斜拉桥面内多重内共振下索-梁-索耦合效应的数值研究

斜拉桥相邻拉索间局部模态频率非常接近导致结构易发生多重内共振,振动时索-索间耦合效应通过主梁传递或将影响结构动力特性而加剧拉索振动。针对此问题,该文考虑斜拉索的几何非线性,基于多点弹性支承主梁的集中质量参数体系离散方法,建立了八索-变截面梁的斜拉桥面内整体动力学模型。通过有限差分法和Galerkin方法得到了动力学模型的振动方程组,采用特征值法求解其面内自由振动模态参数并对比了有限元计算结果。运用4阶~5阶Runge-Kutta方法对运动方程进行了数值仿真,结果表明:与不同阶竖向整体模态耦合产生的斜拉索振动彼此间相互独立,能量转换仅发生在共振拉索与对应结构整体模态之间。当多根拉索同时与结构某阶整体模态耦合并产生多重“1∶1”内共振时,索-梁-索耦合效应将影响拉索的动力特性。该文结构面内竖向第7阶整体模态下的索-梁-索耦合效应为激励作用,在此效应影响下,拉索的最大振幅接近单索内共振的2倍;此激励效应与拉索间距呈反相关,而与拉索质量、锚固点对应的振型幅值呈正相关。

部分装配式桥墩抗震设计参数分析

为了推广预制装配式桥墩在中高烈度地震区的应用,提出了一种由墩底现浇段与墩身预制段组成,无粘结预应力筋连接的部分装配式桥墩。建立了能够准确模拟该类桥墩接缝受力特点的纤维单元模型并进行了拟静力滞回试验,通过试验结果验证了模型的准确性。然后利用纤维单元模型设计了2组对比试验,研究分析了部分装配式桥墩现浇段长度和配筋率2个设计参数对桥墩抗震性能的影响。研究表明:部分装配式桥墩的水平极限荷载、残余位移和耗能能力随着现浇段长度的增大而增大。随着纵向配筋率的增加,桥墩的水平极限荷载逐渐增加,同时残余位移和耗能能力减小,当配筋率达到1.48%时,水平极限荷载增大到一个阈值趋于稳定,同时残余位移和耗能能力也趋于稳定。

斜拉桥面内竖向固有振动模型及特性影响的有限差分分析

为研究精确且方便的斜拉桥面内竖向模态频率及振型计算方法,建立了用于模拟斜拉桥面内竖向固有振动行为的主梁集中质量参数体系动力学模型.该模型考虑了拉索对主梁的竖向弹性支承作用及对主梁不同截面的水平索力投影,通过引入微梁段两侧剪力以模拟主梁弯曲刚度、拉索间运动耦合作用.基于微梁段间的弯矩平衡和有限差分法,得到了不同体系斜拉桥面内竖向固有振动的频率方程和振型函数,编制了求解程序.通过分别代入相关研究中算例参数、某斜拉桥参数并对比模态参数理论计算结果、实测频率值,验证了本文建模方法及公式的精确度、适用性.参数分析结果表明:斜拉桥低阶面内竖向频率受主梁轴力影响较大,轴力增大后会发生低阶频率的跃迁现象;发生断索对各阶频率值的影响效应与拉索锚固处主梁质点的对应阶次振型参与系数相关.

斜拉桥塔−索−梁耦合面内整体动力学模型与1:1内共振影响性分析

为研究塔−梁模态间耦合作用对斜拉桥整体模态及1:1内共振影响,考虑由斜拉索初始垂度及横向振动大位移引起的几何非线性,建立固结体系斜拉桥塔−索−梁耦合面内整体动力学模型.其中桥塔和主梁被简化为参数质量体系,基于塔−索、索−梁及塔−梁动态平衡关系推导得到斜拉桥整体模型的动力平衡方程.通过有限差分法对参数体系的微分方程进行代数转换,运用模态拖拽法和分离变量法得到结构的运动方程和模态函数,观察到局部−整体模态间、主导−非主导模态间的模态翻转现象,并采用Runge-Kutta积分方法对无阻尼的系统方程进行数值仿真,系统分析了塔−梁耦合作用对1:1内共振的影响,结果表明:在文章塔−索−梁耦合模型中,塔−梁耦合作用对结构的低阶对称及高阶整体模态没有影响作用,塔或梁的振动模态完全主导了该阶结构整体模态;塔−梁耦合作用对结构的低阶反对称整体模态具有显著影响作用,此时结构整体模态呈现为塔和梁振动模态共同参与的混合整体模态.拉索的振动模态与此两种整体模态1:1耦合都将产生剧烈内共振,各构件的模态局部化程度系数是量化内共振参与度的重要因素.在完全整体模态内共振中,非主导模态不参与结构内共振,能量转换仅发生在主导的构件模态与拉索的振动模态间;在混合整体模态内共振中,非主导模态将参与内共振能量转换并改变拉索振动响应的动力特性,其影响效应随整体模态阶次与构件参数变化而变化.

基于试验验证的部分装配式桥墩抗震性能分析

部分装配式桥墩是采用现浇墩底与后张预应力相组合的一种新型装配式桥墩。为研究该新型装配式桥墩的抗震性能,进行了部分装配式桥墩及全装配式桥墩拟得静力加载试验研究。结合拟静力试验加载试验结果,采用Abaqus混凝土塑性损伤本构模型建立了试验桥墩的三维精细化分析模型。通过对比试验-模拟损伤分布及滞回曲线,验证了分析模型的准确性。依据已建立的三维精细化分析模型,进行了部分装配式桥墩拟静力加载试验过程分析,对其主筋、箍筋加载过程应力分布状态、无黏结预应力内力增长模式及部分装配式桥墩变形模式进行了精细化分析。试验及分析结果表明:由于预应力配筋率较低,接缝处受压破坏为该类桥墩的主要破坏形式;在部分装配式桥墩的水平往复荷载作用下,无黏结预应力钢束始终处于弹性状态,未达到屈服状态,其内力增长与加载位移呈线性关系,桥墩具有较好的自复位能力;部分装配式桥墩在水平往复荷载作用下,墩底现浇段主筋应力较大,而墩身预制段主筋应力较小。因此在设计部分装配式桥墩时,现浇墩底应按照延性准则来设计,预制段墩身整体应力水平偏低,可适当降低配筋率。

钢筋混凝土梁式结构裂缝特征与损伤评估方法试验研究

服役中大量钢筋混凝土梁式桥的结构性能急待采取行之有效的方法对其进行评估 ,以便研究进一步采取的措施。本文基于四片板梁和四片T梁模型室内试验结果 ,并由开裂截面的几何关系和裂缝开展理论 ,经回归分析及结构非线性分析 ,建立了以裂缝特征统计参数推测结构配筋率的方法 ,达到有效评估结构性能的目的 ,将结构外观检查的定性评估升级为定量评估 ,具有重要的使用价值。该方法简便可行。

具有初荷载的钢筋混凝土梁桥粘贴碳纤维布加固试验研究

通过对五片实桥模型T型梁粘贴不同数量、不同受力阶段碳纤维片材的破坏试验,研究了碳纤维布数量和二次受力对钢筋混凝土T型梁抗弯承载能力的影响,对梁的裂缝、挠度、刚度等做了调查分析,讨论了粘贴碳纤维布对正常使用状态的影响,提出了粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土简支T型梁的抗弯承载力计算方法,针对不同破坏形态讨论了不同的计算方法并予以一定简化。与试验结果比较表明该方法准确有效。

碳纤维布对具有初应力的钢筋混凝土梁抗剪加固试验

以五片T梁模型破坏试验为基础,研究了碳纤维布粘贴层数、方式和二次受力对钢筋混凝土T梁抗剪极限承载力的影响。试验结果表明,粘贴碳纤维布显著减小了钢筋混凝土T梁的裂缝数量和宽度,抑制了裂缝的开展,对提高普通钢筋混凝土构件耐久性有重要作用;采用适当的锚固措施可以有效防止构件发生早期破坏,提高构件的极限抗剪能力;对于有锚固的粘贴方式,有预加载的T梁抗剪极限承载力明显高于无预加载的T梁;在无锚固的情况下,用碳纤维布作抗剪加固后的T梁破坏较突然,有可能使梁的加固效果出现负效应。

RC桥梁健康状况及承载能力的动力评估试验

根据板梁模型从完整到破坏不同荷载等级作用下室内静、动力试验成果,并结合结构动力学理论,应用非线性回归方法,建立起RC板梁静动刚度比(β)与频率比(α)的回归关系式。提出了名义配筋率(μnom)的概念,并依据板梁在正常使用状态下挠度和裂缝的控制要求以及在承载能力极限状态下强度控制的要求,给出3种控制弯矩的计算公式,同时,把它们表述成名义配筋率的函数形式,用于RC梁健康状况的量化评定。

钢筋混凝土系杆拱桥稳定性影响参数

以某钢筋混凝土系杆桥为对象,基于拱桥稳定性分析理论,采用非线性有限元分析方法,研究了布载方式、矢跨比、加劲梁抗弯刚度、拱肋刚度、吊杆刚度和横撑数量等参数对拱面内和面外失稳的影响。结果表明：不对称布载方式会降低拱桥的稳定性,全桥均布满载的稳定系数要比全桥均布半载的高;当矢跨比为1/4.5～1/6.5时,其面内与面外的失稳特征值随着矢跨比的减小而减小,但减小幅度最大不超过2%;加劲梁的面内抗弯刚度对面内失稳的影响大于对面外失稳的影响;增加拱肋抗弯刚度能有效提高面内及面外稳定系数;当吊杆刚度增加或横撑数量增加时,面内失稳特征值增加不大,而面外失稳特征值呈线性递增趋势。

考虑材料耐久性的在役混凝土结构可靠度研究

基于近年来大量的相关研究文献,从混凝土结构的材料耐久性和在役结构的荷载特点出发,按结构可靠性分析的常规步骤,对在役混凝土结构可靠性研究的成果和应用作了概括性介绍,并对不同的方法做了比较分析,以期为在这方面的进一步应用和发展提供参考。并指出基于信息更新的在役结构可靠性研究将是该领域今后一个新的研究方向。

斜拉桥的极限承载力分析

利用考虑几何及材料非线性的能量方法分析了斜拉桥的极限承载力 ,主梁、斜拉索、塔及外荷载的势能均被考虑进入能量方程。该法计算简单、精度高、便于实用。

纤维增强塑料加固混凝土结构研究

纤维片材加固作为一种新兴的结构加固技术,由于其材料优异的力学性能及施工简便等特点,迅速成为各国加固研究领域的热点。中国在纤维加固方面的研究已基本涵盖了其所涉及的所有领域,取得了大量的研究成果,并在一定程度上指导着工程实践。但是由于纤维加固结构的复杂性,目前所取得的研究成果还不能解决结构加固的所有问题。对中国近几年来纤维加固所取得的研究成果进行了总结,同时也指出了在该领域研究中存在的问题及今后的发展方向。

多梁式混凝土桥梁结构刚度的裂缝特征——动力分解综合识别法

基于有限模型梁的静、动力交替试验研究,分析了钢筋混凝土梁的基频、静刚度、动刚度在“正常使用”阶段的变化规律,建立静、动刚度比与结构内力、自振基频的回归关系式,在对混凝土梁进行非线性分析的基础上,建立了结构裂缝统计参数与结构特征参数之间的回归关系。基于模型桥的静、动力交替试验研究,分析了多梁式T型结构在“正常使用”阶段的变形、应力、内力、频率的变化规律和裂缝开展过程及其统计参数。提出易被工程技术人员所接受的多梁式结构预测评估的动力分解法——根据外观裂缝检查成果和动力试验参数将桥跨结构分解为单片梁,获得各梁目前状态下的动刚度及静刚度,并得到模型试验成果的验证。

基于地基系数法的横向受荷桩通解研究

为完善和改进基于地基系数法的桩身内力计算通解,以文克尔假定和幂级数法为理论基础,推导了考虑桩身计算宽度非线性的通解以及通过简化得到计算宽度线性的通解,并给出相应的通解表达式,从而将目前基于地基系数法的桩身内力计算理论进行发展和统一.通过对其初值条件进行研究总结,得出目前常用的4种桩顶边界和5种桩端边界条件,进而给出其相应的计算表达式,从而解决了横向受荷桩的计算问题.

粘贴钢板加固钢筋混凝土梁式桥的分析研究

讨论了用粘贴钢板的方法加固钢筋混凝土梁式桥的分析与设计方法。根据有关试验结果所得出的这类加固构件的破坏模式 ,提出正截面强度、接触面应力的分析方法并用于设计中 。

CFST 拱桥承载能力分析

分别用容许应力法和极限状态法推导出ＣＦＳＴ拱桥极限承载力计算公式，并给出数例。数例表明，目前广泛应用钢管应力控制ＣＦＳＴ的设计过于保守，文中方法似更合理。

桥面凹凸不平引起车辆荷载冲击内力的理论分析

桥面凹凸不平引起车辆对桥跨结构的冲击，由此产生大于静荷作用下的内力。考虑桥跨结构自重及多辆车相互作用之间的影响，从能量法入手，直接分析车辆荷载作用下的动力影响，由此来计算由于桥面凹凸不平引起的桥跨结构内力，从而说明保证桥面平整及车辆慢速通过破损桥面的重要性。

蜂窝形缓冲装置在30m简支桥中的设置

针对JTG/T B02-01—2008《公路桥梁抗震设计细则》中对桥梁设置弹性垫块以达到地震时缓和冲击和限制梁位移的建议,对30 m简支梁桥中的缓冲装置进行了定性定量的研究.首先,通过模型计算,确定了在不同场地类型和不同地震烈度区的条件下,30 m简支梁桥中弹性垫块的合理刚度取值范围.计算结果表明:垫块刚度为主梁刚度的γ倍(0.01≤γ≤0.50)时,对各区桥梁均能达到理想的抗震保护效果;以计算结果为基础,采用常用工业橡胶材料,设计了一款蜂窝形缓冲装置,并通过往复压缩试验得到其力学性能;对不同场地类型和不同地震烈度区的30 m简支梁桥设置蜂窝形缓冲装置的合理个数提出了建议;通过计算,验证了蜂窝形缓冲装置抗震效果的有效性.

箱梁水化热温度场时效模式及时变应力场

针对目前混凝土箱梁0#块在施工控制过程中出现早期裂缝现象,综合考虑混凝土材料特性、混凝土早期抗拉强度、混凝土水化热和对流边界条件的时变效应以及浇注时间的滞后效应,基于三维非稳定温度场理论,给出混凝土水化热温度场时效分析模式。采用大型通用软件对混凝土箱梁0#块水化热温度场和应力场进行三维数值仿真,得到水化热温度场和应力场时程关系曲线,总结了温度场和应力场时变效应规律。数值仿真与实测数据对比结果表明,水化热温度场时效模式更能准确地模拟工程实际。