部分地锚斜拉桥经济性能分析

将部分地锚斜拉桥分为拉索、主塔、主梁、锚碇、基础等五部分,分别推导了其材料用量计算公式,引入材料单价系数,得到了全桥总造价和单位桥面面积造价.据此开展了该桥型经济性能参数研究,得到了主要结构参数的最优取值,即地锚与中跨跨径之比为0.3～0.4,边中跨比为0.40～0.45,塔跨比为0.15～0.20.对比结果表明,随锚碇处地质条件不同,在主跨跨径超过800～1600 m后,部分地锚斜拉桥的经济性能优于全自锚斜拉桥.

高墩连续桥在移动车载作用下的横向振动分析

将轮胎与路面之间的面接触引入车-桥耦合模型基础上,进一步考虑车辆的横向自由度,提出一种新的车辆模型研究移动车载作用下桥梁的横向振动。将车辆轮胎模拟成一个三维弹簧模型,轮胎与地面的接触面模拟成长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。考虑影响接触面间横向力大小的三种重要参数如:滑移角、侧偏角、轮胎"S"形运动对耦合系统的影响;并与炉坪大桥实测数据比较,验证该方法的正确性,并分析接触面积、车速等对横向振动的影响。

基于力学与造价的CFRP-钢组合拉索斜拉桥设计理论

针对1 400～2 800m主跨斜拉桥整体刚度不足的问题,提出一种新型结构方案——碳纤维增强塑料(CFRP)-钢组合拉索斜拉桥。该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,组合2种材料高强轻质及弹性模量高的优点,以达到提高斜拉桥整体刚度的设计目的。通过基于力学与造价的参数分析提出该组合拉索斜拉桥的3种设计原则:等安全系数等效刚度最优、等安全系数等效刚度性价比最优、等造价等效刚度最优,并分别给出详细的设计步骤及设计用图。最后,进行了多种方案1 400m主跨斜拉桥试设计。结果表明:CFRP-钢组合拉索斜拉桥在力学与经济性方面均具有一定优势,其工程应用具有可行性,是主跨为1 400～2 800m斜拉桥的优选方案之一。

基于WOA-GRNN代理模型的Π形截面梁风嘴气动外形优化

Π形截面大跨度桥梁极易发生涡激振动,工程中常通过增设风嘴进行抑振,然而风嘴参数选择及抑振效果高度依赖经验或枚举试算,效率低下。为此,基于WOA-GRNN代理模型对Π形截面梁在多参数设计空间内的气动外形优化问题进行了研究。首先,选取风嘴长度、纵深和风攻角,构成多参数设计空间;其次,采用最优拉丁超立方抽样和Sculptor?网格变形驱动技术获取设计空间初始代表点集及其高质量计算网格,通过CFD数值模拟获得训练数据池;然后,建立风嘴设计参数和桥梁涡振响应的WOA-GRNN代理模型,通过数据池训练模型;接着,以某典型Π形截面大跨桥梁为工程背景,利用训练后WOA-GRNN代理模型预测多参数设计空间内的桥梁涡振响应面,通过自适应差分进化算法全域寻优,获得了最优设计参数及涡振响应值;最后,通过风洞试验结果对比验证了所提方法的正确性。研究结果表明:WOA-GRNN代理模型可显著提高桥梁气动外形优化效率;对案例Π形截面梁,最优风嘴气动外形#1的竖弯涡振响应相较于原型断面降低99%,抑振效果极佳。研究成果可为今后同类型Π形截面梁的涡振控制、气动外形优化以及相关研究提供重要参考。

基于布拉格光栅传感器的桥墩基础冲刷动态监测试验

为长期有效监测桥墩基础冲刷作用,基于露出河床的布拉格光栅传感器(FBG传感器)的不同相对位置以及对水流力和结构弯曲的波长变化,提出了一种新的桥墩冲刷动态监测方法;详细介绍了其工作原理,并给出基于该工作原理的监测设计方案,同时介绍了监测设备的制作步骤和设备保护措施设计;按照所提出的监测原理以及监测设备,采用足尺试验模型于实验室水槽中进行基础冲刷模拟试验,模拟了监测冲刷和冲刷回填全过程。结果表明:通过对2次典型试验工况结果的数据分析,证明FBG传感器可实现长期实时监测桥墩冲刷发展和冲刷后河床回填的全过程,为今后实际工程中的桥墩基础冲刷长期实时监测提供理论依据;该监测设备耐久性高,数据准确稳定,不受外界因素(如极端天气)干扰,具备良好的野外应用可行性与优越性。

桥梁水毁研究综述

近年来,桥梁水毁日益频发,已成为桥梁倒塌失效的首要因素。从冲刷、洪水2类最主要的水文因素出发,充分结合历史数据,分析并对比其对桥梁水毁的影响程度与规律;并按2类水文因素所对应的不同桥梁倒塌失效模式,对桥梁水毁现有的研究工作和方法进行总结归纳;最后,聚焦实桥应用,对现有桥梁水毁监测和诊治手段进行全面梳理。综述可得以下结论:(1)冲刷是导致桥梁水毁的最主要因素,所致失效桥型以桁架桥、梁桥、拱桥为主,桥梁服役时间、结构安全状态、年平均径流量均与桥梁所受冲刷程度存在较强相关性;(2)冲刷坑空间形态数值仿真与试验结果仍有一定差距,其泥沙模型缺少考虑床沙级配的影响,经验公式法尚需突破计算维度的局限性,完善考虑时间因素和黏性土的冲刷深度预测;(3)现阶段洪水波流竖向升力计算公式较少考虑脉动压力,浪荷载水槽试验尚未完全探明波浪特性与作用力间的联系,桥梁可靠度研究多见以冲刷为主的多灾害下联合效应计算,仍缺少波流、浪力作用与地震动水作用等其他灾害联合作用的深入探讨;(4)桥梁抗水目前仍局限于流场与结构域的独立研究,未见不同水文因素下基于结构域-流场多场耦合的桥梁失效模式分析;(5)雷达、声波以及潜水员水下检测是现阶段桥梁冲刷主流监测方式,桥梁冲刷动力识别适用于复杂环境下大规模、区域性桥梁检测,但仍有待进一步的应用研究,而既有桥梁水毁诊治手段在具体实施时需因地制宜,避免反而加剧水文病害。

基于车激动力响应互相关指标的桥梁基础冲刷诊断方法

针对当前桥梁基础冲刷诊断和检测方法过程复杂、成本高且受环境影响大等问题,提出一种基于车激动力响应互相关指标的桥梁基础冲刷诊断方法。该方法通过桥墩和桥跨不同测点的纵向加速度响应自由衰减段信号的互相关分析,建立基础冲刷诊断指标体系,实现冲刷定位和均匀性诊断。首先,依据互相关函数幅值向量置信度判据指标进行基础冲刷初判;然后,通过响应互相关函数幅值向量因子变化率向量进行冲刷定位,再根据横桥向互相关函数幅值变化率向量诊断冲刷均匀性;并通过统计评估方法提高诊断精度;最后,结合1座连续梁桥算例进行多种冲刷工况的数值仿真分析,对所提方法的有效性和适用性进行验证。结果表明:该方法能够很好地实现基础冲刷的定位和均匀性诊断,指标具有较高敏感性;同时具有较好的抗噪性能,通过所提出诊断指标体系的综合使用可消除噪声对诊断结果的干扰。该方法具有诊断结果精度高、过程简便易行、无需进行复杂且误差较大的模态识别、允许试验测试参数和条件适量变化等优点,可嵌入常规桥梁荷载试验同步开展,具有很好的工程应用潜力和实用价值。

基于改进尾流振子模型的超长拉索涡激振动特性数值研究

为了研究大跨度斜拉桥超长拉索在不同流场特性下的高阶多模态涡激振动问题,以牛顿定律为基础,建立了考虑张力变化以及垂度效应的拉索结构振子方程,引入改进的Van Der Pol式尾流振子模型,以加速度耦合两非线性振子,提出了一种简便的拉索涡激振动流固耦合预报模型;采用二阶中心差分法,对两振子方程在空间域和时间域进行离散迭代求解,编制了拉索涡激振动的MATLAB计算程序,并验证了其可靠性。该方法为研究拉索涡激振动提供了一种新思路,可解决风洞试验和数值软件(CFD)不便模拟大长细比拉索结构的问题。基于提出的预报模型,以1根330 m超长拉索为研究对象,分析了拉索多模态涡激振动特性,探讨了不同流场特性对拉索涡激振动的影响。研究结果表明:均匀流作用下,拉索发生涡激锁定现象,以单一模态发生振动,随着风速的增加,拉索涡激锁定区间增大而最大振幅不发生改变;剪切流作用下,拉索发生多模态涡激振动,位移响应呈现"拍"的特点,振动频率分布在Strouhal涡脱频率范围内,存在2个或3个主导频率,主导频率全程参与振动,非主导频率间歇参与振动;拉索多模态涡激振动位移响应表现为行波-驻波并存的状态,随着风剖面指数的增加,涡激振动行波效应显著。

山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析

为研究山区峡谷地形下非均匀风场对大跨度桥梁静风稳定性的影响,以一座跨越典型山区峡谷地形的大跨度斜拉桥为工程背景,首先,采用计算流体动力学(CFD)软件Fluent对桥址区地形的风场特性进行分析,计算出沿主梁方向的非均匀风速和非均匀风攻角分布;然后,采用ANSYS APDL技术实现能考虑非均匀风速和非均匀风攻角下大桥静风稳定性的非线性分析方法。在此基础上,综合考察非均匀风攻角分布、非均匀风速分布、非均匀风速非均匀风攻角分布等风场条件对大桥静风稳定性的影响,分析各工况下主梁的静风变形与跨中处拉索刚度变化。研究结果表明:与均匀风场条件下的静风响应不同,非均匀风攻角或非均匀风速下主梁静风响应最大值点位于风荷载峰值点与跨中之间,在针对非均匀风场下大桥的静风稳定性分析时,应更注重静风响应最大值点而不是跨中处;非均匀风攻角下大桥的静风失稳临界风速要远低于均匀风攻角的静风失稳临界风速,且其静风稳定性能主要受最大风攻角而不是主跨部分非均匀风攻角的平均值来控制;非均匀风速下大桥的静风失稳临界风速主要由主跨部分的风速平均值和最大值共同影响;主梁的竖向位移和扭转角形状主要由风攻角因素来控制,而横向位移的变化规律相对较独立,其形状基本上以跨中线对称,且其值主要由风速因素来决定。

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明:风速低于15m·s-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。