基于联合静动力修正的混凝土斜拉桥主梁挠度变化规律研究

针对混凝土斜拉桥服役期间主梁不断下挠的问题,该文基于修正模型分析大跨度混凝土斜拉桥服役期间主梁挠度变化规律。采用联合静动力的有限元模型修正方法,构造双目标优化问题,基于非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅱ)求解,得到Pareto最优解集,从Pareto最优解集中找到协调最优解,从而实现有限元模型修正。模型修正后的静力位移和自振频率计算值与实测值吻合较好,能更好地反映结构的实际工作状态。在此基础上,结合主梁线形历年监测数据,分析不同徐变模式及拉索松弛效应等时变因素对主梁线形的影响,分析结果表明:采用CEB-FIP 2010徐变模式计算的挠度与实测挠度更加接近。中跨跨中下挠量最大,服役20年下挠量约为270 mm;主梁跨中挠度前5年平均增长率达33 mm/年,前5年挠度约占前40年的50%,后期主梁下挠趋于平缓。

钢-混组合梁荷载-温度效应的统一解析模型

基于欧拉伯努利梁理论,提出非均布荷载、轴向力、梁端弯矩和非线性温度分布共同作用下的有滑移组合梁统一解析模型,推导组合梁挠度、界面剪力、滑移及截面应力的计算公式,开展简支组合梁和连续组合梁算例分析,讨论界面刚度和温度作用对界面滑移和挠度的影响.研究结果表明,组合梁温度作用产生的挠度与界面滑移由等效温度滑移应变和等效温度曲率决定,可以通过将桥面板与钢梁的温度分布各自分解为有效温度、竖向线性温差和残余温度等相互独立的3部分进行计算.简支梁和2跨连续梁算例在温度作用下的界面滑移沿梁长呈现反对称分布,滑移主要集中在距端部小于2 m的范围内,受滑移的影响,组合梁端部桥面板底面的拉应力水平较高,可以超过2 MPa,增加了底面混凝土开裂的风险.提出了温度作用下界面滑移组合梁的挠度影响系数,可以用于组合梁挠度的快速计算,其大小不仅与界面完全连接与界面无连接时组合梁的抗弯刚度比和组合效应系数有关,还受温度作用系数的直接影响.

150m跨整孔全焊接钢桁梁试拼装工艺及荷载试验研究

孟加拉帕德玛大桥上部为全焊接连续钢桁梁结构,施工中开创性地采用了整孔拼装及架设方案。为验证钢桁梁拼装过程中线形计算及拼装方案的合理性、可行性,选取1跨钢桁梁进行试拼装和荷载试验。详细阐述了钢桁梁试拼装前线形计算、整孔试拼装施工技术、荷载试验等相关内容,通过对全过程检测数据及荷载试验分析,验证了该钢桁梁线形计算结果、拼装技术及试验结果均满足要求。

考虑剪力滞和剪切变形效应的UHPC箱梁长期挠度分析

为准确计算UHPC箱梁在长期荷载作用下的挠度,基于剪切变形规律的截面翘曲位移函数,运用能量变分法建立考虑剪力滞、剪切变形效应以及UHPC收缩徐变效应的UHPC箱梁挠度计算控制微分方程,推导均布荷载和集中荷载作用下UHPC简支箱梁挠度计算公式,并利用有限元模型计算结果对其正确性进行验证。通过数值算例分析不同效应、截面配筋以及材料特性对UHPC箱梁挠度计算的影响。结果表明:考虑剪切变形效应产生的挠度明显大于剪力滞效应;均布荷载和集中荷载作用下,仅考虑剪力滞和剪切效应后产生的简支梁跨中挠度相对于按初等梁理论计算的瞬时挠度分别增大了9.4%和10.9%,而同时考虑UHPC收缩徐变效应后分别增大了约1.5倍左右;截面配筋对箱梁挠度计算有一定的影响,两种荷载作用下,考虑配筋后计算得到的简支梁跨中瞬时和长期挠度分别是不考虑配筋时挠度的0.96倍和0.89倍;用UHPC材料代替普通混凝土材料可显著降低结构的短、长期挠度以及收缩徐变引起的挠度变化。提出的公式可为长期荷载作用下UHPC箱梁的挠度计算提供理论依据。

基于MEC-BP神经网络的臧湾东河特大桥施工挠度监测研究

为提高特大桥施工挠度预测准确度,以臧湾东河特大桥为研究对象,采用MEC-BP神经网络模型对大桥施工挠度进行预测,并将预测值与数值模拟值和实测值进行对比。结果表明:现场实测值与MEC-BP模型预测值相差较小,MEC-BP模型在训练样本上表现出很好的准确性;MEC-BP模型的性能明显优于传统BP模型,在挠度预测方面具有更高的效率和精度,平均误差都小于5 mm。借助MEC算法实现对传统BP模型参数的全局优化,能够提高桥梁结构力学行为预测能力,为连续梁桥施工过程中的结构安全问题提供了有效解决方案。

现浇箱梁支架预压监测方法研究及数据分析

深中通道西人工岛非通航孔桥为现浇预应力连续箱梁,模板通过搭设的支架支撑,箱梁施工前需进行支架堆载预压。为了精确测量支架的各种变形量,为设置预拱度提供依据,结合箱梁支架搭设方式及堆载预压方法研究预压监测方法,提出了使用全站仪在支架底部进行竖向位移监测。该方法避免了人工读数偏差、视线遮挡等因素影响,可以快速、精确地获取预压过程中的变形数据,便于数据处理,保证了后续工序的及时开展,全站仪替代水准仪进行短距离竖向位移监测的方法也为竖向位移监测提供了新的思路。

应用高强预应力体系的简支箱梁结构设计及影响分析

为研究应用高强预应力体系对高速铁路简支箱梁结构设计及受力性能的影响,分析国内已发布的标准通图中适应1860 MPa预应力强度等级梁体的构造尺寸参数特征,在满足构造要求的基础上拟定适应2200、2300、2400 MPa级高强预应力体系的梁体跨中截面腹板厚度及底板厚度;建立线单元及实体单元有限元模型,分析采用高强预应力体系的简支箱梁运营阶段及运梁阶段的受力性能。结果表明:随着预应力强度等级提高,腹板和底板构造尺寸减小,采用所拟截面的梁体运营阶段各受力性能指标均满足规范要求,同时梁体的预应力度、残余徐变上拱度有所增加,梁体抗弯刚度、抗扭刚度有所减小,抗弯强度无明显变化;运梁车荷载作用下梁体最大主拉应力随着优化后腹板和底板尺寸减小而增大,在所拟截面下,梁体的腹板、底板厚度的减小值须有所限制,以保证施工荷载作用下结构的横向受力性能。

快速化改建工程中大跨径钢箱梁吊装施工对既有桥梁变形的影响分析

在城市道路快速化改建工程施工过程中,经常需上跨既有桥梁、搭接既有桥梁,由于现场环境条件的限制,通常需要在既有桥梁上进行吊装作业,在此类工程施工中桥梁分段重量、吊装设备自量及起吊能力、老桥承载力经过计算及相关经验基本可以确认,但在吊装施工期间对于既有桥梁的结构变形影响,仅仅依靠简单的计算或经验来判断变形量大小、安全与否是远远不够的,吊装施工的复杂性、不确定性以及在不中断交通情况下的动荷载的不可控性,决定了每次施工对结构的影响程度是不一样的。论文以济阳路快速化改建工程1标川杨河桥段为例,在高架桥钢箱梁吊装施工中对川杨河桥原结构变形监测数据进行分析总结,为后续相关环境下的同类工程施工提供一定的参考。

基于硫酸盐腐蚀箱梁挠度分析的混凝土施工水灰比研究

硫酸盐侵蚀会严重影响混凝土梁体的使用性能,水灰比会影响混凝土在盐环境中的扩散系数,从而影响到硫酸盐环境下混凝土箱梁的挠度,施工过程中的水灰比控制是混凝土结构和构件的使用性能和使用寿命的基础。采用长期浸泡法对缩尺混凝土箱梁进行硫酸盐腐蚀试验,研究混凝土箱梁内部的硫酸盐扩散情况。采用三分点加载试验对浸泡试验梁施加荷载,研究荷载与硫酸盐腐蚀联合作用下的挠度变化情况。基于Lee H等侵蚀深度预测理论模型,得到了SO 42-扩散深度与水灰比的关系,结合力学分析得到硫酸盐环境下混凝土箱梁挠度与水灰比的关系,并与试验结果进行对比,最终得到符合混凝土承载力与耐久性要求的施工水灰比。研究结果表明:试验与理论计算值具有较高的吻合度,且当水灰比为0.48时,可以保证硫酸盐腐蚀环境中混凝土箱梁的耐久性。

半刚构-连续箱梁桥动静载试验研究

桥梁动静载试验是检测桥梁结构安全的重要方法,可准确评价桥梁结构的受力性能和实际工作状态。文中依据JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》,对陶赖昭特大桥主桥进行动静载试验,测试桥梁结构的挠度、应变及动力特性,并与理论值进行对比分析。结果表明,桥梁处于弹性受力状态,强度及刚度满足设计要求,动力响应及动力特性良好。

基于BP神经网络桥梁的损伤识别方法

在桥梁损伤识别研究中,常常不能对桥梁损伤单元进行准确定位。为使用更简便的方法对桥梁进行精确的损伤定位,提出借助BP神经网络的自我学习功能的方法,将桥梁某点的挠度影响线数据、桥梁损伤单元号及损伤单元剩余刚度系数,作为BP神经网络的运行参数,进而训练出一个可以通过输入桥梁挠度影响线数据来定性及定量识别桥梁单点损伤的方法。依托工程实例对所提损伤识别方法的可行性进行了验证。

波形钢腹板-钢底板组合箱梁抗火性能研究

为研究波形钢腹板-钢底板组合箱梁的抗火性能,以某简支波形钢腹板-钢底板组合箱梁为研究对象,采用ANSYS软件建立组合梁的热-力耦合有限元模型,分析组合梁的温度分布、挠度变化、抗弯承载力衰退规律,并进行参数敏感性分析。结果表明:火灾作用下波形钢腹板-钢底板组合箱梁截面沿高度方向产生较大的温度梯度;组合梁挠度在火灾暴露初期、中期和后期三阶段分别呈现缓慢增长、快速增长和极速增长的特征;组合梁抗弯承载力衰退速率随受火时间的增加呈现先增大后减小的趋势;组合梁耐火时间随着荷载比的增大而减小,改变钢腹板型号和腹板加劲肋数量对组合梁耐火时间影响较小,增设底板加劲肋可有效延缓组合梁的挠度发展进入火灾暴露后期,从而增加其耐火时间。

单箱双室波形钢腹板-钢底板组合梁滑移效应研究

为了解剪切变形、剪力滞效应及滑移效应对单箱双室波形钢腹板-钢底板组合梁力学性能的影响,基于能量变分原理,推导该类组合梁的总挠度、界面滑移量及正应力解析解。以某等截面简支单箱双室波形钢腹板-正交异性钢底板组合梁为背景,通过理论分析、模型试验和有限元计算相结合的方法,分析考虑滑移效应的组合梁关键截面总挠度、界面滑移量及混凝土顶板横向正应力。结果表明:在集中荷载作用下,组合梁的总挠度、界面滑移量和横向正应力的解析解与实测值及有限元解吻合良好;由于附加弯矩的存在,剪切变形及界面滑移效应对组合梁总挠度的影响均不能忽略;组合梁的总挠度和界面滑移量随剪力钉抗剪刚度的增大不断减小,但减小的趋势逐渐放缓。施工设计时,可将剪力钉的抗剪刚度控制在挠度变化趋于平缓的范围内。

长期效应下不同边界钢-混凝土组合梁挠度分析

为了研究长期荷载效应对钢-混凝土组合梁挠度的影响,本文对不同边界钢-混凝土组合梁进行分析。考虑组合梁的剪切变形、层间滑移及剪力滞效应,引入长期荷载下的混凝土收缩徐变作用,运用能量法和变分原理推导出均布荷载作用下不同边界条件的组合梁长期挠度解析解,并通过有限元和试验结果验证了解析解的正确性。通过简支组合梁、固结组合梁和连续组合梁3个算例的挠度分析结果表明:长期荷载作用对组合梁总挠度影响较大,对两跨连续梁尤其显著;除长期荷载影响外,简支组合梁挠度主要受层间滑移作用的影响,两端固结梁挠度主要受剪切变形和层间滑移作用的影响,两跨连续组合梁挠度主要受层间滑移作用的影响;3种不同边界条件的钢-混凝土组合梁挠度受剪力滞效应的影响最小。

四参数变弯度翼型的气动特性分析与优化设计

针对NACA 0012翼型,在马赫数为0.176的来流条件下,首先利用数值模拟研究了翼型前缘下弯角度、前缘偏转位置、后缘下弯角度和后缘偏转位置等因素对翼型气动性能的影响规律;其次,以升阻比为目标,上述4个因素为设计变量,利用神经网络建立升阻比与4个设计变量间的预测模型;然后,充分考虑优化精度和神经网络训练数据库的计算量,构造了一种翼型优化过程与神经网络预测耦合的迭代优化策略,基于该优化策略得到最优变弯度翼型构型。对比优化翼型和原始翼型,升阻比提高约22%,较大程度改善了翼型的气动特性;并且通过远场噪声分析,发现优化翼型表现出了较好的声学性能,在1000 Hz附近单音噪声最大可降低12 dB。

钢箱梁桥相对支座位置纵向偏移施工误差限值研究

针对钢箱梁体支座设计位置相对偏移误差,建立钢箱梁的全桥模型,研究不同支座位置偏移情况下的局部变形和应力。通过提取跨中、支座上方顶板竖向变形,分析支座偏差对顶板结构位移的影响。基于横隔板、加劲构件和底板交界处的应力,研究不同支座偏差下局部峰值应力的变化规律。结果表明,梁体相对支座偏移对钢箱梁顶板与横隔板变形及受力的影响较小。竖向加劲板与底板均在支座偏移50 mm后,构件峰值应力及局部应力增幅显著,顶推施工中应重点监测。考虑到竖向加劲板为支座偏差下的钢箱梁最不利构件,建议取50 mm为支座偏移限值,以确保顶推施工安全,但具体偏移限值需参考实际施工。

基于模态参数识别的简支梁桥模态挠度预测试验研究

以30 m跨径装配式简支T梁桥为研究对象,探究环境激励下预测桥梁模态挠度的准确性和模态测试法评估桥梁承载状况的可行性;首先建立桥梁有限元模型,设计满足加载效率要求的桥梁静载试验方案,然后基于环境激励对简支T梁桥进行模态测试试验;采用随机子空间方法识别获取桥梁结构模态参数,应用Kriging插值法对桥梁实测振型进行模态扩展,预测简支梁桥在静载试验车辆荷载作用下跨中截面的模态挠度,并将模态挠度与实测静挠度进行对比分析。结果表明:利用Kriging插值法获得的模态扩展振型可较为精确地预测桥梁的模态挠度,与实测静挠度相比,大效应主梁跨中截面的相对误差不超过10%,基本满足工程精度的要求;基于环境激励模态参数识别预测的模态挠度可代替静载试验的实测静挠度,结合规范可评估桥梁的实际刚度状态;仅利用简支梁桥前3阶模态参数即可获得较为精确的跨中截面模态挠度;结合了静载试验和动载试验的优点,模态测试获得的桥梁模态挠度可用于宽简支梁桥刚度的快速评估,具有较好的准确性和工程可行性。

不同边界条件的钢-混组合梁挠度解析解

推导不同边界条件下钢-混组合梁挠度解析解是受力机理分析的必然要求。本文推导了考虑界面相对滑移的静力荷载作用下不同边界条件的钢-混组合梁的挠度解析表达式。以承受外荷载的连续组合梁为研究对象,把中间支座等效为未知反力,建立微分方程。采用Laplace变换和逆变换并引入边界条件,得到连续组合梁的挠度解析解。当中间支座反力全部为0时退化为单跨组合梁的挠度解析解。研究结果表明:与既有文献和规范方法相比,本文解析解正确,且适用于不同边界条件组合梁的分析,有助于快速准确地计算钢-混组合梁的挠度。

考虑全截面剪切变形的箱梁挠度简化计算方法

为进一步简化箱梁弯曲挠度计算方法,本文运用能量变分原理和铁摩辛柯梁理论推导了考虑全截面剪切变形的箱梁弯曲挠度计算公式,基于剪滞控制微分方程和现行公路桥规中翼缘有效宽度的折算办法,提出了全截面剪切变形的箱梁挠度简化计算方法。简支和连续箱梁算例分析表明:考虑全截面剪切影响的箱梁理论挠度、简化方法结果与ANSYS数值解吻合良好,且最大差值比基本在5%以内,验证了所提简化计算方法的正确性和适用性。