基于互信息和MiniRocket网络的CFST脱空识别

为提高钢管混凝土(concrete filled steel tube,CFST)脱空检测的效率和精度,本文提出了一种基于快速傅里叶变换(fast fourier transform,FFT)、互信息(mutual information,MI)和MiniRocket神经网络的智能识别方法。首先,采用FFT将待测CFST敲击声波时域信号转换为频域信号;其次,采用MI建立频域信号与脱空状态的相关性,提取相关性最大的前30个特征建立数据集,避免了复杂的数学运算和冗余信息;建立MiniRocket深度学习网络,通过使用更少的参数量和更小的特征尺寸,提高分类的速度和精度。最后,考察了模型的噪音鲁棒性,并与其他算法、特征提取方法和识别方法进行对比。结果表明,在不同脱空深度和脱空宽度下,所提的方法在100次重复试验中获得了100%的平均预测精度。在高信噪比下,该方法受影响较小。此外,与其他算法、特征提取方法和识别方法相比,本方法具有更好的预测性能。因此,所提出的方法在未来实际CFST结构的智能脱空识别中具有较大的应用潜力。

考虑上部质量的双柱CFST桥墩抗车辆撞击力学性能研究

钢管混凝土(CFST)构件可充分发挥钢管与核心混凝土优点,在桥梁墩柱中已得到应用,抗撞设计是其在墩柱中推广应用的关键问题。因此,该文基于LS-DYNA有限元软件建立了56个车辆撞击双柱CFST桥墩分析模型并进行抗撞机理与参数分析。基于前期落锤撞击结果与实车撞击试验验证了模型可靠性;对典型工况下撞击力和桥墩塑性应变发展、内力分布和能量转换进行研究并重点分析了含钢率、轴压比、货物刚度、车辆质量和速度对CFST桥墩撞击力和侧向位移分布的影响规律;采用等效静力法计算得到25 ms等效车辆撞击力(ESF25)并对AASHTO规程建议值进行评估,提出车撞CFST桥墩撞击力预测公式。结果表明:车辆撞击下CFST桥墩钢管与核心混凝土协同工作,钢管是主要耗能部件;由于上部结构和桥墩惯性作用,不同撞击时刻桥墩内力分布具有显著差异;车辆质量与速度对撞击力发展影响显著,含钢率与轴压比影响较小,货物弹性模量在2000 MPa内变化时影响较大;建议的撞击力公式可较好预测考虑上部质量影响的CFST桥墩撞击力。

梁端外包U形钢板RC梁-CFST柱穿筋节点抗震性能有限元分析

在钢筋混凝土(RC)梁-钢管混凝土(CFST)柱穿筋连接节点的梁端采用外包U形钢板+栓钉传递界面剪力,节点受力明确性能优越。本文通过建立低周往复荷载作用下U形钢板+栓钉连接的RC梁-CFST柱节点试件(SUJD)数值模拟模型,并在梁端损伤状况、滞回曲线模拟结果与试验结果吻合良好的基础上,进行了U形钢板长度L_(u)、U形钢板与混凝土间是否设置栓钉、RC梁配筋率ρ_(s)的变化对节点抗震性能影响规律的数值模拟分析。结果表明:U形钢板的存在对混凝土具有一定约束作用,并使梁端塑性铰区域外移,梁破坏荷载相应增大;当U形钢板上不设置栓钉时,对于混凝土约束作用减弱,耗能能力降低,梁端塑性铰区域内移;适筋范围内RC梁配筋率ρ_(s)增加可以相应提高节点的承载力和延性。

SRC柱和CFST柱在车辆撞击下的动力响应分析

为了研究框架柱在冲击荷载作用下的抗撞击性能,基于非线性有限元软件LS-DYNA建立了精细化车辆-框架柱碰撞模型。首先,根据轴压承载力相同的原则设计2类框架柱:钢骨混凝土(SRC)柱和钢管混凝土(CFST)柱;其次,对轴压比、撞击角度、撞击速度和车型等影响方形框架柱抗撞击性能有关因素进行参数化分析,探讨框架柱在汽车撞击下的塑性损伤以及破坏模式;最后,比较SRC柱和CFST柱的抗撞击性。结果表明,SRC柱在柱顶受到斜向剪切破坏,在柱底受到弯剪破坏,而CFST柱的破坏模式是弯曲破坏。在车辆侧向撞击下,角度为15°撞击SRC柱时更危险,而CFST柱在正面撞击时更危险。车辆速度和车辆质量的增大,使得框架柱受到的碰撞损伤增大。CFST柱的抗撞击性能优于SRC柱。研究结果证明SRC柱和CFST柱具有优越的抗撞击性能,可为国家相关标准的修订提供参考。

大跨CFST拱桥拱轴线形的综合评分法

为探究500m级钢管混凝土拱桥拱轴线形的合理程度,从钢管混凝土拱桥成桥状态的强度、刚度、稳定性和拱轴线形优化方法的操作复杂性角度,对各最优拱轴线形进行拱轴线形评判指标计算对比,提出一种可用于定量评判钢管混凝土拱桥拱轴线形的优化程度的方法——钢管混凝土拱桥拱轴线形优化综合评分法(CFST-ARO综合评分法)。文中以波司登大桥为工程实例,对经优化后的抛物线、悬链线及三次样条曲线拱轴线形采用综合评分法进行定量评定。结果表明选用3次样条插值函数优化的拱轴线形内力状态优化效果显著,沿跨径方向应力幅度比其他曲线小且均匀,刚度和稳定性都有所提高;以期为同类型拱桥拱轴线形优化评价提供科学参考。

CFST拱桥转体施工及不平衡技术研究

为探究CFST拱桥转体施工及不平衡技术,以云南省某CFST拱桥为例,首先研究了转体施工技术的重难点及解决措施,其次给出了转体施工技术设计流程,最后对转体施工过程中的不平衡设计进行了探究。研究表明:提出的转体施工重难点解决措施及不平衡设计可减少转体施工过程中的结构不稳定和不安全问题。

CFST拱—刚构组合桥收缩徐变变形的影响研究

高铁轨道桥是铁路交通运行的关键结构,质量和安全性能的保障至关重要。然而,轨道变形是高铁轨道桥面临的一个关键问题,其会对行车舒适和安全产生重要影响。因此,必须对变形进行严格控制。对CFST拱—刚构组合桥而言,其成拱时机即梁桥的存梁时间是影响结构变形的关键因素之一。为此本文利用有限元软件Midas/Civil,依托某CFST拱—刚构组合桥,对刚构梁桥的存梁时间进行了深入分析。首先,阐明了CFST拱—刚构组合桥的特点;其次,概括了收缩徐变计算理论,并总结了各种理论的优缺点;最后,分析了不同存梁时间下结构的变形,明确了不同存梁时间对后期桥梁变形的影响规律。研究结果表明,存梁时间对主梁残余变形产生影响,需要综合考虑不同区域和跨径的变形情况,对于边跨1/4到桥墩区域内需要特别注意。综合考虑施工进度和全桥的变形控制要求,存梁时间可以综合考虑在30-40天,既能有效减小后期跨中由于收缩徐变引起的挠度过大,同时不过分增大边跨跨中的变形。该结论可为后续的桥梁线形精确化控制提供一定参考。

塑性铰区ECC-CFST组合截面桥墩抗震性能数值分析

通过使用OpenSees有限元软件建立模型,对桥梁工程中既有的钢筋混凝土(Reinforced Concrete)桥墩体系作出改善,研究在塑性铰区使用ECC-CFST组合截面的抗震性能,探究一个合理的管径尺寸使其能够达到良好的抗震性能。研究结果表明:以方形墩身截面边长的1/3~1/2为标准选取的钢管埋入至桥墩的塑性铰区,改进后的RC桥墩体系中各个材料组成部分能够达到较为良好的抗震效果,钢管混凝土能够保持在弹性或者小变形范围内,钢管外侧的ECC也能充分利用其材料性能,实现良好的桥墩抗震韧性效果。

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。

传统风格建筑RC-CFST组合框架拟动力试验及弹塑性地震反应分析

对一缩尺比为1/2的传统风格建筑钢筋混凝土(RC)-钢管混凝土(CFST)组合框架模型进行El Centro波、Taft波、兰州波及汶川波等地震波作用下的拟动力试验,得到该模型的自振频率以及加速度、位移和应变等动力响应。分析模型结构的破坏过程、恢复力特征曲线及变形能力等抗震性能。研究表明:乳栿为模型结构的第一道抗震防线;随着输入地震波加速度峰值的增加,框架模型的自振频率下降,加速度放大系数逐渐减小,模型结构的恢复力特征曲线呈现出一定程度的'捏缩'效应。由应变分析可知,金柱纵筋先于檐柱纵筋屈服;乳栿和混凝土柱为模型结构的主要耗能构件。基于试验研究结果,采用有限元分析软件SAP2000对试验模型框架进行弹塑性地震反应分析,计算结果与试验实测结果吻合较好。计算分析结果表明:模型框架的出铰顺序依次为乳栿两侧、金柱柱底、檐柱柱底、金柱CFST柱底部及檐柱CFST柱底部。在峰值加速度为0.70g的El Centro波作用下,模型柱架的极限弹塑性层间位移角与规范规定的限值较为接近,表明框架结构具有较高的抗震安全储备。

基于BP神经网络的缺陷CFST短柱承载力预测

目的基于大量钢管混凝土(Concrete Filled Steel Tube,CFST)短柱承载力试验数据,利用神经网络建立其承载力和破坏模式与构件各特征参数之间的映射关系,以便对复杂参数下的带缺陷CFST柱承载力进行预测。方法通过对国内外文献中试验数据的收集整理,选取89组缺陷圆形CFST短柱承载力试验数据,构建并训练一个多层BP神经网络模型,对缺陷圆形CFST短柱承载力进行预测,并将预测值与实际值进行比较。结果利用笔者构建的模型得到的缺陷圆形CFST短柱承载力的预测值与其实际值相比,两者间的绝对相对误差ARE数值在5%之内,并且样本数据回归曲线的误差值r值接近1,验证了网络构建的有效性,以及预测结果的精确性。结论BP神经网络对于预测缺陷圆形CFST短柱承载力是有效、准确的,为研究缺陷圆形CFST短柱的承载力提供了新方法。

板钉连接CFST柱-RC梁节点梁端塑性铰区受力性能数值模拟

建立竖板-栓钉连接钢管混凝土(CFST)柱-钢筋混凝土(RC)梁节点试件(SSJD)拟静力加载试验有限元模型,并在节点损伤情况、梁端荷载-位移曲线等数值模拟结果与试验结果吻合较好的基础上,进一步开展了RC梁混凝土强度、配筋率ρ_(s)和连接竖板长度L_(b)及界面连接情况等对CFST柱-RC梁节点梁端塑性铰区域力学性能的影响。研究结果表明,RC梁混凝土强度对试件SSJD塑性铰区域受力性能的影响较小;适筋范围内RC梁配筋率增加可适当提高试件SSJD承载力和延性;随着连接竖板长度的增加,梁端塑性铰区域外移,梁破坏荷载增大;本研究给出的RC梁与CFST柱之间的界面抗剪承载力模拟值与计算值吻合较好,可用于界面抗剪设计。

大跨度铁路连续刚构-CFST拱桥动力特性试验研究

宜万铁路宜昌长江大桥主桥为连续刚构-钢管混凝土(CFST)拱组合结构,为了评价其在列车荷载下的动力特性及行车安全,利用现场行车、制动及环境振动试验数据,结合有限元模型对其进行动力特性分析。首先,介绍桥梁的工程概况及动力试验安排。其次,利用环境振动试验得到结构的加速度响应,结合频域和时域分析获得桥梁的频率、阻尼比和振型;通过行车和制动试验,得到关键截面的应变、加速度和振幅。最后,计算脱轨系数和轮重减载率评估行车安全性。结果表明:桥梁频率和阻尼满足规范要求,加速度和位移峰值都较小,表明结构有足够的刚度;相比列车行车工况,制动工况对桥梁的冲击效应更为显著;各截面相同工况下竖向加速度峰值明显大于横向加速度峰值,表明列车作用下桥梁竖向振动更为剧烈;双向行车工况下,拱肋截面的动力系数和加速度峰值均小于主梁截面,表明柔性拱肋具有更好的动力性能;脱轨系数小于规范限值,列车运行安全。

RPC-CFST组合柱轴压性能试验研究

为研究活性粉末混凝土(reactive powder concrete,RPC)-钢管混凝土(concrete-filled steel tube,CFST)组合柱的轴压力学性能,以RPC厚度、长细比为参数,进行了5根RPC-CFST组合柱的轴压试验,分析其受力机理、破坏形态、套箍效应和承载力算法等。试验结果表明:不同参数的RPC-CFST组合柱破坏过程和破坏形态较为接近,随着RPC厚度的增加,外部RPC对CFST的紧箍效应更迟出现,组合柱的极限承载力有小幅度提升;随着长细比的增大,外部RPC对CFST的紧箍效应越早出现,组合柱的弹性刚度和极限承载力逐渐降低。借助ABAQUS有限元软件,建立了经试验验证的RPC-CFST组合柱有限元模型,并对径厚比、RPC强度、含钢率、混凝土强度、套箍系数等参数进行分析。在试验研究和有限元参数分析的基础上,借鉴钢管混凝土结构技术规范和规程,提出了RPC-CFST组合柱轴压承载力计算公式,公式计算值与试验值吻合良好。

脉冲参数对CFST拱桥地震反应的影响

为了研究近断层脉冲型地震作用下速度脉冲参数对大跨度CFST(钢管混凝土)拱桥地震反应的影响,基于有限元方法,以1座铁路CFST拱桥为工程背景,提出以脉冲参数对拱肋及桥墩地震反应非线性分析方法。研究结果表明:对于大跨度CFST拱桥,三向罕遇地震作用下,拱肋处于弹性状态,桥墩可能屈服,脉冲参数对CFST拱桥地震反应影响显著;同等PGA(峰值加速度)下,脉冲幅值越大,个数越多,脉冲成分对拱肋及墩地震反应贡献率越大,墩的损伤越严重;脉冲周期0~8 s内,中长周期(2~6 s)脉冲成分对拱肋及墩地震反应贡献率和墩的损伤影响较大,脉冲周期4 s时拱桥地震反应最大。

基于ANSYS分析CFST拱肋空间极限承载状态的计算模型研究

结合已有的CFST(concrete-filled steel tuber)本构模型,对已做试验的两个CFST(单圆管)单肋拱空间极限承载状态进行了双重非线性有限元分析探讨。采用双单元法和单单元法对比研究了基于ANSYS分析下模型拱的统一理论模型、分离式理论模型和纤维单元模型.较好地模拟了模型拱的极限承栽状态,评定了几种核心混凝土本构模型的适应性,提出了ANSYS分析下精确模拟CFST拱极限承栽状态的基本原理、基本方法和本构关系的选取建议。计算结果与试验结果符合较好,验证了本文计算模型的合理性。研究成果可供进行圆CFST拱计算时参考。

CFST-型钢混凝土组合拱桥的力学性能

为探索大跨度型钢混凝土组合拱桥在静力状态下的力学特性,以四川省万县长江大桥为背景,利用有限元数值分析手段,对CFST-型钢混凝土组合拱的截面构造参数进行分析,分析结果表明:拱圈钢管位置系数α、拱圈含管率ρt是该组合结构的重要参数,二者存在合理取值范围,能满足施工受力要求。

大跨度CFST系杆拱桥静动载试验分析研究

包西铁路跨黄延高速公路大桥主桥为单跨128 m的钢管混凝土(CFST)系杆拱桥.通过对该铁路大桥进行实桥静动载试验,研究了在静动载作用下大跨度CFST系杆拱桥的结构特性、脱轨系数、加速度及振幅响应等关键参数,并与ANSYS有限元分析结果进行了对比.发现大跨度CFST系杆拱桥挠度和应力校验系数处于合理范围,结构各项关键参数满足规定要求.结果表明:该铁路大桥具有足够的强度和刚度,动力性能良好,满足设计的荷载等级和营运要求;有限元计算结果能够反映该桥梁结构静力及动力性能.本文研究结果对大跨度CFST系杆拱桥的竣工验收及鉴定评价有重要指导意义.

CFST框架-多腔式双钢板组合剪力墙的匹配性

采用试验研究和有限元分析相结合的手段,开展CFST框架-多腔式双钢板组合剪力墙的抗震性能研究,对比分析了滞回曲线、骨架曲线和延性系数等抗震性能指标。研究表明:多腔式双钢板组合剪力墙具有承载力高、延性好和耗能能力强的优点,破坏时的极限水平位移角高达1/36;在弹塑性阶段,CFST框架作为第二道抗震防线参与工作,提高了框剪体系的承载力,使得其强度退化和刚度退化缓慢,耗能能力增加;CFST框架和多腔式双钢板组合剪力墙两者强强联合,协同工作,优势互补,CFST框架和多腔式双钢板组合剪力墙具有良好的抗震匹配性。

大跨度CFST拱桥地震行波效应研究

在大跨度拱桥的地震分析中,行波效应的影响备受关注,且在视波速的选择上有较大的区间,致使所得结论不统一。以湖南益阳茅草街大桥为研究对象,基于ANSYS软件建立了该大跨度中承式钢管混凝土(CFST)系杆拱桥的三维有限元模型,对茅草街大桥的地震反应进行了空间非线性时程分析,得到边拱、主拱拱脚弯矩,以及各拱顶位移等响应量随视波速变化曲线,据此分析了以上结构响应在行波作用下的变化规律。结果表明:行波效应对大跨度CFST拱桥地震响应有较大影响,行波效应的影响与结构特性以及地震波特性密切相关。