伸缩缝及支座病害对简支梁桥车致动力响应的影响研究

中小跨径桥梁在中国公路桥梁中占比大,其伸缩缝服役环境恶劣,易发生损伤造成过往车辆剧烈振动、桥梁支座损伤等病害。为探明伸缩缝、支座参数对简支梁桥车致动力响应的影响,建立了车⁃伸缩缝⁃桥梁耦合动力响应(VBCV⁃J)数值分析方法,并通过实测数据验证了该方法,进而开展了伸缩缝、支座参数影响规律的研究。研究结果表明:车速与车辆的振动密切相关,在车速较高、路面状况“一般”时,伸缩缝、梁端的冲击效应会超出规范值。伸缩缝中梁高于路面会导致该部件的冲击效应增大明显,反之则有所减小;而伸缩缝中梁高于或低于路面,均会造成该桥梁端冲击效应增大。伸缩缝弹性支撑刚度的降低、主梁边支座脱空均会引起伸缩缝、主梁梁端的冲击效应增大。支座刚度降低则主要导致主梁整体的冲击效应增大。伸缩缝的破损不仅影响自身冲击效应,还会大幅增大简支梁桥梁端构件的冲击作用,在设计和养护中,应对伸缩缝及梁端构件给予足够的重视。

CFRP-EMD加固灌浆套筒连接装配式桥墩振动台试验

为研究受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩的抗震加固方法,以受力筋灌浆套筒连接装配式混凝土桥墩和灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩为研究对象,设计制作了两个1/6缩尺模型,并依据二者的震害特点提出了一种采用碳纤维复合材料-外置金属耗能装置(简称CFRP-EMD)的组合加固方法。选取近断层地震波作为输入,开展了单、双向激励下模型桥墩的振动台试验,从试验现象、基本动力特性、地震响应规律等方面分析了CFRP-EMD对两类装配式混凝土桥墩的加固效果。结果表明:地震作用下两类试件的主要震损包括墩身开裂、墩底接缝开合、接缝混凝土剥落压碎等;附加预应力筋连接可提高构件刚度和自复位能力,降低墩身和接缝的损伤速率和损伤程度;采用CFRP-EMD组合加固能够显著提高震损装配式构件的刚度、抗震变形能力和耗能能力;CFRP-EMD加固后灌浆套筒-预应力筋连接装配式混凝土桥墩的塑性变形更加合理。提出的组合加固设计方法和实施原则可用于装配式混凝土桥墩抗震加固中。

同时考虑张拉-剪切破坏的边坡稳定性分析

针对目前边坡稳定性分析的强度折减法中广泛采用的Mohr-Coulomb准则仅考虑剪切破坏会过高估计边坡土体的抗拉强度,与实际工程中常见的位于坡体后缘的拉裂缝不符的问题,引入土体的张拉-剪切复合屈服准则,分别采用Mohr-Coulomb准则、Rankine准则考虑剪切、张拉作用的影响;根据张拉-剪切复合屈服准则的非光滑性,通过将非光滑屈服面的塑性本构积分简化为混合互补问题,提出用于弹塑性本构积分的投影收缩算法。结果表明:在分析边坡的稳定性时,不考虑张拉破坏会过高估计边坡的安全性并且安全系数的差值随着坡角的增大而逐渐增大,最大差值达到20%;对于含软弱夹层的分层边坡,即使边坡的坡角较小,是否考虑张拉破坏的边坡后缘的破坏特征仍存在显著区别。

一种工程矢量瓦片地图加密和压缩策略研究

为避免在压缩和加密工程矢量瓦片地图信息过程中出现过拟合状态、数据安全性较差等情况,提出一种工程矢量瓦片地图加密和压缩策略。基于MBTiles设置工程矢量瓦片金字塔模型参数,遍历分析瓦片数据集,分级索引瓦片地图;利用基于特征上限的瓦片地图信息压缩算法,处理压缩过程中可能出现的过拟合情况;应用RSA算法改进区块链技术,加强各区块间的联系,转码矢量瓦片地图信息,实现瓦片信息的有效存储。实验结果表明:(1)利用该模型压缩瓦片地图信息后,其存储耗时最大值为0.9 s,存储空间值均小于4 TB;(2)加密地图信息后,地图信息特征完全被打乱。可有效避免压缩过程中出现过拟合状态,降低信息存储耗时,减小存储消耗空间,信息的压缩和加密效果较好。

桥梁高阻尼隔震橡胶支座性能试验研究

高阻尼隔震橡胶支座是一种具有耗能性能的新型隔震支座,已经开始应用于桥梁减隔震控制中。为了研究这种新型隔震支座的滞回性能,选取用于某高速公路桥梁的高阻尼隔震支座进行竖向压缩和水平剪切加载试验研究,研究其竖向压应力、水平极限剪切应变、加载频率及加载次数对滞回性能的影响。研究结果表明:高阻尼隔震橡胶支座的滞回曲线较为饱满,耗能效果较好,且多次循环加载后其耗能能力未出现降低的趋势;加载频率对于支座的等效刚度和等效阻尼有一定的影响。

锚拉板式索梁锚固区足尺模型承载性能试验研究

为了研究锚拉板式索梁锚固结构在设计荷载下的应力分布及传力机理,对某斜拉桥锚拉板式索梁锚固区进行了足尺模型静力加载试验,得到各受力区域在不同荷载等级下的应力分布情况;利用ABAQUS建立索梁锚固有限元模型,按Von Mises强度理论分析其承载性能,并与试验结果对比。结果表明:在设计荷载作用下,该结构整体处于弹性工作状态,满足设计承载能力的要求;锚拉板与锚拉筒的侧焊缝根部圆弧区出现较大应力集中;上加劲板以上的锚拉板部分,最大应力出现在中部槽口中间位置;钢箱梁区域的整体应力水平较低;该结构各构件应力传递路径明确,设计时建议加大锚拉板与锚拉筒侧焊缝根部圆弧半径。

钢-混凝土组合梁桥温度场及温度效应研究

为研究钢-混凝土组合结构梁桥的温度场及温度效应,以一座钢-混凝土组合梁桥实际工程为研究对象,对其温度场进行了实测,并通过最小二乘法拟合得到沿截面竖向的最不利温度梯度模式,与我国现行规范中规定的温度梯度模式进行对比,最后通过建立实桥的有限元模型分析了两种温度梯度模式作用下的桥梁结构响应。研究结果表明:钢-混凝土组合结构混凝土桥面板与钢梁接触的局部范围内存在较大温差;由实测温度场拟合得到的温度梯度模式与我国现行规范规定的温度梯度模式形式上有所差别。

基于参数灵敏度分析的吊杆索力识别

考虑目前钢管混凝土系杆拱桥吊杆的新型施工工艺及其复杂的锚固约束情况,以吊杆的索力值、抗弯刚度和计算长度作为未知参数,分析吊杆频率对各参数的敏感程度,基于参数灵敏度的迭代算法可同时计算出吊杆索力值,抗弯刚度和计算长度。运用该方法对4根不同参数的吊杆数值分析,结果表明该方法不仅有很高的精度,而且还适用于频率值受抗弯刚度影响较大的短吊杆。同时对一座钢管混凝土拱桥的吊杆进行测试分析,证明了该方法实用可行。

基于阻尼特性的RC简支梁桥损伤识别分析及试验研究

基于频率和振型等基本动力参数的损伤识别方法存在不足,准确性和适用性有待改进。提出将阻尼作为损伤识别的指标,探究阻尼与结构损伤之间的关系。论述阻尼与结构裂缝的数量和宽度及损伤演变的关系。通过对一跨简支T梁桥试验,采用自由振动法求阻尼比,获得了不同损伤等级损伤演变下的阻尼比。结果表明阻尼比随着损伤等级的增加呈现先增大后减小的变化过程,且正负位移对应的阻尼比的差值也具有先增大后减小的演化规律。阻尼比变化率大的位置,损伤程度大,可以利用阻尼比变化率实现基本损伤定位。与频率和振型相比,阻尼比更丰富敏感,可以作为钢筋混凝土桥梁的损伤识别指标,其拐点可以作为结构加固及维修的预警阈值。

简支梁桥纵向地震碰撞响应研究

为研究简支梁桥在地震荷载作用下的碰撞响应和各因素对碰撞响应的影响程度,以一座3跨简支梁桥为研究对象,对桥梁碰撞响应的影响因素进行了动力非线性时程反应分析,得到了以下分析结果:纵向地震下,碰撞不会显著增大简支梁桥墩底的剪力和弯矩,但巨大的撞击力会给桥梁结构带来诸多不利影响;接触单元模型中碰撞刚度的取值对撞击力的正确模拟至关重要,碰撞刚度取值不同基本上不会改变结构的地震响应;梁体间的撞击力对邻梁间隙反应敏感,随着邻梁间隙的增大,撞击力和撞击次数逐渐减小,墩底剪力和弯矩逐渐增大;随着墩高比的增大,墩底剪力和弯矩不断减小,墩顶位移呈增大趋势,撞击力变化较大,但当相邻跨墩高相差不大时,撞击力相对而言要小得多;将不同的地震动峰值加速度调整到相同时,简支梁桥的地震响应差异很大。

考虑行波效应的高墩刚构桥地震易损性分析

基于传统可靠度理论,结合IDA方法和大质量法,将空间效应引入地震易损性分析,提出了实现考虑行波效应的桥梁地震易损性评估方法。以一座墩高不一致的双肢薄壁高墩刚构桥为算例,建立系统近场和远场地震易损性曲线。结果表明:评估桥梁系统地震易损性时,宜考虑行波效应,否则可能高估其抗震性能;与远场地震易损性相比,近场地震易损性受行波效应影响显著;与矮墩易损性相比,高墩易损性对行波效应敏感。

长春伊通河大桥总体设计、试验及施工关键技术

长春伊通河大桥主桥为三跨飞燕式钢管混凝土异型拱桥。该桥拱肋由主拱肋、稳定拱肋及斜撑和横撑构成;V腿采用预应力混凝土单箱双室箱形结构;边跨加劲梁采用预应力混凝土梁,与V腿及主拱拱脚段固结,主跨加劲梁采用钢箱梁,简支在拱脚处牛腿上;主拱共设16对斜吊杆,全桥共设6根水平系杆。根据相似理论进行大尺寸钢管混凝土柱承载力试验、全桥缩尺模型静力试验及模拟地震振动台试验,并总结该桥施工过程中的关键技术和控制要素。试验结果表明该桥主拱肋强度安全系数较高,其整体静力性能和抗震性能均满足规范要求。

带纵坡曲线梁桥地震响应试验研究

为了研究带纵坡的曲线梁桥在地震作用下的动力响应特性,以某匝道桥为原型,设计制作几何相似比1∶10的缩尺模型进行振动台试验,分别沿X向、Y向和X+Y向输入地震动,分析水平地震作用下曲线梁桥的地震响应。结果表明:地震波X向输入使主梁产生平动兼有转动,在平面内产生弯曲,Y向输入时,主梁的转动效应较小;高墩对桥墩位移具有一定的放大作用,桥墩位移响应与地震波输入方向之间的角度越小,桥墩位移越显著,固定墩在地震波双向输入时更加不利;支座位移与地震波输入方向之间的角度越小,支座位移越大;地震波X向输入时,低墩处容易产生落梁、高墩处主梁容易与桥台挡块碰撞,Y向输入时,高墩处容易产生落梁、低墩处主梁容易与桥台挡块碰撞。

灰色理论在钢管混凝土拱桥施工控制中的应用

将灰色系统理论首次应用于大跨度钢管混凝土拱桥钢管拱肋吊装施工时扣索索力的预测中,通过采用已张拉扣索索力实测值与计算值的比值作为原始数据来建立灰色预测系统,使用GM(1,1)模型求解参数向量及原始序列的拟合序列,根据均方差比值和小误差概率评定模型精度,从而给出后一节段的扣索索力预测值.结合一座大跨度钢管混凝土拱桥的施工实际,介绍了该系统的基本原理和具体实施步骤,计算结果表明该方法满足工程要求,可供同类型工程参考.

高架桥动力模型设计及其振动台台阵试验研究

城市高架桥的主要型式是连续桥梁,多跨连续梁桥由于延伸长,跨数多,在研究其抗震性能时,需考虑地震动的空间效应。为了保证数据的可靠性,需要数值模拟与振动台试验相结合,而传统振动台由于数量和尺寸的因素无法进行此类桥梁的振动台试验。设计并制作1∶10几何比例的连续梁桥缩尺模型,利用多子台振动台台阵系统对其进行了水平向振动台试验,识别其动力特性参数,得到了在不同地震波输入下模型加速度、位移和应变响应及其规律,并与数值模拟进行对比,实测数据与计算值吻合的较好。

考虑主余震序列的高墩刚构桥地震易损性分析

基于主震和余震的统计关系以及多性能极限状态的相关性理论,提出了考虑主余震序列的桥梁系统地震易损性评估方法。该方法可以较全面地考虑余震对桥梁地震易损性分析的影响,同时又可避免用桥墩局部易损性代替系统易损性产生的较大误差。以一座典型双肢薄壁高墩高构桥为例,建立了其考虑余震作用的系统地震易损性曲线,并将结果与仅考虑主震作用的易损性曲线对比。结果表明:评估高墩刚构桥地震易损性时,宜考虑主余震序列,否则将高估其在各级地震下的抗震性能,此现象对严重损伤、完全破坏情形尤为明显;主震震级越大,余震对高墩刚构桥地震易损性影响越强烈;即使高墩刚构桥在主震中仅发生轻微损伤,但在余震中倒塌的可能性仍然很高。

基于Wigner-Ville分布交叉项的独塔自锚式悬索桥损伤识别试验研究

为研究以Wigner-Ville分布的交叉项作为指标进行损伤识别效果,探究完整的提取交叉项方法,通过对二重余弦信号的Wigner-Ville分布推导,获得主项与交叉项的位置关系及交叉项震荡特性;据此设计相应的提取方法,将Wigner-Ville分布中各频率段正负能量分别沿时间轴积分,将正负能量之和绝对值作商,通过设定阈值进行筛选获得交叉项能量分布;以工程实例为研究对象,通过对比无、有损状态下对应测点交叉项能量差的突异点识别损伤位置与程度。试验结果表明,交叉项可作为损伤识别指标,且效果显著。

系梁设置对双肢薄壁刚构桥地震响应影响分析

以一座典型双肢薄壁刚构桥为工程背景,采用增量动力分析(incremental dynamic analysis,IDA)方法,考虑行波效应,分析了系梁道数、系梁刚度等参数对桥梁远场地震响应的影响。结果表明,与系梁位置和刚度相比,地震响应受系梁道数影响较大;设置1道系梁可以明显降低支座在地震中的响应;设置2道以上系梁时,墩内、外肢地震响应差别显著,不利于发挥双肢墩材料性能。设置较多的系梁或者系梁位置不合理,易导致桥墩局部振动。对于跨度较大的髙墩刚构桥,当因其它因素需要设置较多系梁时,建议对行波效应进行专门的抗震效应研究。

环境激励下人行桥振动时频分析

为研究人行桥在不同环境激励下的振动响应规律,采用Hilbert-Huang变换对某人行桥在噪声激励、车辆荷载、行人荷载以及车辆-行人荷载耦合激励条件下的加速度响应进行分析。结果表明:噪声激励、车辆荷载、人行荷载、车辆-行人耦合激励条件下人行桥的加速度响应幅值逐渐增大,脉冲指标呈逐渐增加的趋势,功率谱幅值不断向高频段偏移。四种激励下,人行桥的加速度响应经过经验模态分解后的前五阶本征模态函数的方差贡献率及相关系数较大,且瞬时振幅和瞬时频率呈减小趋势;其能量分布随加速度幅值的增大逐渐增大,车辆荷载作用下其能量熵值最小,能量分布相对均匀。Hilbert-Huang变换对处理复杂环境激励下的桥梁振动响应具有较好的识别效果,分析过程可为同类振动信号处理所借鉴。

考虑地震动空间变化的曲线梁桥随机振动分析

为了从随机振动的角度研究地震动空间变化对曲线梁桥抗震性能的影响,以一座4跨混凝土连续梁桥为例,考虑了不同视波速、不同相干性以及不同场地条件对结构地震响应的影响,采用虚拟激励法对曲线梁桥在多维多点地震作用下的抗震性能进行了随机振动分析.结果表明：地震动的空间变化性会对曲线梁桥的地震响应产生显著影响;与一致激励相比较,结构在空间变化地震作用下的地震响应增大了2％ ～55％.其中场地效应对结构响应的影响最大.因此,在抗震设计中应充分考虑地震动的空间变化,以免低估结构的地震响应.