析钢管桩及内支撑的受力安全与稳定性。结果表明:施工控制水位+330.500 m下,围堰结构最大正应力由加固前的162.6 MPa下降到加固后的82.3 MPa,下降了49.3%;承载水位可从施工控制水位+330.500 m增加到目标控制水位+333.500 m,且强度和刚度等均留有一定储备。水下施工内支撑的加固方案可提升围堰的承载能力。该桥围堰加固后整体受力效果良好,已顺利完成承台浇筑施工。

基于时程响应分析的区域梁式桥震后状态快速评估

桥梁作为交通网络的枢纽,震后快速判定其损伤状态对于抢险救灾具有重要意义,传统基于易损性的方法仅能给出结构在不同地震强度指标下的破坏概率,给灾后抢险救援路线的选择带来一定困惑。本中研究提出基于非线性动力时程响应分析的区域桥梁群地震灾害模拟技术,首先将地表加速度响应反演得到基岩加速度响应,再根据地质钻孔数据计算得到区域地震动云图;其次,提出梁式桥的简化力学模型,实现区域梁桥的标准化数据输入与快速计算;最后,基于时程分析结果判定构件损伤状态,使用串联体系方法得到桥梁整体损伤状态。以某一地区85座桥梁为例,根据E2地震反应谱选取地震波进行区域桥梁地震灾害模拟,结果表明所提方法计算效率高,同时能够考虑结构的设计参数、场地特性、余震对结构的影响,可定量评估结构损伤状态,计算结果能够为灾后救援提供有力的技术支撑。

高强钢丝断裂声发射试验研究

通过对单根高强钢丝和拉索的张拉破坏试验,获得了单根钢丝中裂纹扩展、钢丝破断及索中断丝点附近和远离声源处的声发射全波形。比较不同声源的波形、频谱及时频特征,结果可以看到,钢丝破断的全波形能量及持续时间都要远高于裂纹扩展信号,但其幅值与裂纹扩展的最大幅值相当;钢丝破断声源频谱峰值突出,基本都在43 kHz,在全波形持续时间范围内,绝大部分能量都分布在一条43 kHz的等频率时间带上;裂纹扩展波形包含几个频带,最大峰值出现在50-60 kHz,高频部分出现在波形初至段,随时间增长,高频部分快速消失;断丝声源在索中传播一段距离后,能量会出现衰减,低频部分所包含的能量相对增多。

拉索应力波传播速度与能量衰减特性试验研究

通过在单根钢丝、无张力索及张拉索上进行不同声源的声发射试验,分别获得了应力波在不同传播介质中的首波波速、能量衰减规律及频谱变化情况.结果表明:单根钢丝上的首波波速接近圆杆一阶纵波理论值,拉索中的首波波速则略小于钢丝;索中能量衰减,受张拉力影响,张紧的拉索能量衰减要远小于无张力索,实桥拉索可采用0.447这一实测能量衰减因子进行断丝源的能量反演.

基于导波能量谱的钢绞线腐蚀损伤识别研究

通过在不同腐蚀程度钢绞线上进行超声导波试验,构建以导波的小波包能量谱作为特征向量的腐蚀指标。结果表明:随腐蚀程度增加,实测导波的小波包能量谱出现明显变化,基于小波包能量谱的腐蚀指标值随腐蚀程度增加线性增长;采用钢绞线侧面激励导波进行腐蚀状态识别,其敏感性优于钢绞线端面激励,端面激励敏感性系数K值仅为侧面激励的51. 35%,确定系数降低了6. 4%;腐蚀指标抗噪性能良好,当信噪比达到10 d B时,P1测点敏感性系数K值仅下降了5. 97%,信噪比达到0 d B的强噪声环境下,K值仍达到0. 51,较未加入噪声时相比,降幅为23. 88%;腐蚀指标受导波传播距离影响,当距离增加时,腐蚀指标的敏感性略有降低,且在低腐蚀状态下波动较大。

基于变分模态分解与SVR的钢绞线应力状态估计方法

针对现有钢绞线应力超声导波检测技术的局限性,该文提出一种基于奇异值熵与支持向量回归(SVR)的钢绞线应力状态估计方法。超声导波在钢绞线中的传播带有丰富的应力信息,通过在时-频域内进行导波信号的变分模态分解(VMD)提取不同应力状态下VMD能量熵和奇异值熵,应用SVR方法提取钢绞线中导波传播信号的VMD能量熵、奇异值熵和钢绞线应力状态之间的映射关系,从而建立钢绞线应力状态估计模型。应用试验室采集的导波传播信号对提出的方法进行测试,测试结果表明,该方法能够准确估计钢绞线的应力状态,平均估计误差在5%以内,相较于BP神经网络方法,SVR模型具有更高的稳定性,为在役桥梁钢绞线应力的检测提供了新的思路。

大跨径人行桥人致振动舒适性评估及减振措施

阐述了人行桥的人致振动理论,在考虑人桥相互作用影响的条件下,建立了人行荷载的力学模型,并结合国内外相关研究的成果,提出了大跨径人行桥人致振动舒适性评估指标.同时,以国内某大跨径人行桥为例,介绍了人行桥舒适性评估过程,考虑到该桥的重要性,进行了基于调频质量阻尼器的减振措施预案设计.结果表明,该人行桥将不会出现超越人行舒适性的人致振动.

桥梁拉索损伤声发射监测研究进展

大量索承体系桥梁即将达到20–30年的拉索寿命期,开展有效的拉索损伤监测方法研究有利于保障大桥结构安全。本文简要论述了现有桥梁拉索损伤检测及监测方法的适用性,重点综述了近40年来声发射技术应用于桥梁拉索监测的研究进展,以及在腐蚀、疲劳、断丝等损伤监测方面所取得的研究成果。结合实测数据在采集、数据处理过程中的难点及参数分析盲点,探讨了现有研究成果应用于特大桥梁拉索损伤监测仍需解决的问题,并针对性地提出了研究思路。

纵肋–盖板裂缝重焊修复后残余应力数值分析

钢桥面板纵肋–盖板焊缝处穿透面板的裂缝通常只能采用重焊方法修复,但所引起的高焊接残余应力易导致结构再次开裂而没有达到预期的修复效果.选取12 mm钢桥面板中纵肋–盖板裂缝为研究对象,采用子结构算法进行重焊后残余应力分布规律及焊接工艺影响研究.结果表明,相同条件下,钢桥面板有横梁位置处纵肋–盖板裂缝重焊残余拉应力数值和分布范围均明显高于无横梁位置,采用由中间向两端的对称焊能够有效减小残余应力峰值;裂缝重焊修复过程中焊趾处纵向残余应力随焊缝长度、随坡口角度呈幂函数变化关系.

基于二维傅立叶变换的圆杆弹性波模式识别及分离

采用有限元模拟了声发射弹性波在高强钢丝内的传播过程,通过提取不同空间位置节点振动时程曲线组成二维幅值序列,由二维傅立叶变换获得了频率-波数域等值线图,并与理论频率-波数图进行了对比分析。结果表明:采用有限元方法能够精确地模拟弹性波在高强钢丝内的传播过程,不同时刻应力云图清晰反映了波在钢丝内的反射和叠加效应;基于二维傅立叶变换的频率-波数图与理论值吻合良好,可以有效地进行耦合波形模式识别和分离,从而实现复杂问题简单化。

基于导波奇异值向量的钢绞线应力检测方法研究

钢绞线是大跨度桥梁必不可少且最重要的受力构件之一,但受必需的防腐蚀措施影响,目前仍缺乏有效的在役桥梁钢绞线应力检测监测方法。超声导波在钢绞线中传播带有明显的应力特征,通过在时-频域内进行导波信号的小波包分解提取不同应力状态下小波包分解系数矩阵,并以系数矩阵的奇异值向量为特征参量,建立具有学习能力的支持向量回归模型检测钢绞线应力值。结果表明,导波的奇异值向量是有效的应力特征参量,逐级加载过程中奇异值向量距与钢绞线应力值呈单调线性变化关系;以奇异值向量构建的支持向量回归模型预测钢绞线应力,其结果确定系数达到0.9739,对比神经网络方法,支持向量回归模型应力预测结果更为稳定。

小波时-频变换的高强钢丝弹性波传播模态分析

超声导波是近年来桥梁拉索无损检测研究的重要方法之一。针对弹性波在高强钢丝介质中传播的多模态频散问题,采用单点时域波形的小波时频变换进行混叠信号的模态识别分离。通过数值求解Pochhammer频率超越方程,计算得到0~1.5 MHz范围内纵向导波模态理论频散曲线;采用有限元模拟半波正弦脉冲激励导波在钢丝中传播过程,由小波时-频变换得到导波模态分布,并进行了不同腐蚀程度钢丝实验对比分析。结果表明,经小波时-频变换得到的第1、2、3阶纵向导波模态与理论值对应吻合,单点时域波形的小波时-频变换结果能够有效识别高强钢丝中的导波模态;钢丝在无腐蚀状态下,一阶纵向导波模态能量占比达57.74%,随腐蚀程度增加,能量更为集中到一阶纵波模态,二阶模态能量逐渐减小。

基于ARX系统辨识模型的钢绞线张拉力识别

钢绞线是预应力结构和大跨索承体系桥梁的核心受力构件,其实际保有应力值将决定结构的承载能力和耐久性。以钢绞线超声导波传播过程为独立系统,外在激励和数据采集为系统的输入和输出,通过ARX系统辨识方法分析钢绞线张拉力引起的系统模型参数变化,并以模型参数为特征向量,构建张拉力识别指标。实验结果表明该识别指标具有良好的单调线性变化规律,确定系数达到0.964;传感器布置在钢绞线端面和侧面具有相似的规律性,相对而言,端面布置传感器识别指标的敏感性和线性规律更好;重复加卸载过程,识别指标线性拟合斜率比较稳定,受钢绞线应力加载路径影响较小。

基于非线性超声混频技术的钢绞线张力识别研究

监测钢绞线应力水平对保证后张混凝土结构、斜拉桥和拱桥的合理结构性能具有重要意义。基于一维入射条件下钢丝接触模型的谐波产生机理,建立钢绞线张力与边频非线性系数之间函数关系;采用有限元仿真和逐级加载试验,计算不同张力水平下边频非线性系数和二次谐波非线性系数;分析激励源输入功率的影响。结果表明,遴选混频激励下钢绞线中产生明显的边频调制谐波和二次谐波;边频非线性系数和二次谐波非线性系数随张力水平变化符合理论模型下降规律;相较而言,边频非线性系数随张力变化规律性更明显,受激励源功率影响更小。

正交异性钢桥面板新型双面焊肋-板接头残余应力研究

以钢桥面板U肋接头新型双面焊为研究对象,通过有限元方法模拟了U肋的焊接过程,并采用间接耦合法得到了U肋焊缝及周围母材的焊后温度场及残余应力场。比较了单面焊与双面焊残余应力分布的差异;探讨了双面焊2种不同工艺造成残余应力峰值及分布的差异;并进一步通过控制内、外侧角焊缝的施焊时间间隔以获得最佳的层间温差,实现对焊缝接头残余应力的降低。结果表明:双面焊内焊缝焊趾处纵向残余应力接近母材屈服强度,将会成为新的疲劳热点;双面焊内外侧角焊缝同时施焊将会产生更大的残余应力,建议仍保持先内焊后外焊的焊接工艺;在一定的温差范围内,焊接接头及其周围热影响区残余应力分布范围及峰值应力与层间温差成正相关,在保证U肋制作进度不变的情况下,控制层间温差为100℃时得到的顶板残余应力较小。

钢桥横隔板焊接残余应力影响参数研究

为得到正交异性钢桥面板横隔板结构设计及焊接工艺的参数最优组合,以有效降低其焊接残余应力,建立钢桥面板跨横隔板处(RDF)结构热弹塑性有限元模型,分析横隔板厚度t、弧口到焊趾距离d、焊接速度v及焊接方向D四种参数对RDF结构等效残余应力的影响,得出参数最优组合,研究该组合下RDF结构的焊接残余应力。结果表明:4种参数对纵肋焊根疲劳易损点等效残余应力影响程度为D>t>v>d;当D为横隔板两侧均采用内侧焊向外侧焊接方向、t=6 mm、v=5 mm/s、d=10 mm时,可有效减小钢桥面板等效残余应力,为参数最优组合。采用该组合时,纵肋外侧纵、横向残余应力明显高于纵肋内侧,纵肋外侧横向残余应力为控制焊缝质量的主应力;顶板厚度方向纵向残余应力呈正弦函数分布。

基于导波模态转角的钢绞线张拉力计算方法研究

基于超声导波在钢绞线中传播受钢绞线张拉力影响特性,提出了一种钢绞线张拉力计算方法。以直径15.2 mm七芯钢绞线为例,理论推导了单根钢丝受不同边界约束条件下纵向导波频散曲线;用有限元方法模拟了导波在单根钢丝及有张力钢绞线中传播过程;分析了引起模态变化的原因及受张拉力影响下模态转角变化规律。结果表明:随着钢丝表面位移约束刚度增大,一阶纵向导波频散曲线整体向高频位置偏移,且小波数部分向高频偏移更为明显,从而在频率300 k Hz附近形成模态转角;钢绞线在不同张拉力条件下,其一阶纵向导波模态转角主要受钢丝间的切向摩擦力影响;考虑钢绞线螺距及摩擦系数影响的钢绞线张拉力与导波模态转角之间吻合幂函数关系。

基于小波尺度-能量的钢绞线张拉力识别研究

目的研究预应力钢绞线长期服役后剩余应力水平,开展无损检测方法评估剩余应力.方法以工程中常用的钢绞线为研究对象,进行钢绞线逐级加载实验与超声导波实验,对端面传感器与侧面传感器采集到的导波信号进行小波分析与多尺度分析;定义不同拉力状况下能量特征向量Ej之间的差值为LWE,能量Shannon熵特征向量Sj之间的差值为LWES,并以该值作为钢绞线张拉力识别指标.结果随着张拉力的增大,实测导波信号幅值降低,其频谱图幅值也降低,能量分布发生了改变;不同张拉力下,小波能量在尺度上分布有相似的规律,其峰值随张拉力的增大而下降;识别指标LWE和LWES随张拉力变化显著,线性规律强,可靠性系数R2均在0.94以上,传感器布置策略对其影响较小.结论构建的识别指标均能识别出钢绞线张拉力的变化,与小波尺度-能量Shannon熵图相比,小波尺度-能量图更能清晰地观察到能量随张拉力的变化趋势,基于小波能量的识别指标LWE敏感系数K值更大,可靠性越高,识别效果更佳.

工科专业毕业设计现状及对策分析

本科毕业设计是本科学习阶段的最后一个培养环节,不仅是学生提高专业知识综合运用能力的重要途径,也是学生从解决书本问题向解决社会实际问题的转变过渡,通过在毕业设计过程中的学习,思考和动手能力培养,有助于学生理论联系实践,培养学生的求知精神。该文分析了本科毕业设计中存在的普遍问题及根泺,从学生思想、选题、个人能力、社会环境及能力培养出发,提出了几点提高毕业设计质量的对策。充分调动指导教师和学生的积极性,对毕业设计的各个环节进行有效的管理,从而提高毕业设计的质量和学生解决系统复杂问题的能力。

钢绞线锚具空间受力与锚固特性研究

为探究钢绞线锚具的空间受力特征及锚具应力与钢绞线轴向张力之间影响规律,采用ABAQUS有限元软件建立锚具-钢绞线仿真计算模型,考虑夹片与锚具之间的微滑移及不同摩擦系数影响,分析不同钢绞线张力作用下锚具空间应力分布特征及轴向、环向应变变化规律,并通过锚固张拉试验实测锚具的应变分布。结果表明:钢绞线受夹片横向挤压作用而在锚下位置表现出复杂三向受力状态,计算Mises应力远高于非锚固区域;夹片与锚具接触界面的摩擦系数对锚具应变有明显影响,摩擦系数为0.04时产生的环向和轴向应变均小于摩擦系数为0.01和0.02;锚具应力与钢绞线轴向张力符合单调映射关系,但并不完全吻合线性变化规律,实测锚具对称测点位置处的应力也难以保证完全一致。