腐蚀损伤平行钢丝吊索应力分布特征

为了研究吊索内钢丝腐蚀损伤后的应力分布规律,采用有限元软件ANSYS弹簧单元与节点耦合模拟钢丝间相互作用,考虑温度变化时护套对钢丝的握裹力影响,提出了一种改进的平行钢丝吊索纤维束理论计算模型,研究了钢丝束长度、层数,锈坑尺寸、数量和位置分布等参数以及护套握裹力对吊索内钢丝应力分布的影响规律。结果表明:拉伸荷载作用下,改进的纤维束模型可准确反映吊索钢丝间应力分布,中心层与内层钢丝应力略大于外层钢丝应力;锈坑参数对吊索钢丝应力分布影响显著;锈坑角度为60°时,吊索受力最为不利;护套握裹力对最外层钢丝应力有较大影响。

利用H_(2)O_(2)发泡和碳化养护改善RMFC的固碳、力学和保温隔热性能

开发新型低碳胶凝材料替代高能耗高碳排放的硅酸盐水泥是水泥与建筑行业碳减排的重要途径之一。通过H_(2)O_(2)发泡和CO_(2)养护活性氧化镁水泥(Reactive magnesium oxide cements,RMC),制备了一种可快速大量固碳且具有保温隔热性能的活性氧化镁泡沫混凝土(Reactive magnesium oxide foam concrete,RMFC),并研究得到了各因素对材料发泡、固碳、力学及隔热性能的影响规律及作用机理。考察了水灰比、H_(2)O_(2)掺量和H_(2)O_(2)预热温度对RMC浆体发泡效果的影响规律;研究了孔隙率、养护条件和碳化时间对RMFC碳化行为的作用效果;分析了孔隙率、养护条件与碳化时间对RMFC力学性能和保温隔热性能的作用机理。研究表明:通过适当提高水灰比延长RMC浆体初凝时间、预热H_(2)O_(2)提高其分解速率,可制备得到孔隙率较高的RMFC;提高孔隙率、增加CO_(2)浓度和降低碳化温度可显著提升固碳率,碳化温度不同还导致碳化产物有所不同;降低孔隙率或提高碳化水平可得到强度较高但导热系数较大的RMFC;试验中制备得到了容重635~1335 kg/m^(3)、抗压强度3.75~9.1 MPa,导热系数0.32~0.49 W/(m·K)的RMFC。本工作提出的RMFC制备方法具有显著的固碳效果,试验中每吨RMC固定CO_(2)的最大值为0.42 t,以其替代硅酸盐水泥泡沫混凝土可助力水泥与建筑行业实现“碳达峰、碳中和”。

基于雷达振动测试技术的时变索力识别方法研究

根据振动频率法索力测试原理,提出了基于连续复小波变换的分时段等值线法进行时变索力识别。将拉索的振动信号划分为多个较小的分析时段,对每个分析时段信号进行连续复Morlet小波变换得到小波系数,采用改进后的小波阈值去噪函数对小波系数进行降噪处理。通过等值线法在等幅值面上提取小波脊带,利用最邻近法对等值线进行拟合插值。然后把插值在频域进行均值化处理,识别出拉索的瞬时频率,进而计算出时变索力。以微波雷达为测试手段,设计了时变索力识别试验,试验结果表明:该方法能够提取到振动信号连续的瞬时频率,无论是索力呈线性变化还是正弦变化,均能准确的识别出索力变化规律,索力识别结果和实际索力误差最大仅为3.8%,且在信噪比较低的情况下仍表现出了较好的适用性。实桥应用结果表明,雷达测试手段结合时变索力识别方法,可以便捷、有效的获取拉索的索力时程。

海文跨海大桥设计关键技术

海文跨海大桥是中国首座跨越地震活动断层的跨海桥梁,主桥为独塔半飘浮体系斜拉桥,跨径布置为(230+230)m,跨断裂带引桥为57~60 m不等跨径的简支钢箱梁。针对项目强震、强风、强腐蚀等复杂建设条件,该桥主梁采用自重轻、抗风性能优、疲劳耐久的STC轻型组合扁平钢箱梁结构;桥塔采用承台无系梁的横向“人”字形塔、环向预应力锚固系统;通过与沉井方案比选,提出桥塔基础采用超大直径4.3 m的钢管复合桩,以解决强震作用下基础的受力与微风化花岗岩地质施工的难题;采用提出的钢-STC钢箱梁简支桥面连续构造、三维可调节的钢垫石支撑技术方案,以解决跨断裂带钢箱梁日常行车舒适性与强震下桥梁易修复的难题。开展钢箱梁简支桥面连续构造理论及荷载足尺模型试验、1∶20主桥振动台模型试验、抗风模型风洞试验等相关研究,验证了结构的可靠性及适应性。

横风下车桥系统气动特性的风洞试验研究

为考虑车辆和桥梁的相互气动影响,利用研制的测试装置,测试了不同工况下车辆和桥梁的气动力系数,讨论了风场的紊流特性、风速、前后车辆干扰、车辆横向距离对车辆气动力系数的影响以及车辆对桥梁静三分力系数的影响;通过分析研究车辆和桥梁表面压力测试结果,探究了车辆和桥梁气动特性发生变化的原因,验证了测试数据的准确可靠性。研究结果表明:风场的紊流特性、前后车辆干扰以及车辆横向距离对车辆气动力系数有较大的影响,而风速对其基本没有影响;另外,桥梁静三分力系数受车辆的影响也比较大。

既有钢筋混凝土拱肋承载力测试与分析

对于服役多年的钢筋混凝土桥梁,混凝土开裂、钢筋锈蚀等存在着复杂性和随机性,对其性能影响很大。基于实桥两根服役28年的钢筋混凝土拱肋极限承载能力试验研究,详细阐述了拱肋的荷载位移、荷载应变关系、残余承载力以及失效形势,分析了影响承载力的相关因素,给出了服役多年混凝土的本构关系,分别建立了考虑与未考虑老化与损伤的拱肋极限承载能力的有限元计算模型,并对比分析了理论计算值和实验结果。各项研究表明初始裂缝、钢筋锈蚀和拱轴线的线形对结构的承载能力和失效形势有较大影响。

确定斜坡地基比例系数m值的模型试验研究

为研究斜坡坡度及水平荷载作用角度对斜坡地基比例系数m值的影响,设计并完成了一系列斜坡地基刚性桩水平承载室内模型试验,测得了不同斜坡坡度及水平荷载作用角度下地基比例系数m值.试验发现:斜坡地基比例系数m值随地面处桩身水平位移x、斜坡坡度α及水平荷载作用角度β增加呈非线性减小,当x>10mm时,m值几乎保持为一定值,并据此建立了斜坡地基比例系数m值与坡度α及荷载作用角度β之间的拟合关系式.理论与试验对比分析表明:根据考虑斜坡空间效应影响确定的斜坡地基比例系数m值,计算得到的桩身内力、位移与实测结果最接近,最大计算误差小于10%;斜坡桩基设计时,建议取地面处桩身水平位移x=10mm对应的m值.

预应力碳纤维板加固受弯构件的疲劳性能研究

预应力碳纤维片材加固混凝土结构是碳纤维加固的重要研究方向,国内外学者已经进行大量研究,但目前关于预应力碳纤维片材加固受弯构件的疲劳性能的试验研究很少,对加固构件疲劳破坏机理也存在认识分歧。针对已有疲劳试验研究的不足,进行7根大比例T形试件的试验研究,比较分析不同加固方式产生的构件疲劳性能差异,初步研究黏结树脂疲劳强度以及碳纤维板剥离对构件疲劳寿命的影响。试验结果表明:与非预应力碳纤维板加固相比,预应力碳纤维板加固显著降低钢筋应力,提高构件的疲劳性能;非预应力碳纤维板加固构件在钢筋疲劳断裂之前树脂先产生黏结疲劳破坏从而引起碳纤维板剥离;黏结剥离致使钢筋承担应力增大,从而减少构件的疲劳寿命。

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。

预应力碳纤维板加固T梁的试验与理论研究

针对已有研究成果中试件尺寸偏小的不足,对3根预应力碳纤维板加固的大尺寸T形受弯构件实施静力破坏试验,并比较预应力加固与传统加固两种加固方式的技术效果,考察预应力技术对碳纤维加固效率的影响,分析采用预应力碳纤维加固对构件截面性能的影响,在此基础上推导及提出预应力碳纤维加固受弯构件的界限补强率以及极限承载力的计算公式。试验结果表明:预应力碳纤维加固可显著地提高受弯构件的承载能力,有效增大碳纤维材料的强度利用效率,改善构件的正截面应力分布,从而使构件具有较传统加固技术更优越的受力性能。

基于动态可靠度的服役桥梁维修加固策略

基于服役期的动态可靠性 ,对服役桥梁的维修加固策略进行了新的探讨 ,考虑了维修加固效益和维修加固后续服役期的经济影响 ,提出了维修加固度的概念 ,得到了以动态可靠性为约束 ,以维修加固费用和失效损失之和为目标函数的决策模式。该方法和结果对桥梁结构的设计、管理和研究具有一定的参考价值。

混凝土梁后张预应力损失的概率特征及敏感性评估

为研究混凝土梁中后张预应力损失的分布特征及其对各种不确定因素的敏感性,以概率数值模拟为基本手段,得到各分项预应力损失及预应力总损失的概率分布特征,并对预应力损失进行了区间估计。将各影响因素划分为施工、设计和材料3类,分析了预应力损失对各类因素的敏感性。结果表明:预应力总损失可用对数正态分布描述;95%置信概率下预应力总损失的上、下限偏离均值可达20%以上,各因素不确定性对预应力损失影响不容忽视;各类因素的敏感程度依次为施工条件、材料性能和设计因素,其中张拉控制应力、预应力筋弹性模量和预应力筋面积分别在3类因素中的影响最为显著;各分项预应力损失中,管道局部偏差对摩阻损失的影响强于管道摩擦,预应力筋越长对锚具变形损失影响越弱,而混凝土收缩徐变损失对徐变的敏感程度要强于收缩。

体外预应力桥梁锚固结构的受力性能与配筋研究

通过两座不同截面类型的体外预应力桥梁锚固结构的空间应力分析,获得了其应力分布特点,指出了其薄弱环节。探讨了角钢、锚垫板、体外预应力钢管对锚固结构受力性能的影响。根据力流传递形式结合拉压杆模型方法,建立了锚固结构拉压杆配筋计算模型,提出了配筋建议。分析表明:在锚固结构与梁交接部位设置角钢,能有效地降低该位置混凝土的应力集中;按弹性材料分析得到的锚固结构附近区域混凝土的各应力值均不同程度地超出设计强度的若干倍,但考虑材料的非线性,考虑角钢、锚垫板、体外预应力钢管、钢筋网以及分布钢筋的作用,锚固结构混凝土的局部应力大为降低,满足规范限值要求。

变曲率竖曲线梁顶推过程支点标高调整方案确定的单步模数搜索合成法

针对穷举法计算量太大、试算法需要丰富经验的不足,研究变曲率竖曲线梁顶推过程中支点标高调整方案确定的新方法。基于相关假定,给出各支点处梁体强迫位移、顶推过程支点标高(含初始标高、调整后标高)及其调整约束条件等顶推关键要素的数学表达,明确支点初始标高的设置方法。在建立穷举法标高调整向量数学表示及其最优(或较优)标高调整方案寻找流程的基础上,基于先粗后精分级寻优思路提出计算量较穷举法大为减少的两步穷举法。考虑顶推过程支点标高调整方案确定中标高值优化精细程度的工程意义(或者优化标高值工程上的可变动性),提出"标高模数"概念,明确搜索策略,采用"先单倍模数搜索,再最大程度合并"的思路建立单步模数搜索合成法。算例分析比较两步穷举法、单步模数搜索合成法的计算耗时与结果等,明确单步模数搜索合成法是确定变曲率竖曲线梁体顶推支点标高调整方案的较佳方法。

气候变化、CO_2排放及其对碳化腐蚀的钢筋混凝土开裂和时变可靠度的影响

基于改进的碳化深度预测模型,结合IPCC预测大气CO2浓度数据,研究气候变化(CO2浓度)的规律及其对混凝土结构的碳化损伤影响。由于概率预测模型能够考虑CO2排放、环境、结构尺寸、腐蚀电流密度、钢筋布置、保护层厚度和劣化机制的不确定性和变异性,提出时变可靠度模型来计算混凝土结构在多种CO2排放策略作用下将来100年内的开始腐蚀概率和腐蚀开裂比例。研究表明:在最高CO2排放策略下的开始腐蚀概率比其在最好CO2排放策略下高720%;对于耐久性差的混凝土,在将来100年的开裂概率为0.37,这意味着大多数混凝土结构在服役期存在碳化腐蚀损伤现象,将来需要大量的维修和维护工作;当碳化腐蚀裂缝宽度要求设置从1mm降低为0.3mm时,碳化腐蚀开裂比例提高25%～70%;在所有排放策略下高腐蚀电流密度状态的混凝土腐蚀开裂比例比低腐蚀电流密度状态高1.6～2.8倍。这些信息能够为混凝土桥梁全寿命设计和维护提供支持。

大跨混凝土斜拉桥拉索施工期的可靠度分析

从结构可靠度理论出发,采用极值分布方法直接推导建立了斜拉索的强度概率模型,通过现场试验得到了钢绞线式斜拉索的索力均匀性指标,分析了影响施工期索力的主要设计变量的概率特征,在此基础上提出施工期斜拉索的可靠指标计算方法;进而分析施工阶段拉索可靠水平的变化规律,从而基于结构可靠度理论提出施工期斜拉索的安全性评价方法,并结合大跨混凝土斜拉桥实际工程背景验证了这一方法的有效性。计算结果表明:施工期斜拉索的可靠指标小于运营期;研究成果对于评价混凝土斜拉桥施工期的结构整体性能和安全程度具有参考价值。

地质聚合物的土木工程耐久性能的研究进展

地质聚合物是由硅铝酸盐材料通过碱激发形成,具有网络结构和无定形性质的胶凝材料。由于地质聚合物具有优于普通硅酸盐水泥的力学性能,并且制备过程中CO_2排放量较少等优点,被认为是硅酸盐水泥的良好替代品。尽管相当部分的研究者认为地聚物的耐久性也要好于普通硅酸盐水泥,但其他研究者对此持怀疑态度并认为很多方面还需进一步的研究。本文回顾了近几年有关地聚物耐久性研究的现状和进展,总结和讨论了地聚物的吸水性、碳化、硫酸盐侵蚀、酸腐蚀、碱-集料反应和氯离子渗透等耐久性能及其作用机理的研究成果,并提出了现有研究存在的主要问题。

坭洲水道桥圆形地连墙支护体系监测与分析

对虎门二桥坭洲水道桥直径90 m、深29 m东锚碇工程进行了监测,实测得到开挖过程中地连墙墙后土压力、墙体径向位移、竖向弯矩等。同时,设计并实施了地连墙槽段接缝的单元体试验,探讨了圆形地连墙环向刚度折减系数的取值方法,并结合轴对称弹性地基梁法对监测数据进行了对比分析。计算与实测分析结果表明,圆形地连墙支护体系墙体最大位移值为开挖深度的0.018%,远小于工程预警值,说明其可有效控制基坑变形;施工过程中土体开挖及内衬施工对地连墙应力影响最大,是相应深度地连墙应力达到峰值的主要原因,其影响范围为上下两倍当层开挖深度;圆形地连墙墙后土体具有空间效应,实测土压力值小于主动土压力理论计算值;由计算对比可知,考虑环向效应及环向刚度折减的弹性地基梁法可较好地反映圆形地连墙支护体系的受力变形特性。

基于多目标优化的混凝土斜拉桥静动力有限元模型修正

针对大跨混凝土斜拉桥结构有限元模型修正,为了充分利用静动力试验数据,提出了一种基于多目标优化算法的模型修正方法。利用静力位移和动力模态频率等结构实测静动力响应构造修正目标函数,在灵敏度分析的基础上选择待修正参数,采用带精英策略的快速非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)对国内某混凝土斜拉桥有限元模型进行了多目标优化修正,得到了模型修正多目标优化问题的Pareto最优解集,并利用静动力实测数据对修正后的有限元模型进行了验证。结果表明:模型修正后不仅参与优化的静力位移和动力计算结果与实测值吻合良好,而且未参与修正的结构静动力响应也与实测值更加接近,混凝土斜拉桥采用这种基于多目标优化的静动力有限元模型修正方法能够取得较满意的效果,修正后的有限元模型能够精确全面的模拟实际结构。

混凝土斜拉桥施工期的时变可靠度计算

针对斜拉桥施工期的可靠度分析中不存在显式的极限状态函数的问题,提出了一种改进的虚拟中间变量法,在标准正态空间内重构极限状态曲面;在现场调查和室内试验的基础上,分析了混凝土斜拉桥施工期的设计变量的时变规律;结合现有的桥梁施工控制分析程序,提出了混凝土斜拉桥施工期的时变可靠度的计算方法。算例结果表明:改进的虚拟中间变量法具有高效性和精确性,并且可以利用现有的桥梁施工控制计算程序,对于斜拉桥施工期的安全性评价具有重要意义。