基于贝叶斯优化支持向量回归的流线型箱梁颤振气动外形优化方法

为解决风洞试验耗时费力和计算流体动力学(CFD)计算量大的问题,提出了一套新型流线型箱梁断面颤振性能气动外形优化方法.以风嘴参数为设计变量,利用CFD获取断面三分力系数,以准定常理论估算的颤振临界风速为优化目标.根据贝叶斯优化支持向量回归构建代理模型,利用混合加点法更新模型,通过寻优算法确定最优断面.以虎门大桥为例,得到桥梁在可行域内颤振性能最佳的断面方案.结果表明,风嘴升高,颤振临界风速先增后减,相对高度为0.6时整体性能较优,相对高度为0.7时可获得最优断面.底板宽增加,颤振性能显著降低,下斜腹板倾角为14°~16°时颤振性能最优.断面优化后桥梁颤振临界风速相比原始断面提升约31%.

偏载作用下薄壁箱梁空间整体效应的综合分析

为了研究斜腹板箱梁在竖向偏心荷载作用下的受力性能,在合理构造各翘曲位移函数的基础上,用能量变分法建立全面反映竖向弯曲变形以及剪力滞、约束扭转、畸变等翘曲变形的控制微分方程,通过对既有文献中的模型梁进行计算分析,明确剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力在竖向弯曲应力中的占比情况,并揭示各翘曲广义内力的分布规律。结果表明:按文章解析法求得的模型梁应力理论值与实测值吻合良好,从而验证文章方法的合理性;在偏载作用下箱梁的约束扭转微分方程与畸变微分方程是相互耦联的,这在已有文献中往往被忽略;在剪力滞、约束扭转及畸变翘曲应力中,畸变翘曲应力占据主导地位,剪力滞和约束扭转翘曲应力相对较小,但仍不可忽略,在控制截面上因各种翘曲变形引起的应力放大系数达到1.362;偏心集中荷载引起的各翘曲广义内力均具有快速衰减的分布规律,剪力滞和约束扭转广义内力分布范围很小,而畸变广义内力分布范围广阔。建议在桥梁设计规范相关条文及实际箱梁桥设计中,对畸变效应给予充分重视。

考虑弯曲空间效应影响的箱梁强迫振动分析

选取附加挠度为剪力滞广义位移,箱梁体系总动能中计入剪力滞附加变形的影响,综合运用薄壁结构弹性理论和Hamilton原理,建立考虑弯曲空间效应影响的箱梁强迫振动控制微分方程及边界条件,并给出任意简谐荷载作用下简支和连续箱梁的强迫振动解析解。引入振动频率影响的应力和挠度放大系数,详细分析简支、连续箱梁剪切剪力滞效应在初等梁结果中的占比及放大系数分布规律。算例分析表明:考虑弯曲空间效应影响的箱梁截面纵向动应力与有限元结果吻合良好;振动频率越大,应力和挠度放大系数、剪切效应占比越大,剪力滞效应占比越小;同频率振动时,简支箱梁放大系数远大于两跨连续箱梁(单跨长等于简支跨长),且频率越高,差值比越大;基频内振动时,箱梁纵向应力计算可忽略剪力滞效应,挠度计算需考虑剪切变形的影响。

薄壁型钢UHPC组合箱梁受弯性能试验研究

提出一种新型薄壁型钢UHPC组合箱梁,开展了6根薄壁型钢UHPC组合箱梁与1根薄壁型钢箱梁对比梁的四点弯曲静载试验,利用三维数字图像相关测量技术对箱梁的应力-应变与变形及裂缝性能进行测试分析。研究结果表明:外包UHPC能使薄壁型钢箱梁的破坏形态由局部压屈破坏转变为底部薄壁型钢下翼缘及纵筋先后达到屈服后顶部UHPC压碎的正截面受弯破坏;外包50 mm厚UHPC的未配纵筋与箍筋的组合箱梁试件XL2的正截面受弯承载力比薄壁型钢箱梁试件XL1的对应值提升77.5%;薄壁型钢表面焊接了纵筋与箍筋的组合箱梁试件XL3~XL7的整体协同工作性能得到了大幅度提升,其中,XL4试件的正截面受弯承载力比未配纵筋与箍筋的XL2试件的对应值提升了178.8%;增大薄壁型钢壁厚与外包UHPC层厚度也能在一定程度上提高薄壁型钢UHPC组合箱梁的正截面受弯承载力与抗裂能力。

基于翼板横向位移模式的箱梁剪力滞效应分析

以剪翘变形状态为分析对象,综合运用广义坐标法、剪翘变形协调条件和平衡微分方程,提出箱梁的翼板横向位移模式。基于最小势能驻值原理,推导考虑翼板横向位移影响的箱梁剪力滞解析解。引入翼板横向位移对剪力滞影响的差值比参数,详细分析截面参数及梁端约束条件对剪力滞差值比的影响。算例分析表明:翼板横向位移对剪力滞有一定的削弱作用,考虑横向位移的纵向应力与有限元解、实测值吻合更好;跨宽比、高宽比越大,剪力滞差值比越小;悬臂板宽度越大,剪力滞系数差值比越小;梁端约束条件越强,剪力滞差值比分布曲线越陡峭,约束条件较强时需考虑横向位移的影响。

基于多目标优化的箱梁渡槽结构设计研究

针对箱梁渡槽所受水荷载远大于同等跨径箱梁桥所受汽车荷载导致槽身纵向受力突出的问题,在渡槽结构设计中统筹考虑箱梁纵向应力储备和造价,构建了以截面尺寸、钢筋用量等6个参数为设计变量,以渡槽边缘正应力和造价为目标函数,以槽身挠度、法向应力等9个验算指标为约束条件的多目标优化模型,并基于支持向量机近似模型和NSGA2遗传算法求解多目标优化模型的Pareto最优解集,然后综合专家打分、COWA算子、博弈论综合赋权与TOPSIS法从Pareto最优解集中选出最佳方案。结果表明:与初始方案相比,最佳方案的渡槽边缘正应力储备提高了17.55%,渡槽上部结构总造价降低8.84%;与有限元分析相比,该方法在保持较高计算精度的同时节省了65.42%的计算时间成本。

考虑约束扭转二次剪力流影响的箱梁畸变效应分析

为了揭示箱梁约束扭转和畸变之间的耦联关系,研究约束扭转对箱梁畸变效应的影响,根据约束扭转二次剪力流形成的畸变荷载,建立了考虑约束扭转的箱梁畸变控制微分方程.基于乌曼斯基第二理论,提出约束扭转剪力流是基于约束扭转引起的畸变效应修正后的总扭矩布雷特剪力流,并通过Ansys有限元模型和能量法计算结果对理论公式进行了验证.数值算例结果表明:2种不同约束扭转剪力流分解方法计算所得结果完全一致;不同计算点处的约束扭转剪应力与Ansys有限元法计算结果吻合良好;扭转畸变翘曲总正应力、畸变翘曲正应力均与按能量法计算所得结果吻合良好,误差不超过10%.计入约束扭转二次剪应力的影响能够更准确地计算箱梁畸变效应.

带挑臂PK箱梁涡振性能及优化措施机理研究

为研究带挑臂PK箱梁的涡振性能及气动优化措施,通过节段模型风洞试验研究了PK箱梁在0°、±3°风攻角下的涡振性能,并测试了人行道高度、封闭挑臂底部、栏杆透风率改变、不同倾角抑流板等气动措施对PK箱梁气动稳定性的影响,研究表明:主梁在0°、+3°风攻角下出现强烈的竖向涡激共振,并出现多个竖向涡振区间,同时在高风速下主梁出现了明显的扭转涡振;抬高人行道高度能降低各攻角下主梁的竖弯涡振响应,同时高风速下的扭转涡振得到极大程度的改善;通过封闭栏杆来改变栏杆透风率的研究发现,竖向间隔封闭人行道外侧护栏能破坏涡激气动力在展向的相关性,将主梁涡振峰值响应降低至规范限值的55.8%;0.25 m宽抑流板能有效改善主梁气动稳定性,抑流板倾角变化在20°~75°之间时,其均能完全抑制主梁涡振响应;气流在迎风侧人行道护栏处发生分离,在上表面卷起形成规律的大尺度旋涡,从而造成主梁剧烈的涡激振动,抑流板明显破坏了挑臂附近旋涡的形成,无法向下游发展形成规律的大尺度旋涡,从而能有效抑制主梁涡振。

波形钢腹板-钢底板组合箱梁耐火极限与设计

研究目的:近年来交通量的增加,由车辆碰撞或易燃物品运输车辆引起的桥梁火灾时有发生,不容忽视。为了解火灾下波形钢腹板-钢底板组合箱梁的火灾响应,采用ANSYS建立三维热-力耦合分析模型,分析火灾下组合箱梁温度场分布状态与抗弯承载力衰变规律,研究不同受火场景对组合箱梁耐火极限的影响,提出抗火设计方法。研究结论:(1)火灾下组合箱梁截面抗弯承载力呈三阶段发展;不同受火范围下跨中挠度随受火时间延长均呈两阶段发展;随着受火长度的增加,组合箱梁挠度增长幅度越大,受火初期受热弯曲效应作用越显著;(2)与抗力准则相比,采用挠度破坏准则判定组合箱梁的耐火极限较安全;(3)在组合箱梁底板增设不同类型的加劲肋形式,均可提高组合箱梁的耐火极限,当加劲肋材料用量相同时,与增设通长加劲肋相比,增设底板局部加劲肋对组合箱梁的耐火极限改善效果更好;(4)本研究成果可为波形钢腹板-钢底板组合箱梁的耐火极限理论分析与抗火设计提供参考。

大吨位箱梁曲线段梁上运梁承压箱梁受力分析

研究目的:杭甬高速复线宁波段一期工程S1标段采用大吨位预应力混凝土箱梁(50 m/1650 t),使用YL1800型运梁车采用单车跨双幅梁上运梁方案,为研究大吨位箱梁在小半径曲线段(R=1800 m)进行梁上运梁时下部承压箱梁的受力性能,验证运梁方案的可行性,对下部承压箱梁进行了测试与分析。研究结论:(1)大吨位箱梁在梁上运梁过程中,承压箱梁跨中截面顶板、底板沿纵向均处于受压状态,顶板沿横向处于受压状态,箱梁的受力满足规范要求;(2)随着运梁车偏载距离的增大,承压箱梁的应力和跨中挠度逐渐增大,运梁车向低侧偏载时对箱梁应力和跨中挠度影响较大,建议在梁上运梁时运梁车向高低两侧偏载不应超过1000 mm;(3)本研究成果可为大吨位箱梁梁上运梁施工提供参考。

新型波形钢腹板组合箱梁桥动力性能分析

对一种新型波形钢腹板组合箱梁桥结构开展了动力特性及抗震性能分析;以鄄城黄河大桥跨中箱梁段为例,建立组合箱梁桥的多尺度有限元模型,并与实测值进行了对比,验证了多尺度模型的有效性;基于此设计了该新型波形钢腹板组合箱梁的截面参数,采用多尺度建模方法研究了各参数变化对箱梁动力特性的影响规律,通过地震反应谱法分析了该结构在各向地震作用下的结构响应。结果表明:箱梁横隔板的数量和厚度是结构动力特性的敏感参数,对结构的扭转刚度影响很大;增大波形钢腹板厚度可有效提高结构刚度,且刚度增大对频率的影响程度大于质量增大对频率的影响,建议腹板厚度宜设为20~30 mm;槽形钢板可有效提高截面的抗弯刚度,尤其对结构竖向弯曲模态影响较大;横向地震作用对混凝土顶板和横隔板应力的影响最大,纵向地震力对波形钢腹板应力的影响最大,竖向地震力对混凝土底板和槽形钢板的应力影响较大。

连续变截面箱梁主墩0号块复杂受力模式与力学仿真分析

连续变截面箱梁是钢箱梁桥中应用较多的型式,具有受力复杂、施工变形控制难的特点.依托雄安新区骨干路网京雄高速高碑店连接线白沟河特大桥项目,结合钢箱梁结构异性结构设计理论,采用线性监测、毫米波雷达监测、埋设应变片应力监测与数值仿真分析相结合的方法,获得连续变截面箱梁主墩0号块各项受力变形数据,得到了连续变截面箱梁主墩0号块复杂受力模式的工作机制.结果表明:1)针对线性监测、内应力监测与毫米波雷达监测,提出了连续变截面箱梁主墩0号块控制阀值范围,内应力变化范围为0.71~12.58 MPa,沉降量0.78~-0.2 mm;2)对比分析线性监测与内应力监测数据,并对其进行拟合回归,构建了主墩0号块变形受力模型;3)通过提取主墩0号块毫米波雷达波谱图,获取其变形异常点数据,分析得出了连续变截面箱梁主墩0号块失稳破坏工作机制.上述研究成果可为连续变截面箱梁主墩0号块设计参数优化、主墩施工质量控制与施工工艺优化提供理论支撑与技术指导.

超宽箱梁多桁片组合挂篮施工技术研究

该施工技术采用前上横梁、后上横梁将4片三角式主桁架主纵梁连接成整体形成多桁片组合挂篮。组合式挂篮的多片纵梁能有效地分配悬浇混凝土荷载,能避免由于梁段过重导致的主纵梁局部失稳现象,降低已浇节段混凝土的拉压应力(锚点抗拉反力和中支点承压力)。且梁段浇筑时,底模平台的底纵梁共同受力,协调变形,能有效防止挂篮前面发生扭转失稳,提高整体横向稳定性。多桁片组合挂篮总重约177 t,占最大节段重量的39.3%,具有自重轻,刚度大、变形小,结构简单,受力明确等特点,能有效解决超宽截面梁段在挂篮悬臂施工时的应力分布和挠度变形问题。由于使用通用设备,具有较好的参考意义。

高铁箱梁钢筋骨架液压内胎具的设计与应用

在高速铁路工程中,箱梁是一种常见的桥梁结构型式,箱梁钢筋一直的绑扎工作在胎模中进行,在箱梁钢筋绑扎过程中,底腹板钢筋绑扎完在绑扎顶部钢筋前,需要在箱梁钢筋胎具内部搭设钢架以支撑顶层钢筋骨架,目前传统的钢架搭设和拆除均采用人工立架拆除,有时会出现立架不稳倾倒的情况,存在安全隐患和施工效率低下的问题。本文主要针对此情况,设计并制作了一种液压内胎具,以提高箱梁钢筋绑扎效率,并确保了施工安全。

哈大客专普兰店海湾特大桥简支箱梁架设施工关键技术

以哈大客专普兰店海湾特大桥跨海部分为例,概括大桥箱梁的预制、运输到架设的过程。针对桥梁跨度大、墩旁托架缺乏有效的拼装措施、易受海上环境影响的特点,对施工方案展开研究,提出了采用架桥机节段预制架设方法进行简支箱梁架设,对不同工况下架桥机各杆件、墩旁托架及墩身进行受力分析,确保整体、局部受力均满足设计要求,保证大桥箱梁架设施工安全稳定。

客运专线大吨位预制箱梁施工技术研究

箱梁在客运专线铁路桥梁中起着重要的承载作用。为此,研究客运专线大吨位预制箱梁施工技术,以满足越来越高的施工要求。从梁场规划与布置、预制箱梁制作、预制箱梁移运架3个方面设计客运专线大吨位预制箱梁施工工艺。结果表明:随着时间的增加,各个测点的电通量均小于1000 C,说明箱梁抗渗能力强;随着冻融循环次数的增加,弹性模量相对值均未超过施工标准且质量损失变化较小,说明箱梁的抗冻性强;随着荷载的增加,箱梁的挠度在不断增加,当加载到最终最大荷载时,挠度仍小于10 cm,说明该箱梁的抗变形能力强,满足施工标准。

铁路桥梁大节段预制胶接拼装简支箱梁施工

随着铁路交通的快速发展,桥梁建设面临着工期缩短、成本控制和质量提升的需求。大节段预制胶接拼装技术作为一种创新方法,通过预制箱梁的大节段装配和胶接方式,有效地提升了施工效率和桥梁质量。本文详细介绍了该技术在某铁路特大桥项目中的应用,包括节段梁的设计、预制、悬挂施工、定位及拼装等关键技术环节。实践证明,采用此技术能显著减少现场作业量,缩短工期,并通过精确的施工控制提高结构的耐久性和安全性。本文旨在通过详细阐述大节段预制胶接拼装简支箱梁的设计与施工过程,为铁路桥梁建设提供创新方法与实践案例,以供业界参考和借鉴。

超宽鱼腹式现浇箱梁混凝土裂缝控制

近年来,国内站城综合体TOD开发成为一种新型建筑模式,地铁、市政道路、商业综合体等多种大体量建筑形态交叉同步施工成为工程实践难题。基于此,结合已经实施的成都博览城综合交通枢纽工程,解析福州路桥鱼腹式多幅四箱室闭合型超宽箱梁,采取优化混凝土配合比、U形冷却管布置、后浇带布置、支架沉降控制、箱梁浇筑顺序等5种措施,解决大体积C60梁体混凝土防开裂难题,并取得明显实践成果,获得国家优质工程奖和土木工程詹天佑奖。

30 m预应力UHPC箱梁抗弯性能试验及结构优化研究

为了解大尺寸预应力UHPC箱梁的抗弯性能,以预应力UHPC公路桥——河北石磁跨线桥为背景,设计、制作1片长30 m的足尺预应力UHPC箱梁模型进行四点弯曲试验,结合有限元计算结果,分析试验现象及裂缝分布、跨中荷载~位移曲线、受拉区UHPC及筋材应力~应变曲线。在此基础上分别考虑普通钢筋配筋情况、预应力筋数、腹板厚度和底板厚度等参数对预应力UHPC箱梁进行结构优化设计研究。结果表明:箱梁破坏时受压区UHPC未压溃、受拉区钢纤维被拔出,裂缝贯通底板;根据荷载~位移曲线,箱梁受力可分为弹性阶段、裂缝发展阶段、裂缝快速发展阶段和破坏阶段;根据应力~应变曲线,受拉区UHPC在纵筋屈服时仍能贡献抗拉能力;试验现象及力学指标实测值均说明了预应力UHPC箱梁抗弯能力还有很大富裕空间,可进一步优化。完全不配置普通钢筋的预应力UHPC箱梁仍能满足抗弯承载能力极限状态设计要求;底部预应力筋数增多可有效提高受压区UHPC的抗压强度利用率;腹板厚度过薄会造成腹板主拉应力过大问题,不宜薄于8 cm;采用体外预应力的方法可有效减薄底板所需厚度。

分体箱梁中央隔涡板涡激振动抑制机理研究

借助风洞试验和计算流体力学对分体钢箱梁的涡激振动性能及中央隔涡板的抑振效果与机理开展研究,对比不同形式(水平隔涡板、一道竖向隔涡板、两道竖向隔涡板)和尺寸中央隔涡板的抑振效果,并根据流迹与速度云图对不同形式中央隔涡板的抑振机理进行分析。结果表明:开槽顶部水平隔涡板能够阻碍开槽处的气体对流,降低开槽内部及断面周围气流速度,增加旋涡移动和脱落难度,从而在一定程度上抑制涡激振动,抑振效果随隔涡板宽度增大而增加;开槽内部竖向隔涡板能够将旋涡稳定在隔板分隔出的几个小区域内,避免产生稳定的旋涡脱落,进而有效抑制涡激振动,设置两道半高竖向隔涡板比设置一道全高竖向隔涡板效果更好,但需对两板间距进行优化。