考虑倾斜角度的T梁与箱梁极端波浪作用受力研究

近海桥梁所处海洋环境极为复杂,极易受到海啸及风暴潮等极端波浪灾害的威胁,倾斜的T形与箱形桥梁上部结构不同的截面形式在极端波浪作用下所受波浪力存在较大差异,应对其进一步研究比较并区别考虑。通过数值模拟方法以孤立波模拟海啸极端波浪,开展极端波浪对倾斜桥面结构影响的数值研究。首先对数值水槽中的波浪模拟效果及波浪力计算准确性进行验证,在此基础上,研究不同淹没深度、波高及桥面倾斜角度变化条件下T梁和箱梁所受波浪力特点,并比较两者受力差别。研究结果表明:总体上,波高越高两种主梁所受竖向力、水平力和弯矩越大;T梁与箱梁水平力峰值和竖向力峰值往往发生在负倾角范围;T梁与箱梁处于未淹没状态时受波浪砰击影响,所受波浪力主要由砰击力主导,T梁受梁肋间空区影响,发生多次砰击作用,箱梁发生单次砰击作用,主梁截面形式对主梁所受波浪力影响显著。半淹没情况下,在相同波高和倾角条件下T梁竖向力和水平力峰值均大于箱梁竖向力和水平力峰值,由负倾角所主导。全淹没情况下,主梁主要受极端波浪动水压力作用,T梁与箱梁空区被水体填满,两者腹板几何形状对竖向动水压力影响较小,而对水平力峰值有显著影响。

随机风-浪联合传播数值模拟及分析

海洋风、浪往往同时传播,同步传播过程中风、浪之间具有显著的相互耦合作用。针对海洋脉动风和随机波浪同步传播的数值仿真需求,基于程序开发平台MATLAB和计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件平台Fluent,提出了一种随机风场和随机波浪联合传播数值模拟方法,基于该数值方法构建了随机风-浪联合传播数值水槽,并对该数值水槽单独随机风、单独随机波浪以及随机风-浪联合传播的数值模拟效果进行了试算和验证分析。结果显示该水槽数值模拟脉动风速与对应理论计算风速相吻合,水槽数值模拟随机波浪与对应理论计算随机波浪相吻合,水槽风-浪联合数值模拟显示了风、浪之间显著耦合作用效应。建立的随机风-浪联合数值水槽在随机风和随机波浪同步传播的数值仿真上具备可靠性及可应用性。研究内容为海上风、浪环境要素耦合效应研究及海洋工程结构风-浪联合作用相关研究提供了平台基础。

索-悬链线拱联合结构的受力机理与力学特征

早期拱桥已运营多年,缺乏有效的养护,且设计荷载等级偏低;随着交通量的增加及车辆超载,其在活载作用下的力学性能已不能满足现代交通需求。为改善此类拱桥的受力性能,提出一种索-悬链线拱联合结构,在拱肋两侧对称设置索,使索和拱肋形成新的受力体系,从而改变悬链线拱结构的传力路径,进而降低拱结构的内力。在索-拱联合结构图式下,基于弹性中心法对其力法方程进行简化,采用近似曲线积分方法推导了竖向移动荷载作用下拱肋的内力解析解,并借助ANSYS有限元软件验证解析解的准确性;分析了在车道荷载作用下索约束位置、拱轴系数、矢跨比和轴向刚度比等设计参数对拱结构的影响,揭示了索-拱联合结构的受力机理和内力变化规律。研究表明,内力解析解与有限元结果的相对误差在1%以内;索的设置改变了拱结构弯矩影响线量值的正、负区间分布,而且有效地降低了拱结构弯矩影响线的峰值,从而使拱结构的整体弯矩得到较大幅度的降低,弯矩分布更均匀;沿拱脚至拱顶,拱结构弯矩的降低幅度和轴力的增长幅度均逐渐减小;轴向刚度比从0.02增加至0.10,拱脚负弯矩的减小幅度呈非线性增大,最大降幅达63.7%;索力的增长幅度与其数值大小成反比,当索设置在距拱顶0.3L(L为拱跨经)时,索力可增至轴向刚度比为0.02时的1.9倍。矢跨比对拱结构内力带来的影响不容忽视,矢跨比越大拱结构的内力变化幅度越大;拱轴系数对拱结构内力的影响可以忽略。

基于ANSYS的简支梁车-桥-支座耦合动力响应分析

为准确模拟车辆过桥产生的振动,应考虑支座弹性作用的影响。结合分离法与汽车动力学原理,分别建立车辆、桥梁和支座的计算模型并通过位移协调关系和力的平衡关系进行车-桥-支座耦合。基于ANSYS中APDL语言,以30 m简支箱梁桥为算例研究桥面不平整度、支座刚度和阻尼对车-桥-支座耦合动力响应的影响。结果表明,桥面平整度越差,车辆行驶过程中对桥梁产生的冲击力越大,激发桥梁的动力响应越剧烈;适当增大支座刚度能有效降低桥梁动挠度,减弱振动响应;支座阻尼具有耗能作用,增大支座阻尼对削弱桥梁加速度响应有明显的效果;在设计桥梁支座时,应适当增大支座刚度和阻尼来削弱车-桥-支座耦合振动对桥梁的冲击作用。

内焊钢筋-钢管混凝土界面粘结滑移性能

为了探究提高钢管混凝土组合结构钢管与混凝土界面粘结强度的措施,研究不同形式的内焊钢筋对两者界面粘结强度的影响,设置4种不同形式钢管内焊钢筋结构的钢管混凝土构件进行推出试验,对试验结果设置参数以比较不同内焊钢筋构造措施对两者界面粘结性能的影响,结合曲线与试验现象描述了滑移发生过程。应用ABAQUS软件进行有限元模拟,对比分析了不同内焊钢筋构造措施对粘结滑移性能的影响,并提出了钢管内焊钢筋构造粘结力的计算方法。结果表明:内焊钢筋的构造措施可以大幅度提升钢管混凝土界面的粘结强度;随着钢筋环数的增加,界面粘结强度逐渐增大。

结构微应变高分辨率测试技术

为克服移动荷载识别过程受应变测试分辨率影响大的难题,研发了一种高分辨率应变测试装置。该装置将不同刚度比和长度比的两种部件进行组合,将有效距离内的变形集中至某一部件上,从而实现对结构应变的放大作用。推导了基于部件参数刚度比、长度比的高分辨率应变求解公式,提高了对结构应变的测试分辨率,可识别的应变达到0.01με。分析了温度及体系变形所引起的测试误差,推导了此类误差的计算公式。所提出的方法可广泛适用于桥梁荷载试验、健康监控及基于动应变识别移动荷载等技术领域。

轴偏转角对吊索腐蚀钢丝力学性能影响研究

拱桥吊索在长时间服役下会产生轴偏转现象,为研究这一现象对吊索产生的受力影响,针对吊索基本单元钢丝设计一套轴偏转静力张拉试验方案。首先利用铜盐加速腐蚀法制备腐蚀钢丝试件,对试件进行4个不同轴偏转角(0,10,20,30 mrad)的静力张拉试验,并利用Ansys对试验和蚀坑进行数值模拟。研究结果表明:钢丝的质量失重率和平均腐蚀深度随腐蚀时间呈线性增大,而腐蚀速率却随腐蚀时间呈二次曲线减小;钢丝极限抗拉性能随偏转角的增大而减小;偏转角-腐蚀耦合情况下会加速削弱钢丝的抗拉强度;数值模拟与试验相符合,有效验证了试验得到的规律;钢丝存在蚀坑会产生集中应力现象,应力最大值随偏转角增大而增大。

约束阻尼板的有限元动力分析

基于虚功原理 ,提出了一种新的建立约束阻尼板结构动力学模型的方法。该方法将坐标系建立在板的中性面 ,采用层合理论推导出约束阻尼板结构的动力方程 ,并结合 GHM(Golla-Hughes-Mc Iavish)方法引入辅助的耗散坐标 ,来描述粘弹性材料随频率变化的特性。通过算例同实验结果和 ANSYS计算值作比较验证了其有效性。结果表明 ,本方法分析约束阻尼结构具有良好的计算精度。

光纤光栅在预应力钢绞线应力监测中的应用

钢绞线是预应力混凝土结构中应用最广泛的预应力筋,服役期间处于高应力应变状态,易受应力腐蚀,存在安全隐患,因此,对其应力状态进行监测具有重大意义.研究裸光栅和FRP筋封装光纤光栅的应变传感性能和温敏特性,在此基础上进行光纤光栅监测钢绞线应力的试验研究,并研制了光纤光栅智能钢绞线.结果表明:采用光纤光栅监测预应力钢绞线应力是可行的,由于裸光纤光栅比较脆弱且传感量程较小,只适用于张拉后的预应力筋,FRP筋封装光纤光栅可用于大应力应变预应力筋的监测.

一种新型平行钢丝智能拉索

在制备纤维增强塑料(FRP)筋的过程中,沿筋长度方向埋入光纤Bragg光栅传感器,制成了光纤光栅-纤维增强塑料复合筋(FRP-OFBG筋)。拉索制作过程中,将FRP-OFBG筋布设到平行钢丝拉索中,并利用冷铸锚锚杯内的环氧砂浆固定FRP筋的两端,得到一种新型平行钢丝智能拉索。利用智能筋与平行钢丝的协调变形,实现拉索的应力应变测量,监测拉索的工作状态。试验结果证明,该方法是可行的、有效的,且采用光栅传感器测量拉索应变测量精度较高。

弹性支承下大跨连续梁桥车桥耦合振动响应分析

为探讨弹性支承下梁桥车桥耦合振动响应,用弹簧-阻尼单元模拟支座,采用9自由度三轴空间整车模型,以三跨连续箱梁桥为研究对象,建立车桥耦合方程,利用ANSYS软件二次开发语言APDL进行仿真分析。研究分析了在弹性支承下,支座刚度、路面不平整度、车速以及行车间距对大跨连续梁桥车桥耦合动力响应的影响。研究结果表明,当支座刚度较小时,支座刚度变化对桥梁动力响应的影响较大,而当支座刚度较大时,支座刚度变化对桥梁的动力响应较小;路面等级越低,桥梁振动频率越趋向于低频化,当与桥梁固有频率接近时,动力响应尤为激烈;车速与行车间距对跨中挠度影响不大,对冲击系数与加速度幅值有较大影响,控制行车速度,保持良好车距可以有效减少车桥耦合振动响应。

多丝碳纤维拉索研制及静载试验研究

为了解决拉索锈蚀和疲劳问题,提高其耐久性,采用轻质、高强、耐腐蚀和耐疲劳的碳纤维(CFRP)筋制作拉索.以环氧树脂砂浆为粘结剂,研制CFRP筋粘结式锚具及成套拉索,并进行了静载试验.分析了影响CFRP拉索锚固性能的各种因素,并进行了相关试验.研究结果表明,筋表面粗糙程度、锚具内锥度、粘结胶的性能和灌浆压力等直接影响锚具的锚固性能.所研制的多丝CFRP拉索的性能稳定,锚固效率系数达95%以上,可直接应用于实际工程.

钢骨混凝土桁架转换层施工高大模板支撑系统设计

钢骨混凝土桁架转换层是高层结构转换层中的一种重要形式,其施工过程中常需要搭建高大模板支撑系统。支撑系统的设计直接关系到建筑施工的质量、安全与效益。依托柳东新区企业总部大楼项目的施工,对其转换桁架高大模板支撑系统进行了研究与设计。本工程采用格构柱支撑体系,先对支撑体系进行总体布局,然后简化支点对转换桁架结构进行荷载组合下的计算,得出格构柱顶部反力,以此对格构柱进行选型,再对单个及整体格构柱的受力与稳定性进行验算。同时验算了梁底模板支撑系统的安全性与柱基承载力,并对千斤顶同步卸载系统进行了设计。研究结果表明该支撑系统安全可靠,能满足该工程的多功能需求。

约束阻尼板的主被动一体化振动控制

基于虚功原理,提出了一种新的建立主动约束阻尼板动力学模型的方法。该方法采用层合理论推导出约束阻尼板结构的动力方程,用GHM(Golla Hughes McTavish)方法引入辅助的耗散坐标,来描述粘弹性材料随频率变化的特性,并采用LQR方法控制结构的振动。其有效性通过算例进行了验证。同传统的有限元建模理论比较,采用层合理论,减少了结构自由度,并且具有良好的计算精度。

智能梁的静态形状控制

直接从位移函数出发 ,用Hamilton原理推导了压电智能梁结构的有限元方程 ,并采用灵敏度分析方法来确定结构的优化控制电压 ,在此基础上建立了结构自适应梁。最后采用数值分析来验证其有效性 ,从仿真结果可以看出文中的方法对梁结构的静态形状控制 。

压电板的主动控制

对于采用不同压电材料分别作驱动器和传感器的压电板,从位移函数出发,结合Hamitom原理进行建模,推导出运动方程。并采用基于二次线性控制的独立模态空间控制法来进行板结构的主动控制。该文方法的有效性,通过局部覆盖压电片的板来验证。从控制仿真结果可看出,该方法能有效控制板结构的振动。

基于GFRP-OFBG筋的桥梁缆索索力测量技术研究

基于内嵌光纤Bragg光栅传感器的光纤光栅-玻璃纤维增强塑料复合筋(GFRP-OFBG筋),研究了GFRP-OFBG筋自身的应变和温度传感特性,研究结果表明,GFRP-OFBG智能筋具有优异的线性传感性能,筋中光栅测量的应变极限达12 000με以上,波长变化达14 nm;对于用GFRP-OFBG筋替换普通钢绞线的中丝而得到的GFRP-OFBG智能钢绞线,进行了应变传感、温度敏感和钢绞线松弛试验,试验结果表明,GFRP-OFBG智能钢绞线具有优异的线性传感性能和较低的应力松弛率,并可实现钢绞线受载全过程监测,绞线中光栅测量应变极限为11 568.2με,光栅波长变化为15.966 nm;对直接增加GFRP-OFBG筋制成的光纤光栅平行钢丝智能索和直接增加GFRP-OFBG智能钢绞线得到的光纤光栅平行钢绞线智能索,进行荷载传感试验,试验结果表明,智能索的感知线性度和重复性都比较好,并可监测70%以上公称破断索力。智能索工程应用案例表明,GFRP-OFBG筋智能拉索在实际工程中很容易得到车辆荷载下的响应曲线。

钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈外包混凝土的调载技术

劲性骨架混凝土拱桥为跨越山区峡谷的一种重要桥型,随着对更大跨径混凝土拱桥的需求日益迫切,首先就要解决将大体积量混凝土外包在劲性骨架上。在调查大量此类桥型基础上,总结出在浇筑外包混凝土时的几种调载方法,并列举出实际桥例证明其调载效果,得出不同调载方法的优劣及使用范围,及对大跨径钢管混凝土劲性骨架拱桥外包混凝土浇筑的展望。

钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈施工方法进展

20世纪,劲性骨架拱桥逐渐由钢筋混凝土拱桥发展而来。劲性骨架由半刚性骨架向钢管-型钢劲性骨架、钢管混凝土劲性骨架发展。与传统的钢筋混凝土拱桥相比,钢管混凝土劲性骨架拱桥主要以钢管混凝土劲性骨架作为支架成拱。拱圈的施工阶段包括钢骨架的架设、管内混凝土的灌注、外包混凝土的浇注。总结了中国钢管混凝土劲性骨架拱桥,讨论了各施工阶段的具体施工方法。在跨径方面,钢管混凝土劲性骨架拱桥将实现明显的增长;拱圈施工控制的重要性日益突出,应进一步研究的工作包括分肋吊装的线形控制理论、外包混凝土分环、分工作面的最优设计准则及斜拉扣索调载理论。

型钢混凝土转换桁架施工精确模拟分析

研究型钢混凝土转换桁架施工过程的内力发展情况.以有限元软件Midas/Gen为计算平台,采用精确的施工模拟方法,对广西柳州市柳东新区某企业总部大楼进行施工模拟,进而详细分析了型钢混凝土转换桁架在施工过程中的内力和位移变化规律.结果表明:随着施工的进行,结构内力总体呈增大趋势,但存在内力突变.可以确定型钢混凝土转换桁架施工过程中的最不利位置,为工程施工和类似工程的计算分析提供参考.