某立交桥加固改造设计与施工

某立交桥为7跨20 m预应力空心板简支梁桥,运营多年后发现主梁整体性不足,单梁受力状况突出,桥面板出现纵向开裂等病害,同时桥墩盖梁出现弯曲裂缝,侧向挡块破损严重。针对病害情况,确定采用外包钢板加固盖梁、钢-混组合梁替换旧桥部分薄弱梁体、中部三跨由简支到三跨连续的结构体系转换等方法对桥梁进行加固改造。加固改造设计验算结果表明:加固改造完成后的桥梁承载能力能够满足目前的设计需求,具备较高的安全储备。加固改造施工时,采用人工配合风镐拆除旧桥桥面板,吊除梁体;按照设计的加固位置采用外包钢板加固盖梁;钢-混组合梁施工采用先吊装单根钢梁、后吊装横向联系梁的方案;按施工工序进行钢-混结合部和桥面铺装施工。该桥加固改造完成后桥梁运营状况良好。

高强钢丝两种镀层耐蚀性及点蚀概率模型

为研究高强钢丝镀锌层及Galfan镀层的耐蚀性,并建立腐蚀全过程点蚀概率模型,开展了中性盐雾加速腐蚀试验.对比分析了两种镀层的均匀腐蚀过程,研究了两种镀层的宏观与微观腐蚀形貌,通过动电位极化曲线测试阐释了两种镀层的耐蚀性,最后,采用三维表面形貌仪扫测腐蚀后镀层表面形貌,建立了腐蚀全过程点蚀概率模型.研究发现:镀锌层与Galfan镀层均匀腐蚀深度随腐蚀时间延长分别呈现线性增长与抛物线增长趋势,镀锌层与Galfan镀层腐蚀全过程宏观腐蚀形貌分别呈现两阶段与三阶段变化特征,黄褐色腐蚀物、红褐色锈斑覆盖钢丝表面约1/3的区域时,可分别判定两种镀层被完全腐蚀;随着腐蚀时间延长,镀锌层微观腐蚀形貌从初期的致密状态向多空、镂空状演变,Galfan镀层微观腐蚀形貌在前期由致密状态过渡至多空镂空状,进一步演变为层状堆叠状态,Galfan镀层被完全腐蚀时,微观形貌呈松散颗粒状;Galfan镀层的动电位极化曲线存在明显钝化区,且腐蚀时长越短,钝化区越稳定,镀锌层在腐蚀过程中的腐蚀倾向性轻微下降,Galfan镀层的腐蚀倾向性随暴露时间的延长下降较明显;镀层点蚀概率模型中的区间最大点蚀系数不拒绝Gumbel分布,两种镀层区间最大点蚀系数分布的位置参数及尺度参数均随腐蚀时长的增加呈指数下降趋势.

基于WIM的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型研究

为研究钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,采用动态称重系统(WIM)获取山东地区高速公路10个月的交通荷载数据,建立有限元模型分析车型、总重对疲劳评估结果的影响规律,基于等效损伤理论对疲劳荷载模型进行推导。研究结果表明:外侧车道存在42.0%的疲劳致伤车辆,其中二轴货车比例最高、六轴货车次之,五轴货车最少;交通荷载总重呈多峰分布特点,峰值集中于30kN、130kN、350kN,超载车辆占比不足1%;提出的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型推导方法可行,建立了总重315kN的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,供同类型桥梁疲劳评估时参考使用。

混凝土桥梁承载力综合评价体系研究

为准确评估在役混凝土桥梁的承载力,首先,选取影响桥梁结构承载力的平均锈蚀电位、氯离子含量、混凝土相对炭化深度、裂缝平均宽度、混凝土截面损失率和混凝土实测强度推定值等6个主要因素,基于模糊数学理论和非确定性层次分析法(AHP),将影响因素分级,构建各因素模糊关系矩阵,同时,采用改进的实数遗传算法,确定各因素的最优权重,计算得出承载能力综合折减系数,构建承载力综合评价体系;然后,选取10片损伤程度不同的室内缩尺梁,开展破坏试验,验证所建立的承载力综合评价体系的有效性。结果表明:相比于现行规范中的承载能力评价方法,采用综合评价体系计算得出的承载能力折减系数与实测值更为接近,计算结果更为可靠。

随机车流制动状态下斜拉桥黏滞阻尼器振动控制研究

为了研究随机车流制动状态下斜拉桥的结构纵向响应以及黏滞阻尼器的振动控制效果,结合采集的交通荷载数据与交通流关键参数统计,建立3种车流密度的随机车流模型。其次基于车-桥系统耦合关系,利用改进折半查找法确定单主梁模型车辆荷载加载方法,编制单主梁模型车-桥耦合分析模块。通过建立的随机车流制动模型,对斜拉桥制动工况下结构纵向响应、纵向黏滞阻尼器振动控制效果和制动影响因素进行分析。结果表明:随机车流制动工况下,会产生相反方向的制动响应,且桥梁结构响应大于正常随机车流;纵向黏滞阻尼器可有效控制结构纵向位移,速度指数α越小,阻尼系数C越大,控制效果越突出,控制效率最大可达到90%左右;桥梁后半段制动响应和制动系数明显大于前半段的制动响应;制动车道越多,制动响应和制动系数越大;对于车流密度,制动产生的响应和制动系数大小规律为——密集流>适中流>稀疏流。

基于冲击弹性波的钢筋混凝土梁损伤识别

为实现对钢筋混凝土桥梁的损伤快速识别的目的,本文在已广泛应用的振动测试技术基础上,结合冲击弹性波检测技术进行静力加载,利用非接触式应变位移视频测量分析系统采集不同工况下试验梁加载全过程的应变云图和裂缝开展特征,然后进行动力激振,通过冲击弹性波在梁体内不同阶段的传播规律对试验梁进行动力损伤识别研究。结果表明:与完整试验梁相比,梁体产生裂缝后冲击弹性波信号出现了差异,加速度峰值时间差呈明显增大趋势,提出了"损伤时间差"指标来判别损伤的位置和大小,据此,可实现对钢筋混凝土梁的快速动力评价。

基于模型修正的特殊行车状态下桥梁动态响应研究

针对目前桥梁特殊行车方面的研究不足,本文基于模型修正对车辆特殊行车状态下桥梁的动力响应进行了研究。建立依托工程桥梁的ANSYS初始模型,并结合现场试验数据和灵敏度分析对桥梁主要参数进行修正,从而获得反映桥梁真实状态的基准有限元模型。然后进行跳车、刹车试验采集动应变、加速度等实测数据,并与模型理论数据进行对比分析。结果表明:修正后的模型与实桥动力特性基本吻合,跳车工况下,跨中加速度峰值随着障碍物高度和行车速度的增加而变大,且冲击系数可达到1.84左右。刹车工况下,随着车速的增加纵向加速度和梁端纵向位移呈现增大的趋势,且L/2和3/4处刹车动力响应明显大于L/4处。

混凝土非均匀性对超声波衰减作用的模拟分析

为深入了解超声波在混凝土中的衰减特征和混凝土随机非均匀性的对应关系,首先,基于数字图像处理技术以混凝土骨料的含量、粒径为变量,建立了混凝土的数字模型;其次,引入Kelvin-Voigt本构关系表征超声波传播过程中的黏弹性;再次,应用谱比法分别测量了骨料和水泥砂浆的品质因子参量,并将其引入超声波控制方程;最后,在此基础上采用交错网格有限差分方法模拟了超声波在混凝土中的传播,并从能量和频率角度分析了骨料粒径、骨料含量、水泥砂浆波速和品质因子等随机参数对混凝土中超声波传播的影响。研究结果表明:超声波散射衰减对混凝土随机性最为敏感,是造成超声波能量衰减的主要衰减模式;黏弹性虽然会进一步造成能量的衰减,但是相比于散射,其影响可以忽略;对混凝土进行超声波无损检测的建议入射频率为50~100 kHz。研究为建立混凝土性能特征和超声波传播参数之间的映射关系提供了有益参考。

超高韧性聚氨酯复合材料性能影响因素

通过研究异氰酸酯指数(R值)、外加剂掺量、以及养护龄期对超高韧性聚氨酯复合材料性能的影响,优化材料制备技术,得到超高韧性聚氨酯复合材料的最佳制备技术。结果表明:R值决定着聚氨酯材料的软硬段比例,对力学性能影响较大,外加剂的掺入降低了材料的孔隙率,提高了材料致密度,聚氨酯材料的后熟化过程在7 d左右;超高韧性聚氨酯复合材料的最佳配合比组成为:R值1.25,外加剂加入量7.5%,浇注后的养护龄期为7 d。制备的超高韧性聚氨酯复合材料作为桥梁加固材料具有轻质、硬化快、可实现免胶加固等特点。

钢-UHPC组合梁受弯性能非线性分析

钢-UHPC组合梁受弯性能的非线性分析是掌握其受弯性能的关键手段。文章依据超高性能钢纤维混凝土UHPC损伤塑性本构关系,采用有限元软件建立了钢-UHPC组合梁非线性数值模型,通过全过程破坏力学性能对比验证了数值模型的适用性,并进一步分析了构造尺寸、材料强度参数变化对钢-UHPC组合梁受弯性能的影响规律。结果表明:所建立的钢-UHPC组合梁的损伤力学模型能够较好地模拟钢-UHPC组合梁地全过程受弯破坏行为;钢-UHPC组合梁的极限承载力随钢材屈服强度的提高最为显著,随钢梁翼缘宽度、腹板厚度、UHPC翼板厚度的增大有一定提高,而随UHPC强度等级的增大提高较小;其延性性能随UHPC强度等级的增大而显著提高,随钢材屈服强度、腹板厚度、钢梁翼缘宽度的增大而显著降低。

特大跨钢-混组合梁斜拉桥步履式顶推施工分析计算

以沾临公路黄河特大桥主桥-特大跨径钢-混组合梁斜拉桥步履式顶推为工程案例,通过对步履式顶推施工全过程进行计算分析,研究顶推过程主梁结构及临时支墩受力是否满足受力安全要求。

融合机器视觉的桥梁动态称重方法

为了进一步提升现有的桥梁动态称重技术,提出了一种融合机器视觉的桥梁动态称重系统。首先,利用机器视觉算法对车辆进行识别和追踪;其次,对车辆作用下的桥梁响应监测信息进行处理;然后,利用虚拟简支梁理论对轴重、轴距进行识别;最后,通过模拟分析和室内试验的方式对本文方法的准确性进行检验。结果表明:本文方法在多种工况下,对车辆的轴重、轴距都具有较好的识别效果;轴重、轴距、总重识别平均相对误差分别为3.40%、4.31%和2.71%,并且具有一定的抗噪能力。

冰冻海域PC梁氯离子随机扩散模型及起蚀概率评估

为构建冰冻海域预应力混凝土(PC)梁的钢筋起蚀概率评估方法,进而为承载能力等性能衰减预测提供关键时间参数,首先开展了室内氯离子扩散试验,确定扩散系数的温度影响函数及冻融循环次数影响函数。其次,基于长期暴露试验,研究了扩散模型中的龄期衰减系数、胶凝材料组成的影响及表面氯离子浓度的时变规律,构建了氯离子确定性扩散模型,通过与暴露试验结果对比验证了模型适用性。进一步对模型中关键参数实现随机性表征,建立了氯离子随机扩散模型。最后,分析了钢筋起蚀评估目标可靠指标,引入基于风险函数的时变可靠性分析,构建了冰冻海域PC梁钢筋起蚀时变概率评估方法,并依托胶州湾跨海大桥非通航孔PC梁阐述方法的应用。结果表明:氯离子扩散系数随温度升高、冻融循环次数增加近似呈线性增长趋势,随服役时间延长,PC梁表面氯离子浓度先增长,而后趋于稳定;评估基准期为1 a,20 a时,起蚀目标可靠指标分别建议为2.46,1.13;钢筋起蚀时间对混凝土拉应力水平十分敏感,混凝土平均拉应力水平从0 MPa增大至1 MPa时,起蚀时间缩短40%,PC梁运营阶段常见压应力水平对起蚀时间影响较小。

基于GBDT的锈蚀钢筋混凝土梁抗弯承载力预测研究

为准确地对锈蚀状态下钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁的抗弯承载能力进行预测,首先收集了锈蚀RC梁的抗弯试验数据,随后基于集成学习算法梯度提升树(Gradient Boosting Decision Tree,GBDT)建立了锈蚀RC梁抗弯承载力预测模型,最后在测试集上进行了模型精度的测试,并与基于单一机器学习算法多层感知机(Multilayer Perceptron,MLP)和套索回归(Lasso Regression,LR)建立的锈蚀RC梁抗弯承载力预测模型进行比对。结果表明,本研究建立的基于GBDT的锈蚀RC梁抗弯承载力预测模型在训练集、测试集上的拟合优度分别达到0.9999、0.9255,可用于锈蚀RC梁的抗弯承载力预测;与基于单一机器学习算法MLP和LR建立的模型相比,基于GBDT的模型的均方根误差分别降低了97.27%、25.72%和98.50%、40.59%,平均绝对误差分别降低了98.84%、28.90%和99.47%、53.85%,优势明显。本研究结果证明了基于GBDT的预测模型具有优异的性能。

胸腔镜下食管癌根治术在老年食管癌患者中的应用

目的探讨胸腔镜下食管癌根治术与传统开胸手术在老年食管癌治疗中的应用价值。方法选取山东第一医科大学第二附属医院2020年5月—2023年5月收治的82例食管癌患者,随机分为2组,各41例。对照组行传统开胸手术治疗,观察组行胸腔镜下食管癌根治术治疗。比较2组手术情况、肿瘤标志物、炎症水平、生存质量及并发症。结果观察组手术时间为(289.65±26.14)min,长于对照组的(235.67±24.12)min;术中出血量为(186.95±12.58)mL,少于对照组的(276.68±25.87)mL;切口长度为(5.35±1.14)cm,短于对照组的(27.85±2.36)cm(P<0.05);2组术后肿瘤标志物比较,差异无统计学意义(P>0.05);观察组术后白介素-6(interleukin 6,IL-6)、白介素-8(interleukin 8,IL-8)、C反应蛋白(C-reactive protein,CRP)水平分别为(5.96±1.04)ng/mL、(6.12±1.12)ng/mL、(9.63±1.25)mg/L,低于对照组的(7.35±1.17)ng/mL、(8.25±1.23)ng/mL、(11.35±1.34)mg/L(P<0.05);观察组术后生存质量各领域评分分别为(87.63±5.15)分、(86.59±6.78)分、(88.57±5.58)分、(90.41±5.21)分,高于对照组的(79.31±6.06)分、(78.04±6.52)分、(80.41±5.32)分、(83.47±5.18)分(P<0.05);观察组并发症总发生率低于对照组(P<0.05)。结论胸腔镜下食管癌根治术治疗老年食管癌更佳,可降低手术创伤,减少并发症发生,改善患者生存质量。

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况:第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明:单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。

基于混合萤火虫-模拟退火算法的斜拉桥纵向振动控制与黏滞阻尼器优化设计

为研究多荷载组合作用下大跨斜拉桥纵向黏滞阻尼器的最优振动控制效果,首先,通过有限元计算分析了地震作用、风荷载和随机车流分别作用下纵向黏滞阻尼器对结构主要响应的振动控制作用。其次,结合标准萤火虫算法和模拟退火算法的优缺点,提出了混合萤火虫-模拟退火算法(HFSA),并选用4种测试函数进行了验证。最后,考虑3种荷载不同权重,选取合适的加权系数组合,采用响应面法拟合3种荷载的目标函数,分别对地震设防烈度和平均风速两个影响因素下的纵向黏滞阻尼器关键参数进行了优化,并给出了参考建议取值。结果表明:外荷载作用下纵向黏滞阻尼器可有效对结构振动产生控制效果,其中地震作用下的响应最大,随机车流次之,风荷载较小;随着黏滞阻尼器速度指数α的减小、阻尼系数C的增大,控制效率也逐渐增大,控制效率最大可达到45.15%;提出的HFSA算法具有收敛速度快、优化精度高的特点;速度指数α在[0.2,0.4]之间,阻尼系数C在[4000,5000]kN/(m/s)^α时控制效果达到最优;在地震多发、抗震烈度高的地区建议选取加权系数组合2,在沿海、山谷等风速较大区域建议选取加权系数组合4。

桥梁缆索断面钢丝腐蚀进程差异性试验

为实现桥梁缆索断面内高强钢丝腐蚀进程差异性量化表征,进而支撑该类构件在服役期内的强度退化模拟与承载力评定等工作,以镀锌钢丝缆索为对象,采用旧索构件破除实测与人工加速腐蚀试验相结合的方法,构造相邻层钢丝腐蚀进程差异性指标,研究了实际服役环境下的平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性。进一步考虑缆索断面构造特征及护套可能出现的病害类型,通过捆绑试件加速腐蚀试验,研究试验环境下平行钢丝缆索断面腐蚀进程差异性,护套破损对断面腐蚀进程差异性的影响以及钢绞线内外丝腐蚀进程差异性。研究结果表明:护套整体老化失效时,平行钢丝缆索断面相邻层钢丝总体腐蚀进程差异系数不拒绝正态分布,均值与变异系数分别为0.675 8、0.254 3;实际服役环境下总体腐蚀进程差异系数均值水平更高、变异性更强,腐蚀介质沉积效应对缆索断面钢丝腐蚀进程差异性的影响因破损形态而异;随着腐蚀时间的延长,断面总体腐蚀进程差异性逐渐减弱,钢绞线内外丝总体腐蚀进程差异系数概率分布特征由对数正态分布向正态分布过渡。

基于实测车流的悬索桥黏滞阻尼器多目标控制研究

为了研究不同黏滞阻尼器参数对车流荷载作用下大跨径悬索桥响应的影响,建立了一座大跨径钢桁架悬索桥的有限元模型。首先对交通荷载监测系统采集的实际交通流数据进行了分时段分车道筛选,得到小时车重极值时段的车流数据,利用格林希尔兹模型模拟形成了基于实测数据的高真实度车流。接着采用等参元方法将车辆荷载简化为集中力荷载分配加载,分析了车流作用下不同黏滞阻尼器参数对结构关键指标响应的影响,包括主梁梁端纵向最大位移、主梁梁端累计位移、主梁跨中弯矩、主塔塔顶位移、主塔塔顶加速度、主塔塔根弯矩、主缆力以及吊杆力变化趋势。最后采用变异系数法计算了指标权重,利用TOPSIS法确定了指标响应的理想解与负理想解,基于各参数方案结构指标响应的相对接近度对阻尼器参数方案进行了评价。分析结果表明:黏滞阻尼器可以有效降低车流作用下的梁端最大位移、梁端累计位移及塔顶加速度;对塔顶位移、塔根弯矩、主缆力及吊杆力的影响并不明显,不同指标对应速度指数和阻尼系数的变化规律不完全一致;速度指数对车流作用下结构响应的影响更为明显,速度指数越小,阻尼器的控制效果提升越明显,在慢速运动时能发挥更好的控制作用,阻尼系数增大亦可提升控制效果,但阻尼系数较小时对应的最大设计速度更大。

有限元法计算简支T梁桥主梁横向分布系数

以简支T梁桥为例,采用有限元软件Midas Civil建立该桥有限元模型,分别提取各主梁不同截面的挠度、弯矩、支反力,绘制各主梁截面横向分布影响线;将汽车荷载作用于横向分布影响线最不利位置计算主梁横向分布系数,并与传统方法计算的主梁横向分布系数结果进行对比分析。分析结果表明,有限元法可准确计算桥梁横向分布系数,计算不同截面横向分布系数时需选择合理的主梁效应。