钢-PPUC组合正交异性钢桥面板疲劳性能

为有效解决传统钢桥面病害,提出了钢-聚酯型聚氨酯(钢-PPUC)混凝土组合桥面板结构,开展了正交异性钢桥面板的疲劳性能研究。以马鞍山公铁两用大桥为工程背景,建立局部有限元模型,采用热点应力法获得车轮荷载作用下钢桥面易疲劳开裂部位的应力响应,基于疲劳应力幅进行疲劳强度评估。考虑不同温度、不同铺装层厚度和不同结构形式条件下PPUC铺装层对正交异性钢桥面板疲劳性能的影响。结果表明:高弹性模量的PPUC铺装层对正交异性钢桥面板典型疲劳细节处的应力具有明显的改善作用;顶板与纵肋连接部位疲劳细节应力幅降幅最大,顶板与纵肋连接处桥面板细节、纵肋与横隔板连接处纵肋细节和纵肋对接焊缝细节均满足抗疲劳开裂要求;不同温度作用下的弹性模量变化对典型疲劳细节等效应力幅的影响是非线性的,铺装层厚度变化对典型疲劳细节等效应力幅的影响是近似线性的;为兼顾正交异性钢桥面板受力性能和行车舒适性两方面要求,提出了单层和双层复合型PPUC结构形式,计算得到2种结构形式对各疲劳细节应力幅最大降幅为21%~56%,最小降幅为8%~36%,为钢-PPUC组合桥面板抗疲劳设计提供理论依据。

基于Kriging模型与FORM的钢板组合梁桥结构优化设计

考虑材料参数的不确定性以及设计变量多重约束条件的影响,提出了基于可靠性分析的钢板组合梁桥结构优化设计方法。首先,利用拉丁超立方试验设计(Latin hypercube design,LHD)构建试验组合方案,并通过有限元分析获取试验设计组合下的最大挠度响应值。基于获取的训练样本,构建能够表征结构最大挠度值与随机输入之间映射关系的Kriging代理模型。基于建立的代理模型,以钢结构截面积最小化为目标函数,建立符合规范要求与可靠度约束的优化数学模型,并采用一阶可靠性方法(first order reliability method,FORM),实现设计变量优化。通过比较具有相同设计变量上限,但下限分别为初始值的80%和70%两种优化设计方案,评估了两者在相同阈值以及不同阈值下设计变量的优化结果。最后对方案二在阈值为17 mm下的优化结果进行极限状态验算。结果表明:两个优化设计方案在阈值为17 mm下的优化结果更具合理性,并且方案二在同一阈值下具有更高的优化程度。随着阈值增加,优化程度增加,且腹板高度在较大阈值下对结果影响更大,而翼缘宽度在较小阈值下影响更大。

基于压弯破坏曲面的桥墩可靠性分析

非对称桥梁结构悬臂施工期间会对下部结构产生较大的不平衡弯矩,为分析钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)墩柱在不平衡弯矩导致的双轴压弯下的可靠性,提出了基于压弯破坏曲面的可靠性分析方法。该方法使用倪克勤公式作为功能函数,并通过钢筋与混凝土本构关系求解倪克勤公式所需要的轴心受压承载力与单向偏压承载力,将RC墩柱的材料特性、几何特性、所受外部荷载作为随机变量,基于可靠指标物理意义,使用罚函数法将可靠指标求解问题转化为无约束最优化问题,利用遗传退火算法求解RC墩柱的可靠指标。采用该方法对文忠路上跨合肥东站改扩建工程主桥46号桥墩进行可靠性分析,结果表明:在悬臂施工至自重不平衡弯矩最大状态下,P1~P3支墩可靠指标分别为5.44、5.05、5.94;对可靠指标影响程度较大的随机变量依次为结构自重、钢筋强度和混凝土抗压强度,而风荷载对可靠指标影响相对较小。

半髋和全髋关节置换术治疗老年股骨颈骨折的疗效及安全性

目的探讨半髋和全髋关节置换术治疗老年股骨颈骨折的疗效及安全性。方法回顾性分析2016年1月至2019年10月琼海市人民医院关节外科收治106例老年股骨颈骨折患者的临床资料,均按《成人股骨颈骨折诊治指南》采用髋关节置换术,按术式差异分为半髋关节置换术组(n=53例)及全髋关节置换术组(n=53例),比较两组手术指标、髋关节功能及疼痛情况、生活质量及安全性。采用SPSS 22.0软件进行数据分析。根据数据类型,组间比较分别采用t检验及χ^(2)检验。结果两组输血例数、住院时间比较,差异无统计学意义(P>0.05);与半髋关节置换术组比较,全髋关节置换术组术中出血量、术后24 h引流量更多,卧床时间更长(P<0.05)。两组术后3个月Harris髋关节功能评分表(HHS)评分高于术前,不等长例数少于术前,疼痛视觉模拟评分(VAS)低于术前,且半髋关节置换术组与全髋关节置换术组比较,HHS评分更低,VAS评分更高(P<0.05);但两组术后3个月不等长例数比较,差异无统计学意义(P>0.05);两组术后3个月简明健康状况调查量表(SF-36)量表中总体健康状况、社会功能和情感职能维度评分比较,差异无统计学意义(P>0.05);全髋关节置换术组SF-36量表生理功能、生理职能、躯体疼痛、活力和精神健康维度评分高于半髋关节置换术组(P<0.05);全髋关节置换术组并发症发生率为3.77%(2/53),低于半髋关节置换术组的16.98%(9/53),差异有统计学意义(P<0.05)。结论半髋和全髋关节置换术治疗老年股骨颈骨折各具优势。术前一般状况欠佳且对术后功能要求不高老年患者宜采用半髋关节置换术,术前一般状况良好且对术后功能恢复有一定要求老年患者宜采用全髋关节置换术。

结构动力学课程思政教学实践探索

研究生专业课程思想教育是实现高校育人目标的重要途径。为促进高校研究生的专业理论教育水平与思政教育水平协同发展,需将思政教育融入“三全育人”综合改革中。该文以结构动力学课程为例,探索高校研究生专业课程思政教学的创新方法,并提供代表性实施案例。将课程思政贯穿于专业课教学内容,提升高校育人实效,增强新时代研究生素质。

动力荷载下结构非线性概率模型参数估计及失效概率预测

文章提出基于贝叶斯推理的结构非线性概率模型参数估计方法,结合非线性参数的后验概率分布估计结果,实现结构在动力荷载作用下的失效概率预测。利用结构实测加速度响应作为输入,构建贝叶斯推理的似然函数,采用过渡马尔可夫蒙特卡洛(transitional Markov chain Monte Carlo,TMCMC)算法估计非线性概率模型参数的后验概率分布。当模型参数的后验概率分布被计算之后,利用更新后的参数后验概率分布作为输入,通过随机抽样算法预测结构在动力荷载作用下的失效概率。为验证方法的可行性,对地震荷载作用下的5层钢框架结构进行数值模拟,通过钢框架结构的缩尺振动台试验进一步验证该方法的有效性。研究结果表明:该方法能够准确实现非线性模型参数的后验概率密度计算,能够对结构在地震荷载下的失效概率进行有效预测。

平列式公铁两用钢桁梁桥疲劳损伤及寿命研究

为研究某平列式公铁两用钢桁梁桥车桥耦合振动引起的钢桁梁桥节点构件的疲劳损伤,建立了局部节点精细化的全桥有限元模型和车辆多刚体模型,采用Craig-Bampton法求解了车桥耦合振动系统方程。首先,利用动态称重系统采集同线路全年公路交通流数据,统计分析车辆的车型、车速、车重及车间距等参数分布特征;其次,结合列车荷载模型,基于S-N曲线及Miner线性累计损伤理论,计算获得钢桁梁节点由列车和汽车通行导致的节点疲劳损伤,并基于雨流计数法对其疲劳寿命进行了预测;最后,探讨了列车速度、载重、不平整度及腐蚀对钢桁梁节点的累积疲劳损伤及疲劳寿命的影响。结果表明:节点疲劳损伤随着速度增大不呈现单一变化,随着载重增大和不平整度变差迅速增大,疲劳寿命降低明显;考虑腐蚀造成的节点刚度折减时,节点累积疲劳损伤曲线的发展是非线性的,疲劳寿命降低显著。

基于多景深融合模型的显微三维重建方法

鉴于激光共聚焦三维重建技术在金属样本的显微三维重建过程中具有重建速度慢的不足,在保证重建精度的前提下,提出一种基于多景深融合模型的显微三维重建方法来提升重建效率.该方法将三维重建问题转化为二维图像景深融合问题,首先提出一种基于非降采样Contourlet变换与多态脉冲耦合神经网络的图像融合方法,对不同景深图像序列运用该方法进行融合操作,得到的初代融合图像最大程度保留了原始图像信息;然后提出一种基于相关系数的区域图像匹配方法,得到以原始图像为基础的二次融合图像和初代高度映射图;最后定义一个能量泛函模型以消除二次融合图像中存在的假点信息,其极小化过程保证二次融合图像收敛于初代融合图像,同时初代高度映射图按照相同的方式演化,迭代结束即完成三维重建.运用文中方法对微尺度金属样本进行三维重建实验的结果表明,相比于激光共聚焦三维重建,该方法在保证三维重建结果具有较高精度与较好抗噪性的基础上,提升了重建效率.

平列式公铁两用钢桁梁桥节点动力响应及冲击系数研究

目的 研究平列式公铁两用钢桁梁桥节点在列车和汽车作用下的动力响应特性及冲击系数。方法 根据实测桥梁交通流数据,采用Monte-Carlo法生成桥梁服役期间的随机车流模型;分别建立桥梁有限元柔性体子系统和列车、汽车的多刚体子系统,基于Craig-Bampton法求解车桥耦合运动方程及钢桁梁节点应力。计算移动车辆荷载作用下的桥梁节点动力响应和应力冲击系数,分析应力冲击系数随车速、载重、不平整度变化的规律。结果 相较仅列车作用,考虑列车和汽车同时作用时,节点竖向加速度、竖向位移及应力响应最大值分别增大了3.47%、27.61%和31.54%,节点应力冲击系数值增大了10.31%。节点应力冲击系数随车速、载重增加不呈单一变化趋势,而随平整度变差迅速增大。结论 桥梁的平整度对节点应力冲击系数影响显著,节点应力冲击系数的计算结果与规范中采用跨度计算冲击系数更接近。

基于分布式TMD的预制钢板组合梁桥的行车振动及控制

预制钢板组合梁桥结合了钢材和混凝土2种不同材料的特性,使其具有施工简便、受力明确等特点,从而得到了广泛的应用。文章以固镇至蚌埠高速公路工程项目处一30 m钢板组合梁桥为背景,针对钢板组合梁桥行车振动问题,设计了一种行车振动控制装置,利用ANSYS有限元软件分析了调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)在该桥减振控制中的参数敏感性,并对比分析了行车速度对减振效果的影响。研究结果表明,通过合理设置TMD的质量、刚度和阻尼系数可以达到最优的减振控制效果,该文提出的减振装置对移动车辆引起的竖向振动控制效果明显,且在较低时速下减振效果更加显著。

基于SVM的多自由度结构非线性模型检验及参数确定

文章提出了一种基于支持向量机(support vector machine,SVM)的非线性结构模型验证和参数确定方法。首先建立了基于结构动力响应和外激励载荷的恢复力曲面;然后利用恢复力曲面得到刚度边际谱、阻尼边际谱及非线性指标,采用主成分分析法提取结构非线性指标,利用降维指标作为训练数据训练SVM分类器,用于检测存在的非线性;最后,采用正则化最小二乘法确定了结构非线性模型参数。在数值模拟中,采用1个非线性单自由度系统和1个非线性多自由度系统来验证该方法的有效性。数值仿真结果表明,该方法是一种有效的、噪声鲁棒性强的非线性模型验证和结构参数确定方法。

基于高斯贝叶斯网络的大型钢桁梁桥损伤识别

为确保桥梁结构在运营期间的安全性能,以某大型公铁两用钢桁梁桥为研究背景,开展基于高斯贝叶斯网络(Gaussian Bayesian network,GBN)的钢桁梁桥损伤识别研究。建立该钢桁梁桥的有限元模型,对桥梁在汽车和列车作用下的耦合振动效应进行分析,并研究不同荷载因素对桥梁振动效应的影响;构建以移动荷载为1级节点,桥梁挠度为2级节点,桁架单元峰值应力为3级节点的GBN网络模型;通过有限元分析,获取桥梁结构在不同荷载因素作用下的训练数据,并对构建的GBN网络进行训练,得到能够准确表征各级节点复杂映射关系的网络模型。结合训练后的GBN网络模型和基于结构单元峰值应力残差的损伤指标,分别对钢桁梁桥在单点损伤、多点损伤以及不同损伤程度工况下的损伤识别进行研究,并对比分析不同移动荷载对桥梁结构损伤识别结果的影响。研究结果表明:基于训练后的GBN网络,能够准确地实现钢桁梁桥的损伤定位,并根据损伤指标计算值对结构的损伤程度进行量化;此外,对比汽车和列车荷载作用下的损伤识别结果,基于汽车荷载作用下的损伤识别结果具有更高的精度。

基于模块化贝叶斯推理的随机非线性模型修正

为同时考虑多种不确定因素对非线性结构模型修正的影响,提出了一种基于模块化贝叶斯推理的随机非线性模型修正方法。为了描述具有时变特性的非线性动力响应,提取结构动力响应主分量的瞬时加速度幅值作为非线性指标,基于贝叶斯方法,将整个模型修正过程分为3个相互独立的模块:首先建立非线性模型的高斯过程替代模型记为模块一;同时,为考虑模型误差对非线性结构随机模型修正的影响,将设计变量作为输入,模型误差作为输出,建立关于模型误差的高斯过程替代模型,记为模块二;最后,结合贝叶斯推理方法与模块一和模块二中的高斯过程模型,利用过渡马尔可夫链蒙特卡罗(transitional Markov Chain Monte Carlo,TMCMC)随机采样方法估计待修正参数后验概率密度函数,实现基于模块化贝叶斯推理的随机非线性模型修正研究。采用三跨连续梁桥数值算例来验证所提出的随机非线性模型修正方法的准确性,并对比了不同噪声水平、不同程度模型误差条件下的模型修正结果。研究结果表明,基于模块化贝叶斯推理的随机非线性模型修正方法能够有效地实现非线性结构的随机模型修正,并具有较好的鲁棒性。

考虑结构性能退化的钢-混组合梁桥疲劳寿命研究

文章对随机车流荷载作用下的钢-混组合梁桥进行疲劳寿命分析,并考虑结构性能退化对钢-混组合梁桥疲劳寿命的影响;以某钢-混组合梁桥为例,建立该桥的有限元模型;利用车辆动态称重系统采集实际交通量数据,对实际交通流分布特征进行统计分析,并通过Monte-Carlo算法生成钢-混组合梁桥随机车流模型;引入裂缝密度概念来反映桥梁混凝土板的刚度折减情况,根据桥梁现场实际检测情况,对钢-混组合梁桥混凝土板进行裂缝密度统计,在此基础上考虑混凝土板不同开裂程度,对钢-混组合梁桥疲劳寿命进行预测。当钢-混组合梁桥混凝土板开裂程度为轻微、一般、较严重时,混凝土板刚度分别退化10.62%、16.52%、34.22%,组合梁桥的疲劳寿命分别降低16.66%、37.31%、56.61%。混凝土板裂缝扩展引起的结构刚度退化对钢-混组合梁桥疲劳性能影响显著。

基于动态贝叶斯网络及构件性能退化的钢板组合梁桥时变可靠性分析方法

为分析构件性能退化对钢板组合梁桥可靠性的影响,提出一种基于动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian Network,DBN)的时变可靠性分析方法。该方法首先依据材料劣化公式建立钢板组合梁桥抗力退化模型;然后基于DBN构建组合梁桥构件性能退化初始模型,利用钢板组合梁桥抗力退化模型随机生成不同变量组合作用下的抗力数据,对该初始模型进行训练,通过参数学习得到DBN先验模型及节点条件依赖关系,并加入观测节点及可靠度节点,建立适用于可靠性分析的DBN模型;最后输入桥梁检测数据,实现桥梁可靠度指标更新。采用该方法和蒙特卡洛法对某钢板组合梁桥时变可靠性进行分析,结果表明:2种方法预测结果基本一致,该方法可准确预测钢板组合梁时变可靠度;以可靠度为寿命评价指标,输入该桥运营60年时的检测信息,更新前、后该桥的使用寿命分别为75年、64年,应提前对桥梁采取维修与养护措施。

承台大体积混凝土水化热分析及温控措施

大体积混凝土会产生大量的水化热导致结构裂缝的出现,对结构的耐久性和承载力产生不利影响,因此需要采取控制措施,减少混凝土内部的梯度温度,控制大体积混凝土结构在施工过程中裂缝的产生。论文采取混凝土内部布置管冷的措施来降低承台大体积混凝土结构在施工过程中产生的水化热,控制混凝土温度裂缝。利用Midas/Civil有限元软件的水化热计算模块进行水阳江特大桥承台大体积混凝土结构的数值模拟,通过无管冷和有管冷的对比分析,确定布置管冷的必要性。研究进水温度、水流量等参数对承台大体积混凝土结构的水化热影响,确定管冷合理的参数取值。分析浇注温度对承台施工过程中温度效应的影响,确定合适的浇筑温度。通过优化分析得到浇筑温度为15℃、进水温度10℃和管冷水流量为2 m^3/h时,其冷却的效果较好并满足规范要求。通过合理的管冷布置和必要的温控措施,能够有效地降低施工中内部温度并且符合工程的实际要求。

Suboptimal Rayleigh damping coefficients in seismic analysis of viscously-damped structures

An optimization method for the consistent evaluation of two Rayleigh damping coefficients is proposed. By minimizing an objective function such as an error term of the peak displacement of a structure, the two coefficients can be determined with response spectral analysis. The optimization method degenerates into the conventional method used in current practices when only two modes of vibration are included in the objective function. Therefore, the proposed method with all significant modes included for simplicity in practical applications results in suboptimal damping coefficients. The effects of both spatial distribution and frequency content of excitations as well as structural dynamic characteristics on the evaluation of Rayleigh damping coefficients were investigated with a five-story building structure. Two application examples with a 62-story high-rise building and a 840 m long cable-stayed bridge under ten earthquake excitations demonstrated the accuracy and effectiveness of the proposed method to account for all of the above effects.

钢桥面聚酯型聚氨酯混凝土路用性能试验

本文针对聚酯型聚氨酯混凝土(PPUC)作为钢桥面铺装材料的路用性能开展试验研究。通过室内力学性能试验、车辙试验、低温三点弯曲试验和冻融劈裂试验,研究PPUC的基本力学性能、高温稳定性、低温抗裂性和水稳定性,并与常见的钢桥面铺装材料进行对比分析。试验结果表明:PPUC的抗压、抗拉和抗弯拉强度分别为75.3,8.4,22.4 MPa,均大于C30水泥混凝土的力学性能指标;PPUC在60℃下的动稳定度为63000次/mm,远大于沥青玛蹄脂混凝土(SMAC)和环氧沥青混凝土(EAC),并且在80℃高温下,PPUC的动稳定度仅下降了19%;在-10℃下,PPUC的低温抗弯性能明显优于EAC和SMAC;PPUC冻融前后的劈裂强度分别为7.85,7.30 MPa,均大于EAC,SMAC的劈裂强度,且PPUC的劈裂强度比为93%。

基于VMD和DBN的非线性结构模型参数识别

为解决现有的非线性结构模型参数识别方法面临优化过程复杂的问题,提出一种基于变分模态分解(variational mode decomposition,VMD)和深度置信网络(deep belief network,DBN)的非线性结构模型参数识别方法。首先,利用VMD和希尔伯特变换(Hilbert transform,HT)识别振动响应的瞬时参数;将瞬时参数进行主成分分析后作为输入,非线性模型参数作为输出;然后,利用DBN拟合两者之间的非线性映射关系;最后,将实测振动响应的瞬时参数进行主成分分析,输入训练好的DBN可直接识别修正后的非线性模型参数。通过对两个不同非线性类型的双自由度模型和一个复杂框架模型在地震作用下的数值模拟,与高压输电结构的振动台试验,验证了该方法的有效性。数值与试验结果表明,所提方法具有较高的计算效率和良好的抗噪性。

基于PTMD的钢-混组合梁减振效应试验研究

针对钢-混组合梁桥的行车振动问题,设计了一种碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass dampers, PTMD)装置,进行了基于PTMD的钢-混组合梁减振效应试验研究和数值分析研究。设计并制作了钢-混组合梁试验模型和PTMD装置,研究了PTMD装置的减振效果并进行PTMD装置的参数讨论。结果表明,该PTMD装置对钢-混组合梁的振动有明显的抑制效果,在振动响应较大时能够取得更好的减振效果,其最佳质量比为2%,最佳碰撞间隙为4 mm,在试验梁上同时安装3个PTMD更为合理。以某高速公路线路上的双主梁钢-混组合梁桥为研究背景,建立了车-桥-PTMD耦合系统模型,计算并对比双主梁钢-混组合梁桥在移动车辆荷载作用下无减振装置和应用PTMD装置下的动力响应,验证了PTMD装置在实际应用中的减振效果。