分布式光纤智能裂缝监测技术的模型试验研究

为研究分布式光纤裂缝监测技术的工程实用性，并判断传感网络光纤线布置角度、环氧树脂涂覆层厚度等关键技术参数选取的正确性，在某混凝土连续梁桥缩尺模型破坏试验中应用该技术进行了裂缝监测。试验中监测到了预应力混凝土连续梁多条早期水平裂缝的发生和发展，并准确识别了裂缝空间位置和裂缝宽度。试验结果表明：该技术能够准确有效侦测连续空间范围内的结构早期裂缝，试验采用的关键技术参数满足工程应用需求。

重载铁路连续刚构桥梁挠度监测分析

铁路桥梁挠度监测反映了桥梁竖向整体刚度,挠度时程曲线揭示了桥梁结构、荷载相关信息.通过对重载铁路桥梁挠度监测数据分析,发现桥梁挠度受活载及桥梁温度场的影响,并对桥梁最大挠度统计分布规律、挠度与温度相关性以及桥梁满载状态下的挠度归一化进行探讨,提出桥梁挠度的相关报警指标,对《铁路桥梁检定规范》关于挠度的评判指标进行了扩充.

新型大纵肋正交异性组合桥面板力学性能研究

为了解新型大纵肋钢-超高性能混凝土(UHPC)正交异性组合桥面板对传统正交异性钢桥面板的受力性能的改善效果,以港珠澳大桥深水区非通航孔6×110m连续钢箱梁桥为背景,建立全桥有限元模型,对2种桥面方案的静力性能进行对比,建立节段有限元模型,对比2种桥面方案U肋与顶板连接焊缝处的疲劳性能,并分析U肋开口宽度和UHPC结构层厚度对大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板疲劳性能的影响。结果表明:2种桥面方案下钢箱梁控制点的位移和应力相差不大,所提出的大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板在中等跨度连续梁桥中具有较好的适用性;大纵肋钢-UHPC正交异性组合桥面板的疲劳性能显著优于传统正交异性钢桥面板;增大U肋开口宽度会导致U肋与顶板连接焊缝应力幅增加,增加UHPC结构层厚度能显著降低U肋与顶板连接焊缝应力幅。

基于导波多尺度能量熵的钢绞线张拉力识别

为了有效评估在役钢绞线中预应力的损失程度,提出一种识别钢绞线张拉力的导波无损检测方法。在不同张拉力钢绞线上进行了超声导波传播数值模拟及实验,构建以导波多尺度能量熵为特征向量的识别指标进行钢绞线张拉力识别,并考虑了导波传播距离及采集方式的影响。结果表明:不同拉力作用下,导波多尺度能量熵差异显著,识别指标与钢绞线张拉力存在明显的线性关系;识别指标敏感性随导波传播距离的增加而增强,但其提升幅度随传播距离的增加而减小。与有限元模拟结果相比,实测识别指标传播距离增加957.69%,敏感性系数提高了20.3%。采用中心钢丝激励、中心钢丝接收导波的采集方式进行张拉力识别,敏感性更优;识别指标与张拉力之间的线性变化规律受导波采集方式的影响较小。

基于高斯回波包络模型的悬索桥索夹螺杆轴力识别

为有效评估悬索桥索夹螺杆轴力的损失程度,提出一种可实现数据自诊断的索夹螺杆轴力超声识别方法。该方法对螺杆超声回波包络进行高斯建模,提取回波声时,并根据模型确定系数剔除异常信号;进行螺杆标定试验,确定标定螺杆应力系数和温度系数,得到螺杆轴力计算公式,并进行螺杆轴力识别。结果表明:回波中心频率为3.5~4.0 MHz时高斯回波包络模型的稳定性和可靠度较好,可将高斯回波包络模型确定系数小于0.9的实测信号作为异常信号进行剔除,实现实测数据质量的自诊断;螺杆轴力与声时差线性关系明显;基于高斯回波包络模型可实现索夹螺杆轴力自动识别与实测数据质量自诊断,轴力识别误差均在1.1%以内。

武汉青山长江公路大桥引桥荷载放大系数研究

针对桥梁实际运行荷载效应与规范设计荷载效应差异较大问题,以武汉青山长江公路大桥引桥为工程背景,基于周边具有相似交通情况的既有跨江桥梁实测动态称重(WIM)数据和预测统计车辆特征,采用蒙特卡洛法构造自然车列对引桥4种典型连续梁桥有限元模型进行影响线加载,分析95%保证率分位值时正常行驶与自然堵车状态下各控制断面处的荷载放大系数。结果表明:对于4种典型连续梁桥,正常行驶状态下荷载放大系数β<1,自然堵车状态下部分控制断面荷载放大系数β>1;最大荷载放大系数对应内力类型为连续梁墩顶负弯矩,是实际自然车列作用下的控制内力;桥墩墩顶负弯矩等控制内力的荷载效应计算时,荷载放大系数β为1.2~1.5。

悬索桥索夹螺杆轴力超声识别的影响因素分析及应用

为有效评估悬索桥索夹螺杆轴力的损失程度,对悬索桥索夹螺杆轴力超声识别方法进行了影响因素分析及实桥应用。首先,基于声弹性效应建立螺杆轴力计算公式,并用于螺杆轴力识别;然后,分析无应力声时差异和应力系数差异对识别精度的影响;最后,将该方法用于识别螺杆张拉效率和梁段吊装过程中的螺杆轴力损失。结果表明:1)悬索桥索夹螺杆声弹性效应明显,螺杆轴力识别误差均在1.1%以内。2)传感器耦合状态和螺杆几何、材料参数差异均会影响螺杆无应力声时,从而影响螺杆轴力识别精度,二者引起的轴力识别偏差分别为47.7和43.7 kN。3)不同螺杆应力系数存在差异,标定螺杆与待测螺杆应力系数差异引起的轴力识别偏差为4.75%。4)通过实测声时计算螺杆张拉效率来控制螺母拧紧程度,螺杆张拉效率达到94%以上,较未控制螺母拧紧程度前最大增加了95.93%;索夹螺杆轴力随梁段重量的增加损失严重,实测索夹平均轴力最低为424.32 kN,仅达到设计轴力的56.58%,在梁段吊装过程中应及时对索夹螺杆进行补张拉,确保施工安全。

基于年均小时交通量的卡车荷载预测模型及其对桥梁疲劳损伤影响

车辆实测数据表明,车辆荷载存在明显递增趋势。利用中国安徽省某桥梁长期健康监测数据,定义年平均小时交通量(AAHT)来考虑交通量的周期性和季节性变化,并据此建立季节性差分自回归移动平均模型(SARIMA)模型对未来交通荷载进行预测。同时,基于实测卡车数据的关键参数统计结果,建立多种类型的卡车荷载模型,逐一加载到某T梁桥有限元模型上,研究卡车荷载的非平稳增长对结构疲劳损伤的影响。结果表明,基于AAHT的季节性差分自回归移动平均模型能够准确预测车辆荷载,且车辆的非平稳增长对桥梁疲劳损伤影响显著,考虑车辆荷载非平稳增长时桥梁的疲劳损伤度约为不考虑车辆非平稳增长时的1.7倍。

基于实测应变监测的斜拉桥钢桥面板加固性能评估

为分析超高性能混凝土(UHPC)加固后的钢桥面板长期性能,为桥梁后期运营维护提供理论支撑,以某长江公路大桥为背景进行研究。该桥采用UHPC和ERE铺装2种桥面加固方案,在顶板与U肋焊接细节、U肋对接焊接细节处布置应变测点,结合实桥应变监测数据,并基于S~N曲线与Miner线性疲劳累积损伤理论,对加固后的钢桥面板剩余疲劳寿命进行评估。结果表明:与ERE加固的钢桥面板相比,UHPC加固更能有效降低各易损细节处的应力幅值和疲劳损伤;UHPC加固后的顶板与U肋焊接细节处日均损伤度降低70%~80%,疲劳寿命显著高于ERE加固的钢桥面板疲劳寿命;UHPC加固后的U肋对接焊接细节处日均损伤度降低20%~30%,但2种加固方案的疲劳寿命差异较小(ERE加固后为17.6年,UHPC加固为22.1年),简单提高钢桥面板刚度对U肋对接焊缝疲劳性能强化效果相对有限;建议结合长期监测数据,基于可靠度方法进一步进行实桥寿命评估。

大跨度钢箱梁斜拉桥健康监测数据分析

军山长江公路大桥为主跨460m双塔双索面钢箱梁斜拉桥,2001年12月建成通车,2011年建立健康监测系统。为评价该桥长期运营后的整体和局部力学状态,并评估监测系统运行状况,对该桥健康监测数据进行分析。依据健康监测系统实时监测的海量数据,采用恒载状态参数比较法和活载效应统计最值包络法对结构的整体和局部力学性能指标进行分析评价;基于线性累积损伤准则和疲劳强度曲线进行钢箱梁疲劳分析;通过比较斜拉索振动时程与理论控制阈值,判断斜拉索发生有害振动及抑振措施的失效;通过统计监测数据完整率、有效率及相关参数实测数据的对比分析,评价监测系统运行稳定性和可靠性。分析结果表明:该桥整体力学性能良好;钢箱梁局部存在疲劳破坏风险;斜拉索存在有害振动;健康监测系统运行稳定,数据可靠。

重载预测模型及RC连续梁桥结构反应分析

为了解我国车辆交通量和车载水平的非平稳变化对公路桥梁承载力的影响,利用大量实测重载数据,分析了重载时间频度与荷载集度的非平稳特性,分别基于季节时间序列和RICE极值外推理论,建立了非平稳重载交通量预测模型和荷载极值模型,以实际重载交通流分布进行某实桥有限元模型加载,分析非平稳重载作用下桥梁的内力变化.研究结果表明:重载产生的跨中弯矩约为中国规范的1.21~1.55倍,美国规范的1.13~1.45倍.交通量增加后,跨中弯矩和支座负弯矩最大增幅分别为10%和22%,梁底混凝土的应力增大,最大增幅为14%.总体上,重载交通的非平稳增长使得主梁内力增加,但梁底混凝土应力大小未超出规范限值;重载在桥面的纵、横向空间分布特性对结构的内力影响较甚,在选取内力控制截面时应予以考虑.

钢桥面板U肋与顶板双面焊连接疲劳性能研究

为确定钢桥面板U肋与顶板双面焊连接相比单面焊连接疲劳性能的改善效果,以某实桥正交异性钢桥面板节段为对象,采用ANSYS软件建立有限元模型,计算不同工况下各疲劳易损部位的切口应力幅,并分析双面焊连接疲劳性能的影响因素。结果表明:U肋与顶板双面焊连接的最大切口应力幅比单面焊时减小19.1%,能有效提高U肋与顶板连接焊缝的疲劳性能;U肋与顶板单面焊连接的最不利疲劳易损部位为焊根,而双面焊连接的最不利疲劳易损部位变为外侧焊趾;焊缝未熔透间隙长度和高度对U肋与顶板双面焊连接疲劳性能的影响较小;增大焊缝和顶板夹角可显著降低双面焊连接的最大切口应力幅,提高U肋与顶板双面焊连接的疲劳性能。

基于分布式应变光纤测试的钢管桩抗拔承载能力检测研究

分布式光纤传感系统具有距离长、分辨率高、精度高等优势。将分布式光纤应用于风力电机桩基承载能力测试中,突破了传统桩基承载能力测试仅能得到有限部位离散的应力状况的限制,获得了沿桩长方向连续的荷载应力分布曲线,为研究大直径钢管桩荷载传递机理提供了有利手段。论文结合工程案例,详细介绍了分布式光纤在风力电机桩基承载能力测试中的应用,并进行数据分析。

支持向量机回归在桥梁线形RTK测量中的应用

桥梁线形测量是桥梁运营维护过程中的重要安全检测工作,传统测量方式作业效率低,对桥面交通影响大,是已通车的桥梁线形测量急需解决的问题。选择车载全球卫星导航系统(GNSS)的实时动态差分(RTK)测量技术成为桥梁运营维护阶段的首选测量作业方案,然而GNSS RTK测量的精度和可靠性在大型悬索和拉索桥面的复杂观测条件下,极易出现较大的观测误差数据。基于桥面进行多次往返GNSS RTK测量结果,采用支持向量机回归模型对测量结果进行优化建模,最终实现桥梁线形精密测量。基于某700 m长度桥梁的实测GNSS RTK结果和独立的水准测量对比结果显示,在GNSS RTK测量原始结果的整周模糊度固定率约为78.3%,在95%的可靠性条件下,固定解精度约为2.9 cm;采用回归建模方法,同样在95%的可靠性条件下,可将桥梁线形测量精度提升至1.3 cm。由此可认为,提出的支持向量机回归建模方法在桥梁线形测量应用中具有较强的实用性。

大跨度结合梁斜拉桥温度场及温度效应分析

为研究大跨度结合梁斜拉桥的温度场及所产生的效应,以望东长江公路大桥为背景进行分析。基于该桥结构健康监测系统1年的温度监测数据,分析该桥日照温度场分布规律,提出结合梁、桥塔竖向温度梯度以及斜拉索与桥塔、主梁温差的计算模式;采用该计算模式得到的温度荷载,对结构的温度变形效应进行有限元分析;最后通过EMD法提取主梁主跨跨中受温度影响的挠度响应。结果表明:钢主梁的竖向温差较小;斜拉索与桥塔、主梁的温差较大,对主梁挠度温度效应起决定作用;采用空间杆系单元建立的斜拉桥模型在温度荷载作用下的挠度计算值偏保守。

沿海大跨径桥址处台风“山竹”风特性实测研究

为给沿海地区桥梁设计及后期维护提供依据,对沿海地区强风特性进行研究。以广东省某大跨径桥梁结构为背景,基于其风环境监测系统实时采集的台风“山竹”登陆过程中32h风速时程数据,对台风的平均风速、风向角、湍流强度、阵风因子以及峰值因子等风特性参数进行了分析。结果表明:台风风速具有显著的非平稳特性;与规范推荐值相比,风场横向与纵向湍流强度比值偏小,竖向与纵向湍流强度比值偏大;湍流强度、阵风因子和峰值因子随平均风速的变化趋势相近,在风速较小区域呈下降趋势,在风速较大区域相对平稳;纵向湍流强度和纵、横及竖向阵风因子随时距的增大而减小;峰值因子的概率密度分布曲线与高斯分布曲线较为吻合;阵风因子与湍流强度呈现较强的正相关性。

高烈度地区不对称刚构-连续梁桥减隔震设计研究

为研究不对称刚构-连续梁桥的减隔震技术,以高烈度地区某(53+130+85)m预应力混凝土不对称刚构-连续梁桥为背景,拟定2种减隔震方案(方案一为非固结墩、台采用单向活动球型钢支座;方案二在方案一基础上,在连续梁侧墩、台处增设液体粘滞阻尼器),优化粘滞阻尼器参数,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,输入3条50年超越概率2.5%的地震波,对比分析2种方案下结构的减隔震效果。结果表明:液体粘滞阻尼器的速度指数α取0.2,阻尼系数C取1800 kN·(m/s)^(-0.2),减隔震效果最佳;与方案一相比,在连续梁侧增设优化参数后的液体粘滞阻尼器(方案二)后,墩底纵向弯矩、墩梁相对位移和梁端位移等得到控制,2号固结墩墩底弯矩降低约50%,1号墩墩梁相对位移减小约54%;方案二可有效地提高桥梁结构抗震性能,减隔震效果明显,作为该桥减隔震方案。

基于三角荷载的跑车试验简化模拟方法及应用

针对传统跑车试验模拟方法存在费时费力、不便于桥梁快速检测评估的缺点,提出一种基于三角荷载的跑车试验简化模拟方法。该方法首先采用三角荷载简化模拟冲击荷载;然后根据模型有限单元长度、试验车辆速度确定加载过程;最后将三角荷载加载时程序列代入到车致桥梁运动方程中,根据桥梁结构动力学理论求解桥梁结构动力响应,实现跑车试验快速模拟。将该方法应用于坦桑尼亚基甘博尼大桥(主跨200m的双塔单索面预应力混凝土斜拉桥)中,对比分析跑车试验模拟计算结果和实测结果,得到自振频率、动挠度、动应力计算结果与试验结果相吻合,桥梁整体刚度、强度满足设计要求,实现了桥梁快速检测评估。

基于动态测试数据的旧桥系统参数识别

为快速、有效地识别环境激励下钢桁架桥的模态参数,选择应用较为广泛的峰值法和特征系统实现算法2种模态参数识别方法进行研究,并将稳定图与功率谱密度函数相结合的方法用于真假模态的甄别。以一座钢桁架桥为例验证2种识别方法以及真假模态判别方法的有效性,结果表明运用峰值法和特征系统实现算法均可较为快速有效地得到钢桁架桥的模态参数,其中特征系统实现算法的效果更好;稳定图与功率谱密度函数相结合的方法可以弥补峰值法和特征系统实现算法的不足,使振动模态识别的结果更为可靠。

基于监测数据的组合梁斜拉桥温度梯度特性及结构性能影响研究

选择了中国、美国、欧洲、英国4本规范对于钢混组合梁温度梯度计算模型进行对比分析,指出欧规与英国在定义钢混组合梁温度梯度计算模式时考虑的因素较为全面。以武汉二七长江大桥健康监测系统2015年温度监测数据为基础,分析得到了二七长江大桥年度最大正温度梯度与最大负温度梯度分布。计算对比了4本规范与实测温度梯度的效应,结果表明英规正温度梯度计算模式结果与实测温度梯度模式结果最为接近;英规负温度梯度计算结果远超正常值,其适用性有待商榷;欧规简化模式与实测负温度梯度模式计算结果较为接近;根据实测温度梯度模式计算结果,中规温度梯度模式温度效应偏于不安全,需要给予修正;根据实测温度梯度与4本规范的对比分析,可为中规温度梯度计算模式的修正提供参考。