正交异性钢桥面板双轴疲劳性能评估

为精确评估正交异性钢桥面板在双轴应力状态下的疲劳性能,以东营胜利黄河大桥为背景,建立该桥正交异性钢桥面板顶板、U肋、横隔板交叉连接部位焊缝的节段三维有限元模型,采用等效结构应力法对正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳问题进行研究;通过模型试验验证正交异性钢桥面板体系的双轴疲劳特性,并进行其构造细节疲劳寿命评估。结果表明:弧形切口起焊点的疲劳裂纹萌生位置在横隔板下方焊趾处,经历裂纹萌生、裂纹稳定扩展和裂纹失效3个阶段,最终失效阶段裂纹形式为Ⅱ型裂纹主导的Ⅰ-Ⅱ型复合裂纹,此为该桥正交异性钢桥面板结构体系的主导疲劳失效模式;顶板焊缝焊趾及弧形切口起焊点焊趾处于双轴应力状态,面内剪切结构应力幅对疲劳应力的影响显著,按单轴疲劳应力进行寿命预测误差较大,按单轴疲劳应力状态对结构进行疲劳寿命设计偏于不安全;基于组合等效结构应力法的计算值与试验值吻合较好,各焊接细节计算得到的最大值下的疲劳裂纹起裂位置均与试验结果一致,按双轴疲劳应力预测疲劳寿命与试验值吻合较好,疲劳寿命评价精确度较高。

东明黄河公路大桥主梁加固关键施工技术

东明黄河公路大桥主桥为(75+7×120+75)m的预应力混凝土刚构-连续组合体系梁式桥,该桥运营多年后出现了梁体开裂和跨中下挠病害。为解决桥梁抗剪承载力不足和跨中下挠问题,主梁采用斜拉体系加固方案,即在原桩基两侧增设桥塔,主梁下部横向增设托梁,托梁与主梁之间通过托架在箱梁底部连接,从桥塔至托梁锚固斜拉索。在主梁加固施工中,新增钻孔灌注桩基础采用回旋钻机钻孔,采用"U形管"法压浆;新增钢构件(托梁、托架和箱内钢支撑)施工主要包括吊装、钻孔、植筋及箱内钢支撑施工;斜拉索按照从中塔到边塔、从短索到长索的顺序分级对称张拉。加固后的荷载试验表明,斜拉体系加固施工改善了桥梁的受力,抬升了跨中截面高度,加固效果明显。

斜拉体系加固东明黄河公路大桥主梁锚固区段模型试验研究

东明黄河公路大桥是采用斜拉体系加固的大跨径预应力混凝土连续刚构桥,为研究新增索力作用下新增的钢托梁、钢托架及主梁锚固区段箱梁局部的受力性能,选取距跨中截面22.15m长索锚固端9m混凝土箱梁建立缩尺模型,对节段模型静力加载至2.5倍设计索力时的静力强度和挠度进行测试,分析试验模型在对称加载和偏载作用下的静力力学特征。试验结果表明:对称加载至设计索力和偏载至1.1倍设计索力时,混凝土箱梁受力性能良好,钢托梁抗弯刚度可靠,结构处于线弹性阶段,可以用线弹性理论进行分析;随着荷载的继续增大,钢托梁悬臂根部最先达到屈服应力,挠度曲线呈非线性特征,塑性变形明显;达到2.5倍设计索力时,钢托梁多点应力屈服,混凝土箱梁受力性能良好,钢托架具有足够的安全储备,钢托架锚固性能可靠,但高强度螺栓预紧力损失较大。

改进不等时距权重的灰色残差组合修正模型及其应用

为提高传统不等时距灰色模型(TUTGM)的预测精度,提出了一种改进不等时距权重的灰色残差组合修正模型(IUTWGMRCC)。首先在传统不等时距灰色模型中引入时距权重分配系数,按照累加生成和累减还原过程的生成序列不同,构建了4种不同的预测模型,并依据相似度准则确定最优拟合序列和预测值;然后采用正弦函数和谐波变化生成的周期序列函数修正残差序列,进一步提高模型的预测精度;最后对建筑物3个观测点的沉降量进行预测。结果表明,累减还原过程引入不等时距权重的灰色模型预测精度最高,经残差组合修正后,预测结果的后验差比分别为0.04、0.11和0.05,精度等级为1级。

主梁变形预报的改进非等间隔权重灰色修正模型

针对斜拉体系加固张拉施工阶段主梁变形难以预报,传统非等间隔灰色模型在其应用中存在精度低的问题,提出了一种马尔科夫链残差修正的改进非等间隔权重灰色主梁变形预测模型。首先,该模型将主梁变形量和索力差分别看作传统非等间隔灰色模型中的原始数据列和时间差,考虑在累加生成和累减还原过程中是否引入权重分配系数,构建了4种不同的非等间隔权重灰色预测模型,并依据相似度准则确定相应的最优权重分配系数和最佳计算模型,提高预测精度;然后,采用马尔可夫链法反映出主梁变形残差序列的随机波动特征,从而对改进非等间隔权重灰色模型的预测值进行修正,较好地弥补了单一预测模型预测精度偏低的不足,进一步提高模型的预测精度;最后,通过该模型对斜拉体系加固主梁变形进行预测。研究表明,相对传统非等间隔灰色模型,在模型累减过程中引入权重分配系数后的模型相对误差平均值降低0.47%;采用马尔可夫链法对预测结果进行修正后,相对误差平均值降低10.32%,能显著提高预测模型的精度;与马尔科夫链修正后的传统模型相比,经累减还原优化后的修正模型相对误差平均值降低3.50%,预测精度更高,能够较好地反映出了斜拉体系加固主梁变形的发展趋势;该模型的核心理论是灰色系统理论,对实测数据并无特殊要求和限制,同样适应于其他工程领域的变形预测问题。

变截面刚构桥主梁几何参数统计分析

主梁几何参数的取值及内在规律研究可为桥梁设计人员提供参考依据。通过收集国内外已建三跨变截面刚构桥数据,采用最小二乘法回归分析了边中跨比、梁高跨比、箱梁壁厚跨比、顶底板宽比、墩顶与跨中腹板厚度参数随最大跨径或建成时间的变化关系。结果表明:国内边跨比选取范围趋向于0.53~0.55之间,与1989~2005年期间的0.56~0.63存在巨大差异,且与最大跨径无明显的相关性;跨径超过200 m的桥梁跨中腹板厚度在40~50 cm之间,平均值较1989~2005年期间有所减小;墩顶、跨中梁高比在1/15.4~1/18.1和1/42~1/58之间,较1989~2005年期间均有提高,国内墩顶梁高比随最大跨径的增大而增大,但国外则相反;顶底板宽比平均值为1.83,小于1994~2005年期间的1.94,且与最大跨径无相关性;墩顶、跨中腹板厚度参数均偏离最佳腹板厚度参数,且跨中偏离较大,1988~2005年期间墩顶腹板厚度参数与最佳腹板厚度参数较为吻合。

胜利黄河大桥病害高强螺栓节点修复及桥面板补强技术

胜利黄河大桥主桥为(60.5+136.5+288+136.5+60.5)m连续钢箱梁斜拉桥,桥面板采用正交异性钢桥面板,钢箱梁节段横缝采用摩擦型高强螺栓(Friction-type High-Strength Bolt,FHSB)连接。受人为和自然环境因素影响,该桥运营33年后出现了横缝FHSB节点锈蚀、接触面磨光、正交异性钢桥面板U肋焊缝开裂与脱落、横缝折角等病害。对该桥病害进行统计及成因分析,并提出病害FHSB节点修复及超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)桥面板补强技术。拆除横缝位置处的原连接U肋拼接板,按照“纵横对称间隔拆除”的原则拆除原桥螺栓群,喷砂处理节点接触面,螺母侧朝下重新栓接更换的拼接板,栓焊新增的U肋拼接板,最后铺装UHPC桥面板。通过理论分析及数值模拟,对比分析了加固前、后横缝FHSB节点的抗滑承载力及主梁结构性能,并进行全桥荷载试验。结果表明:加固后,横缝FHSB节点抗滑承载力恢复至设计值,修复施工阶段桥梁结构安全可靠,改造后主梁结构性能满足规范要求。

基于优化非等时距权重傅里叶灰色模型的变形预测

针对传统非等时距灰色模型对变形预测精度偏低问题,首先在传统非等时距灰色模型的基础上引入权重系数优化生成序列,然后利用傅里叶变换函数对残差进行修正,建立了权重优化-傅里叶变换函数残差修正的组合预测模型;最后以某下承式集散拱肋拱桥为背景,对其主梁变形进行预测。预测结果表明:该模型预测值总体平均相对误差为2.4%,高于传统非等时距灰色模型,预测精度为1级,为主梁变形预测提供了一种有效的技术手段。

斜拉索体系加固箱梁桥节段局部受力性能分析

为考察斜拉索体系加固箱梁桥在索力作用下箱梁的局部受力状态及托架锚固性能,首先采用缩尺模型试验研究托梁和托架在自重、偏载及设计索力作用下的锚固性能及高强螺栓的预紧力损失,然后利用有限单元法分析2. 5倍设计索力值下斜拉索体系的受力及锚固性能,最后通过实例验证斜拉索加固体系安全、可靠。研究结果表明,吊装阶段,高强螺栓预紧力初期损失较大,预紧力损失在2%～10%,后期逐渐趋于稳定,实桥托梁两端增加36. 7kN内的竖向荷载不会影响加固体系的锚固性能;张拉阶段,高强螺栓预紧力损失在1%范围内,托梁、托架及混凝土箱梁底板受力可靠、锚固连接安全。

建筑力学对于建筑造型的影响

建筑的发展历史悠久,建筑它伴随着人类社会的发展而发展。从古到今多少建筑因为其独特的造型和结构成为了历史的象征,令人神往。它们不仅是建筑,也是艺术,给我们以视觉的冲击和美的享受。本文通过对于建筑在发展的不同时期的特点叙述,阐释建筑力学与建筑之间的关系,从而使得在建筑的设计中更好的实现力与美的结合,让建筑既美观又实用。

FGM梁稳定性分析的DQ法

用DQ方法研究热荷载作用下功能梯度梁的稳定性问题.基于三阶剪切变形理论,采用能量原理推导梁屈曲问题的基本方程,采用DQ方法对所得基本方程和边界条件进行离散处理.数值求解固支边界条件下功能梯度梁的临界屈曲热载荷,并得到临界屈曲热载荷随梯度参数的变化曲线.三阶理论的方程很容易退化为一阶理论和经典理论下相应的方程.结果表明:长细比一定时,梁的临界载荷都随着梯度参数的增大而增大;临界屈曲载荷随着细长比的增大而增大.

受约束混凝土早龄期温湿度应力计算

为了探讨受混凝土受约束构件在干缩和温度变化影响下的早龄期应力变化规律及开裂风险,以受约束混凝土棱柱体构件为例,建立了混凝土受约束构件在湿度场和温度变化作用下早龄期收缩应力解析计算方法。采用松弛徐变系数法对混凝土徐变的影响作了修正,应用该模型对不同环境湿度、不同单日温度变化和不同约束三种情况的混凝土构件应力应变进行了计算分析。结果表明:约束度越大,应力越大,开裂风险越大;当环境湿度与混凝土内部湿度接近时,环境湿度对混凝土的应力应变影响最明显;单日温度骤降对4 d龄期内的混凝土应力应变影响较为明显。因此,内外约束和环境湿度是影响构件早龄期应力变化的主要影响因素。

高强混凝土温湿耦合应力计算与开裂风险分析

为揭示高强混凝土早龄期构件温湿耦合影响下的应力变化规律与开裂风险,以混凝土棱柱体为例,建立了高强混凝土构件温湿耦合计算方法和早龄期约束收缩应力计算方法,通过编程实现了温湿度场的模拟.计算结果表明:建立的温湿度耦合作用模型能够较好预测高强混凝土1 d到28 d龄期温湿度场的发展变化规律;在浇水养护条件下,温湿度耦合效应对高强混凝土温度场、湿度场和应力影响很小;停止养护后,约束应力和开裂风险快速增大.养护与环境温湿度对高强混凝土早龄期应力变化和开裂风险影响显著.

非等时距灰色-马尔科夫链模型在深基坑变形预测中的应用

针对深基坑变形难以建立准确的计算模型进行预报问题,本文运用非等时距灰色-马尔科夫链对深基坑变形量进行预测。首先基于原始实测数据,建立非等时距灰色预测模型;然后采用马尔科夫链对预测值残差序列进行修正,进一步提高预测模型的预测精度;最后对潍日高速跨铁路转体桥深基坑4个测点的变形量进行预测。研究表明,灰色-马尔科夫链模型的预测精度明显高于灰色模型,预测值与实测值吻合较好,预测值后验差为0.07、0.37、0.16和0.33,精度等级均为1级,该模型为深基坑变形预测提供一种新方法。

压剪组合作用下摩擦型高强螺栓连接斜撑节点力学性能

为明确摩擦型高强螺栓连接接头的受力性能,建立了不同角度、不同摩擦系数、不同连接板厚度及不同螺栓杆直径的连接件的数值模型,并研究了压剪组合作用下不同参数连接件的破坏模式、初始滑移荷载及极限荷载。研究结果表明:连接件的破坏模式主要分为螺栓剪断、连接板螺栓孔挤压破坏及连接板屈曲3种;摩擦系数越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越大,摩擦系数对角度较小的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响更为明显;角度越大,连接件的初始滑移荷载和极限荷载越小,角度对摩擦系数较大的连接件的初始滑移荷载和极限荷载影响较为显著;板厚对连接件的初始滑移荷载影响不大,但对极限荷载影响较大,连接板越厚,极限荷载越大;连接接头的初始滑移荷载和极限荷载与螺栓杆直径成线性关系,螺栓直径越大,连接接头的初始滑移荷载与极限荷载越大。研究结果可为钢结构梁柱斜撑设计及节点加固改造提供参考。

斜拉体系加固大跨径箱梁桥关键技术研究与应用

针对传统加固方法在解决大跨径预应力混凝土箱梁桥的开裂和跨中下挠病害不足的问题,提出了斜拉体系加固方法。采用理论计算、模型试验等方法对加固结构体系、关键构造局部受力性能开展了研究,提出了施工过程监控方法及施工质量控制要点等关键技术。结果表明:在不改变原桥荷载的情况下,拉索根数对桥梁结构受力性能影响较大,根数越多,主梁的最大主拉应力会越小,拉索索力越均匀平缓,布索位置显示锚固点均集中在1/3~1/4跨处;拉索静力允许应力值可采用公路矮塔斜拉桥拉索允许应力值的下限值,可通过积累运营期新增拉索在活载作用下的应力幅值数据,进一步确定合理的拉索允许应力值;斜拉索提供的弹性支撑大大改善了主梁受力过程,同时提高了主梁的弹性变形能力和承载能力;张拉过程及破坏试验加载过程中,托架连接位置未出现明显病害,托梁无明显变形情况,说明该传力方式较为合理可靠;发明的斜拉索滑动索鞍和托梁托架等关键构造,可使新增索力可靠地传递到原有箱梁上,并尽量减小不利附加力和局部应力;提出的施工过程监控方法,可将成桥后应力和线形控制在预期目标范围内,保证了施工过程中的安全;制定的专用施工技术规范及专项工程质量检验评定标准,可有效控制工程质量。研究成果已成功应用于东明黄河公路大桥(75+7×120+75) m改造工程中,取得了较好的加固效果,可为类似工程提供参考和借鉴。