高速铁路32 m掺碎石活性粉末超高性能混凝土箱梁优化设计研究

基于掺碎石活性粉末混凝土(RPC)材料优异的材料性能,开展高速铁路32 m预应力活性粉末混凝土箱梁优化设计分析。考虑掺碎石RPC材料的抗压和抗拉性能,建立32 m预应力活性粉末混凝土箱梁分析模型,基于高速铁路相关规范和设计原则开展优化分析。在满足结构受力情况下,RPC材料的优良材料性能可在高速铁路32 m箱梁结构中得到充分发挥,从而减小箱梁截面;相比于C50预应力混凝土箱梁,梁体自重可降低12.39%,可显著减少材料应用。优化后的RPC箱梁结构承载力、运营阶段受力性能、刚度和锚固区检算分析,相关指标均满足相关规范要求。有助于推进掺碎石RPC材料在高速铁路箱梁中的应用。

基于YOLOv5的桥梁裂纹检测方法研究

为解决桥梁裂纹识别中不同裂纹的识别问题,提高模型的拟合能力,并提升裂纹的特征提取能力,提出了一种基于YOLOV5融合EfficientNet,引入CBAM注意力机制的桥梁裂纹识别的算法YOLOv5-Crack。首先,基于网络EfficientNet的高精度、高效性,替换YOLOv5的特征提取网络以提取裂纹特征;其次,将CBAM(Convolutional Block Attention Module)卷积块注意力模块与通道和空间注意力模块结合,以增强模型表达浅层目标特征信息的能力,提高了裂纹的识别精度;最后,在桥梁裂缝数据集Concrete Crack Images for Classification上训练。研究结果表明:在大型裂纹的识别能力上,YOLOv5-Crack检测识别精度高于YOLOv5,其mAP@0.5,Recall及Precision明显提高,而消耗的算力明显降低,能够满足裂纹的检测要求。

D-S理论和Markov链组合的桥梁性能退化预测研究

为准确预测桥梁性能退化,考虑到数据随机性和微小扰动发生状态跳跃,提出了一种D-S(Dempster-Shafer)证据理论和Markov链组合的桥梁性能退化组合预测模型和性能退化率的概念.该模型基于指数平滑(exponential smoothing,ES)方法获得新的预测数据序列,并利用Markov链和D-S理论不断进行优化,从而实现桥梁性能退化的组合预测.实际工程的应用结果表明:性能退化率可以直观地表征在梁性能退化的速度.其次,该模型的平均相对误差为1.54%,较于回归、灰色和模糊加权Markov链模型,精度分别提高了1.11%,0.88%和2.8%,而后验差比值为0.242,小于0.35;模型的标准差为9.021,相比其他模型分别减小了3.978,3.405和7.500,而变异系数为0.109,均小于其他模型,验证了组合预测模型在精度和稳定性方面的优越性,可为在役桥梁结构性能退化预测与维护提供理论基础.

混凝土桥梁服役性能退化及预防性维护综述

针对混凝土桥梁服役性能退化分析与预防性维护这一热点问题进行了综述。混凝土桥梁作为复杂的结构体系,具有损伤因素多、材料劣化机理复杂以及服役性能评估难等特点,在环境与荷载等因素的共同作用下,钢筋与混凝土材料特性发生劣化,导致混凝土构件承载力退化,最终影响桥梁整体结构力学性能。从材料劣化机理分析、材料与结构力学性能退化模拟、服役性能评估、剩余使用寿命预测以及预防性维护策略制定等方面对既有混凝土桥梁服役性能退化与预防性维护进行了详细阐述,同时对比分析了各研究模型和方法的优势与不足。然后,分别从既有混凝土桥梁材料、构件和结构等层次着手,分析了桥梁材料微观劣化特性,探讨了桥梁构件损伤机理与失效过程,明确了在役混凝土桥梁结构力学性能宏观退化规律。最后,基于对现有研究的分析与总结,指出了当前混凝土桥梁服役性能退化与预防性维护中存在的问题,为后续研究提供了新的思路,为桥梁全寿命智能运维管理提供科学依据。

预制装配式混凝土桥梁研究现状综述

预制装配式桥梁具有施工控制水平高、现场作业时间短、施工质量好、对环境影响小等优势,被广泛应用于交通复杂的城市道路桥梁和施工环境艰苦的铁路桥梁建设中。通过调研和查阅近年预制装配式混凝土桥梁抗震性能、抗剪性能、抗疲劳性能、连接方式及其信息化应用等方面的相关文献,从预制装配式混凝土桥梁上部结构、下部结构的预制拼装及其抗震等性能和高性能新材料、BIM技术应用等方面综合阐述预制装配式混凝土桥梁的研究现状,并展望其研究前景。

基于人工神经网络的混凝土大跨度桥梁主梁参数实时估计

确定混凝土桥梁施工控制中参数估计的类别 ,选用人工神经网络的三层前馈性网络 ,改进BP算法 ,通过对混凝土大跨度桥梁主梁物性参数实时估计要素的研究 ,得到了统一的求解程序 ,解决了混凝土大跨度桥梁施工控制中主梁参数实时识别的问题。在此基础上 ,提出了混凝土大跨度桥梁施工质量新的评价指标。

预应力纤维条带加固震损混凝土圆墩抗震性能试验研究

通过12根钢筋混凝土圆墩柱(其中对比柱1根,震损柱3根)在低周反复荷载作用下的试验研究,分析预应力纤维条带加固钢筋混凝土圆墩柱的抗震性能。考虑的主要因素包括:预应力大小、预损程度、纤维种类、表面处理方式。根据试件的破坏形态和滞回曲线,分析各因素对承载力、位移延性、滞回性能、耗能能力等重要抗震性能指标的影响。试验结果表明:采用预应力碳纤维条带加固震损圆墩柱后,震损柱的承载力、延性性能、耗能能力均可在一定程度内得到恢复与提高。对柱体表面打磨、纤维布刷胶之后,再进行预应力0.2碳纤维条带加固的试件抗震性能得到最大程度改善。实际工程抗震加固时应优先选用预应力碳纤维条带,并尽量避免使用预应力玄武岩纤维条带。

混凝土梁裂缝宽度、刚度的统一计算方法及应用

在模拟裂缝间钢筋应变分布的基础上 ,建立了混凝土梁滑移、裂缝宽度及刚度的统一计算方法 ,并提出了物理概念明确、计算简便的简化设计公式。所建议的计算公式经大量模型梁试验数据验证表明 ,计算公式具有较高的精度。

考虑温度和湿度变化的钢-混组合连续梁桥徐变效应分析

针对现有规范徐变模型中环境温度和相对湿度未根据实际温度和湿度变化而取固定值的问题,通过研究桥梁实际变化的环境温度和相对湿度,构建环境温度和相对湿度变化函数,嵌入CEB-FIP 90徐变模型,建立考虑混凝土桥梁实际工作环境的温湿变化徐变模型,并通过试验数据验证模型的正确性。研究结果表明:考虑温度和湿度变化的徐变系数与试验值更吻合;采用数值模拟的方法开展港珠澳大桥组合连续梁桥徐变效应分析,明确了成桥10 a间温度和湿度变化对组合连续梁桥的最大应力和长期变形的影响规律,温湿变化徐变模型计算的最大挠度比规范值大10%以上,这表明考虑温度和湿度变化计算徐变的必要性,为合理、可靠进行桥梁结构的徐变效应分析提供了一种新方法。

拟静态挠度法评定梁式桥承载力

为探索快速有效的桥梁普查新方法,分析了传统的承载能力评定准则,通过承载能力基本理论和动力学与静力学的有机结合,提出用动态车辆挠度曲线取代静态挠度影响线的荷载试验改良模式——拟静态挠度法,评定中小跨径梁式桥的现有承载能力,并进行了实桥的试验对比验证。结果表明:拟静态快速检测方法测试结果达到原荷载试验结果精度的90%以上,可采用修正系数,偏安全地对中小跨径梁桥承载力进行评估;在满足检测精度的同时,可减少30%左右的经济损耗。

新旧混凝土梁横向拼接的收缩徐变效应

为分析混凝土收缩徐变对新旧桥梁拼接的影响,在不考虑梁自重的情况下,采用弹性力学求解法分析了新旧梁横向拼接后新梁的收缩徐变效应,推导了拼接后新梁上的纵向拉应力及拼接处的剪力计算公式。以钢筋混凝土简支T型梁桥的拼接为例,比较了新梁在不同混凝土龄期时与旧梁拼接所产生的纵向拉应力和剪应力,同时还对比了不同环境年平均相对湿度对新梁上纵向拉应力和剪应力的影响。计算结果表明:拼接时新梁混凝土龄期和不同环境年平均相对湿度对拼接结构的受力影响较大,新旧梁拼接设计时须采取相应措施以减少混凝土收缩。

从短期试验结果预测新建预应力混凝土梁收缩和徐变的长期效应

基于计及钢筋配筋率、预应力钢筋松弛等影响的桥梁收缩、徐变长期效应计算式,提出了从梁体混凝土短期试验值推算相应素混凝土在该桥梁工作环境下收缩应变及徐变系数的方法;结合CEB FIPMC90收缩模型与徐变模型思想,得出计算桥梁素混凝土收缩应变及徐变系数的CEB FIPMC90修正公式。理论分析与试验结果比较表明,预测理论值给出了较好的精度。该预测方法,不需做材料的收缩、徐变试验,亦避免从标准环境下试验值推算桥梁工作环境下收缩、徐变可能产生的误差。

铁路活性粉末混凝土桥梁优化设计研究

根据活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)具有超高强度的特点,确定RPC梁非线性破坏模式,即受压区RPC不屈服,其应力呈线性分布;受拉区计入RPC的拉应力,并考虑其非线性阶段的贡献。在此基础上,运用自行编制的遗传算法程序调用ANSYS建立的结构分析模型,对高跨比为1/10,1/12,1/14和1/16,跨度为16,20,24和32m的铁路RPC T形梁进行优化计算。优化计算结果表明,RPC T形梁的经济高跨比为1/14;对优化结果产生主要影响的约束条件是刚度和RPC的拉应变,构造要求也会对优化计算的结果产生一定的影响。

考虑预应力损失的混凝土梁徐变计算方法

将按龄期调整的有效模量法与有限元法相结合,建立预应力混凝土梁桥徐变计算结构分析模型。模型考虑预应力束对结构整体刚度的贡献及预应力损失和徐变变形的相互影响,较准确的实现施工过程中、长期荷载作用下的徐变计算。根据此模型编制预应力混凝土梁桥徐变计算有限元程序,对小凌河特大桥32m预应力混凝土箱梁进行计算。程序计算结果与实桥试验结果吻合较好,能较好地反映桥梁上拱及徐变应变。

桥用高性能混凝土长期耐久性试验研究

滨州黄河大桥主桥是三塔预应力混凝土斜拉桥,桥塔采用C55高性能混凝土。在混凝土中掺加粉煤灰等活性掺和料,配制不同配合比的C55高性能混凝土,并对可能采用的C55高性能混凝土的长期耐久性、混凝土收缩、抗渗、碳化和钢筋锈蚀以及混凝土的抗氯盐侵蚀和抗硫酸盐侵蚀性能进行了试验研究。结果表明,掺加活性掺合料有助于提高混凝土的长期耐久性。

基于评估荷载发生概率的在役混凝土桥梁可靠度分析方法

针对影响桥梁安全性的因素具有较多不定性的特点,应用随机可靠度理论,对在役混凝土桥梁荷载概率模型、抗力概率模型、可靠度评估流程、可靠度计算方法等方面进行了研究。基于可变荷载在评估基准期内的不同取值方式,提出了基于评估荷载发生概率和基于评估基准期荷载极大值的构件可靠度计算方法。从可靠指标的延续性出发,考虑构件抗力随时间变化,提出在役混凝土桥梁可靠度的预测方法。研究结果表明:两种方法可靠指标预测曲线规律是一致的,后者是前者的特例,且比前者偏于安全;预测初期两种方法可靠指标的计算结果与以往方法较为接近,预测后期两种方法可靠指标下降规律与以往方法基本一致。两种方法均偏于安全,对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。

混凝土桥梁裂缝仿生监测及工程应用研究

针对现常用的健康监测系统中不能解决诊断混凝土桥梁结构初始裂纹的产生和发展状况,在混凝土桥梁裂纹仿生监测原理基础上,模拟生物体的神经元及神经脉络分布对生物体内部或外部各个局部变化(如开裂)的感知机制,实现对混凝土桥梁结构关键区域的裂缝监测。分别从试验和断裂力学理论两方面证明了裂缝仿生监测机敏膜能够监测混凝土桥梁的裂缝。试验结果表明,裂缝仿生监测系统最小能监测到0.02 mm宽度裂缝,并可有效的分析和重构裂缝位置、形状和扩展状况;在力学特性方面,机敏膜具有良好的通、断性能来显示裂缝。相关研究成果已用于混凝土桥梁的裂缝的监测。

温湿变化对三塔结合梁斜拉桥徐变效应的影响研究

根据欧洲混凝土规范CEB-FIP 1990徐变计算公式,运用VB语言编写了考虑温湿度变化的徐变系数计算程序,嵌入武汉二七长江大桥有限元模型中,研究温湿度变化环境下主梁的变形和内力变化特征,获得温湿变化对三塔结合梁斜拉桥徐变效应的影响作用.研究结果表明:温度升高,混凝土徐变增大,钢主梁长期挠度也增大;相对湿度增加,混凝土徐变减小,钢主梁长期挠度也减小;一季度温度较低、湿度较大,温湿度同时变化时混凝土徐变较小,此时吊装混凝土桥面板引起的钢主梁挠度和应力值也较小,可见混凝土桥面板的吊装宜选择在温度低、湿度大的季节进行.

在役混凝土桥梁可靠度分析

桥梁结构在环境荷载与服役荷载的共同作用下,随着龄期的延长,出现耐久性能退化、承载能力降低的现象,利用可靠度方法研究了结构抗力的时变性能。通过建立荷载效应概率模型,实现对在役混凝土桥梁可靠度的分析。采用该方法对一座服役32年的钢筋混凝土简支T型梁桥进行了分析。结果表明,评估基准期内该桥梁结构的可靠指标的降低与抗弯抗力衰减规律一致,继续服役6年后结构的抗弯可靠指标不符合要求,需进行抗弯维修加固。

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明：掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量（20%~40%）的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。