基于模态测试的斜交简支梁桥建造质量快速评估

以实际工程中的一座新建公路斜交宽简支梁桥为例,探究模态测试技术和模态刚度测试方法在新建桥梁工程验收评价中的应用。设计虚拟静载试验方案,选取参与计算的最少模态阶数;进行环境激励桥梁模态测试试验,识别桥梁前三阶实测模态参数,基于实测模态参数识别结构柔度矩阵,预测虚拟静载试验的实测模态挠度,对比桥梁的设计理论挠度,结合相关规范评估建造状况。结果表明:虚拟静载试验荷载作用下,仅采用前3阶模态参数即可准确预测简支梁桥的跨中模态挠度,中载和偏载工况下的误差均在5%以下;环境激励模态测试试验可以准确识别斜交宽简支梁前3阶模态参数,无需对桥梁施加额外激励措施;结合规范计算的桥梁跨中挠度校验系数在0.55~0.70之间,表明该简支梁桥建造状况良好;基于模态测试,可以准确评估简支梁桥建造质量,测试过程方便快捷,在实际工程中具有广阔的应用前景。

广州海心桥主桥设计

广州海心桥是跨越珠江的人行景观桥,整体造型采用“琴鸣绢舞,岭南花舟”的概念,主桥采用拱跨198.152 m的曲梁斜拱中承式钢拱桥,拱梁固结。该桥共设置2条步道,二者在边跨部分平面呈分叉分幅布置,中跨合并成整幅,标准桥宽15 m。拱肋采用二次抛物线的形式并向东倾斜10°,矢高57.95 m,矢跨比1/3.4,采用等高变宽圆端形箱形断面,拱肋桥面以下至拱脚范围采用超高性能混凝土(UHPC)包裹钢箱混凝土组合结构。主梁平面为半径129.1 m向东侧弯曲的曲线梁,中跨为单箱三室横向变高的钢箱梁,边跨为分幅单箱单室钢箱梁。吊杆采用GJ15-19挤压锚固钢绞线拉索,向心布置,共23根。拱肋插入水中拱座,下接20 m×20 m承台,并与其下的9根∅3 m型钢混凝土抗推桩共同抵抗水平推力。经计算,结构变形、刚度、人行舒适性及抗风、抗震、防撞性能均满足要求。该桥采用大节段整体吊装的快速化施工技术。

斜交简支梁桥纵向地震碰撞反应精细化研究

为精细化分析斜交简支梁桥地震碰撞反应,首先基于Hertzdamp碰撞理论,采用开放式地震模拟软件Open Sees建立能够考虑碰撞过程中摩擦作用的斜交简支梁桥精细化计算模型;然后从动力特性、动力反应层面验证模型的可靠性;最后采用三维精细化计算模型分析斜度、摩擦对斜交简支梁桥纵向地震碰撞反应的影响。结果表明:梁体与桥台间最大碰撞力的产生位置随着斜度的变化而改变;最大碰撞力的大小不仅与斜度有关,而且与斜交桥梁端与桥台间摩擦因数也存在一定关系;摩擦作用削弱了斜度对梁端锐角处纵向最大位移的影响,大幅度减少上部结构峰值转角,使峰值转角最大值滞后在较大斜度时出现;不考虑摩擦作用会高估锐角处梁端纵向最大位移反应。

斜交简支梁桥地震碰撞反应参数分析

为研究斜交简支梁桥地震碰撞反应,采用开放式地震模拟软件Open Sees,建立能够考虑梁体与桥台间纵向碰撞、摩擦作用及梁体与挡块间横向碰撞效应的斜交简支梁桥精细化动力计算模型,分析水平地震动输入方向、竖向地震动和斜度等对斜交简支梁桥地震碰撞反应的影响规律。结果表明:忽略横向碰撞时,斜度为α的简支梁桥梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角在水平地震动以角度θ=90°-α输入时达到极小值;考虑横向碰撞后,由于挡块的有效限位作用,梁端纵向最大位移、上部结构峰值转角会减小,竖向地震动对地震碰撞反应的数值有一定影响,但对其随斜度的变化规律没有明显影响,钝角处支座上拔力随斜度增大而增大,锐角处支座上拔力随斜度增大而减小,且支座上拔力由钝角处向锐角处逐渐减小,考虑水平地震动输入方向影响时,梁端纵向最大位移随斜度增大而增大,上部结构峰值转角、梁端纵向最大碰撞力随斜度增大呈先增大后减小的变化规律,梁体与挡块间横向最大碰撞力随斜度的增大总体变化不大。

地震作用下斜交简支梁桥桥面旋转反应的参数分析

地震引起的斜交简支梁桥桥面面内旋转不仅增大了梁体的纵、横向位移,而且增加了梁体与边界碰撞的几率。为研究地震作用下斜交简支梁桥桥面的旋转反应,利用Open Sees地震仿真模拟平台,建立考虑梁体与桥台间纵向碰撞、梁体与挡块间横向碰撞效应的斜交简支梁桥简化动力计算模型,分析梁体与桥台间纵向碰撞刚度、伸缩缝间隙、梁体与挡块间碰撞刚度、初始间隙、挡块力学特性等对斜交简支梁桥桥面旋转的影响。结果表明:纵向碰撞刚度、伸缩缝间隙、梁体与挡块间初始间隙对斜交简支梁桥桥面转角的影响较大,而横向碰撞刚度对桥面转角的影响相对较小;梁两端锐角区设置纵向垫块对减小桥面转角和纵向位移有较好的效果;设置弹塑性挡块能有效控制桥面的震致转动,减轻挡块的横向受力。

连续斜梁桥结构特性研究

运用梁格法分析了一公路连续斜梁桥不同的支座刚度及横梁刚度对整个斜梁桥受力的影响.发现支承刚度越小,其支承反力分布越均匀,因而在实际设计连续斜桥时宜选取较高的支座来降低支座刚度,以使各支反力趋于均匀,避免负反力的出现;而连续斜梁桥的横梁扭矩对横梁的刚度比较敏感,虽增加横梁的刚度可减小纵梁的最大弯矩,但会导致横梁的弯矩以及扭矩的增加,且扭矩增加迅速.所以,在横梁设计中需综合考虑以上各因素,选择刚度合适的横梁.

用灰色系统理论确定高速铁路桥梁施工预拱度

为了满足高速铁路对桥面标高的严格要求,应用灰色系统理论,建立高速铁路斜交连续梁桥预拱度的设置方法,并将该方法运用于京沪高速铁路跨秦淮新河特大桥的实时施工控制。结果表明,大桥以很高的精度顺利合龙,成桥后的线形和内力满足设计要求。该方法减少了施工控制的难度,效果理想而简便易行,研究成果可应用于使用悬臂浇筑法的连续桥梁施工中。

斜交连续钢箱梁桥横隔板布置方式研究

研究目的:对于斜交连续钢箱梁桥,正交横隔板有利于荷载横向传递和施工拼接。为简化结构在支点处的构造以进一步优化该横隔板布置方式,本文取消中间墩支点处斜横隔板,在此基础上提出一种新的横隔板布置方式概念,并研究和验证其可行性。研究结论:(1)以某(30+35)m跨斜交连续钢箱梁桥为工程背景,采用通用有限元软件建立了全桥板壳单元模型,计算结果表明,采用本文提出的横隔板布置方式,结构整体受力性能与局部应力均满足设计要求;(2)当斜交角度较小时,横隔板正交布置或斜交布置的结构受力差别不大;(3)通过进一步优化构造措施,讨论了该种新型横隔板布置方式在大箱室和大斜交角的钢箱梁桥上的适用性;(4)本研究结论可为斜交连续钢箱梁的横隔板的设计提供部分理论参考。

强震下多跨斜交简支梁桥桥面旋转机理研究

为分析强震下多跨斜交简支梁桥梁体出现较大转角的原因及斜度、宽跨比对桥面转角的影响,以某装配式预应力混凝土箱梁桥为背景,利用OpenSees软件建立多跨(两跨和三跨)斜交简支梁桥动力计算模型,采用时程分析法研究斜度、宽跨比和碰撞作用对桥面旋转的影响。结果表明:强震下两跨斜交简支梁桥桥面出现较大转角主要是由结构偏心效应造成的;考虑相邻梁间单边纵向碰撞后,当与斜度、宽跨比有关的参数η<1时,碰撞力矩会抑制两跨桥面的旋转;当η>1时,碰撞力矩会加剧其中一跨而抑制另一跨桥面的旋转。强震下三跨斜交简支梁桥中跨桥面的旋转主要由邻梁间纵向碰撞作用引起,斜度小于45°时,仅考虑梁体单边纵向碰撞,中跨桥面最大转角随η的增大而增大;考虑梁体双边纵向碰撞,中跨桥面最大转角随η的增大呈先增大后减小的趋势。

斜交箱梁的板梁段有限元法

吸取梁段单元和板梁框架法的思想,将斜交箱梁沿纵向划分为若干斜梁段,依据箱梁结构进一步将斜梁段划分为若干板梁段子单元,在位移分析的基础上,通过正、斜交坐标转换关系,直接建立在斜交坐标系内描述单元空间位移的方法,用势能驻值原理建立其有限单元列式,利用编制的有限元程序PBS进行斜交结构的分析,结果表明该方法具有较高的分析精度。

斜度对多梁式连续斜交小箱梁桥力学性能的影响

基于斜交箱梁桥弯扭耦合的受力特点,利用梁格法求解了自重作用下0°,10°,20°,30°,45°,60°共6种情况下多梁式连续小箱梁的弯矩、扭矩、应力和位移,对比分析了斜度对斜交连续小箱梁桥力学性能的影响。研究结果表明,在常用斜度范围（θ〈60°）内,主梁跨中截面的弯矩、位移随斜度的增大先减小后增大,而墩顶截面的弯矩、跨中截面的扭矩随斜度的增大先增大再减小；各截面上缘应力随斜度的增大先增大后减小,而下缘应力则随斜度的增大先减小后增大；当斜度达到临界斜度45°时,各截面的内力、位移均达到最值,此时,跨中截面扭矩值与正桥跨中截面的扭矩值相差倍数达到了100以上；斜度为0°~10°时,主梁弯矩、应力和位移变化均较小,可近似按直桥计算。在设计中,应充分考虑斜度对斜交箱梁弯扭耦合性能的影响,合理布置墩顶截面和跨中截面的抗弯、抗扭预应力钢束,使设计更经济、安全。

梁格理论在某斜交连续梁结构分析中的应用

研究目的:针对T型宽实体连续板梁桥受力复杂的结构特点以及用常规的结构分析方式难以对结构的受力行为进行较好把握的问题。研究方法:应用梁格理论对某斜交T型宽实体连续板梁桥进行结构计算简化,利用刚度等效的原则对原结构进行结构模拟以及运用有限元的分析方法对结构进行离散,同时利用通用有限元程序软件SAP2000对简化的粱格模型进行结构模拟分析。研究结果:为求解分析宽、斜受力复杂的连续梁、与此结构类似的箱梁以及实体板梁提供了一种实用简便的分析计算方法。研究结论:通过具体的工程实例计算,并与板壳模型计算结果进行比较,证明了该理论在工程应用中具有较好的使用价值。

三跨斜交T梁动力特性分析

以107国道深圳元朗斜交桥为背景,首先对全桥进行环境振动测试,利用频域中的峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)识别出三跨斜交T梁桥的频率、振型和阻尼比;利用ANSYS软件建立了全桥三维有限元模型,进行理论模态分析并和实测结果进行比较,并进一步分析了不同斜交角时动力特性的差异,探讨了此类斜交桥的动力特性。

斜向风作用下倒梯形桁梁桥气动力参数研究

为研究气动力参数对倒梯形断面公铁两用桁梁桥在斜向风作用下气动特性的影响,采用2种不同断面尺寸的倒梯形断面桁梁模型,针对成桥状态与施工状态,在大范围风偏角（0°-180°）与不同风攻角来流条件多种组合工况下进行风洞试验,测量其五分力系数,并将试验值与传统斜向风分解理论结果进行对比。试验结果表明：横桥向力系数最大值均发生在风偏角为15°左右时,顺桥向力系数最大值发生在风偏角为60°左右时;对于此类断面桁梁桥,横桥向风致响应计算时,横桥向来风时不一定是最不利来流,且顺桥向力不能忽略。对比风洞试验结果与斜向风分解理论表明,两者得出的顺桥向力系数与横桥向力系数的比值有一定的偏差。

用CFRP加固斜交空心板桥的现场试验研究

碳纤维布以其轻质、高强、高效、施工便捷等特点广泛用于结构的加固中,但在桥梁的加固实践中尚处于探索研究阶段。针对某桥梁的实际状况,采用了碳纤维的加固方式,并对加固前后桥梁的静、动力特性进行比较后发现,加固后不仅桥梁的承载力得到很大的提高,同时动力特性也恢复到较好的水平,主梁的刚度有所改善。桥梁加固半年多来,一直维持着繁忙的交通,效果非常明显。

一种新支点横隔板设置下的斜交连续钢箱梁桥受力特性分析

为简化斜交连续钢箱梁桥在中间墩处结构构造,方便工厂标准化制造,通过将中墩支座支承在独立的横隔板上,提出一种新型支点横隔板设置方式。以某(30+35)m跨线斜交连续钢箱梁为工程背景,建立梁-墩-桩一体化混合有限单元模型和全桥板单元有限元模型,系统分析恒载、竖向活载、温度、基础沉降、地震荷载以及车辆荷载作用下结构受力特性以及支座反力传递规律,并探讨结构的扭转刚度。研究结果表明:所提出的新支点横隔板设置方式满足结构受力要求,可为类似桥梁的设计提供参考;新设计下结构支座反力、弯矩、挠度和桥墩支点位移时程以及扭转刚度等整体受力特性与原设计的基本相同;新设计和原设计中,结构纵梁分担的荷载一致,可作为于支点横隔板的弹性支承;在车辆荷载作用下,结构中支点位置局部等效应力在35 MPa以内,且新设计结构支点横隔板局部应力集中程度比原设计的小。

公路斜交梁桥地震易损性模型研究

采用增量动力分析方法建立公路斜交梁桥地震易损性模型并开展易损性简化计算方法研究。依据不同的墩柱形式、支承形式及新旧规范将公路斜交梁桥分成8种桥型,统计桥梁结构参数并采用随机抽样方法确定其相应取值,依此装配生成240个基准桥梁样本,同时进行斜交角度变换建构新的桥梁样本。基于增量动力分析方法对相同斜交角下桥梁样本进行分析并建立易损性模型,重点研究斜交角与易损性参数之间的关系。研究发现:易损性模型中位值大致随斜交角的增加而减小,对数标准差则呈相反趋势。以计算得到的易损性模型参数为样本,拟合提出适用我国斜交梁桥的中位值修正系数公式,同时给出对数标准差的建议值,进一步总结公路斜交梁桥地震易损性简化计算方法,结果可为后续斜交梁桥地震风险评估及加固规范修订提供参考依据。

三跨斜交简支梁桥地震碰撞反应参数影响研究

利用OpenSees地震仿真模拟平台,建立了3×30m斜交简支梁桥计算模型,通过改变斜度、纵向伸缩缝间隙、梁体与横向挡块间初始间隙,研究结构地震碰撞反应的变化规律,研究发现:桥面峰值转角随斜度和伸缩缝间隙增大呈现先增大后减小的变化规律,随横向初始间隙增大而逐渐增大;梁体纵向最大位移随斜度和伸缩缝间隙增大而逐渐增大,随横向初始间隙增大呈现先减小后增大的变化规律;墩底最大反力和墩顶顺桥向最大位移的变化规律与梁体纵向最大位移的变化规律一致.

横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的模型试验研究

根据工程实际需要,提出横向分段施工预应力混凝土斜箱梁结构的施工方式,并对此施工方式的箱梁桥和整体浇筑的箱梁桥进行模型试验研究与有限元计算。通过各种工况的试验加载,及对实测得到的试验数据(挠度和应变)数理统计、图表分析比较和相应的有限元分析,定量比较了两者的受力性能差异,即混凝土开裂前,横向分段施工预应力混凝土斜箱梁的挠度比整体浇筑斜箱梁的挠度约大5.3%,纵向应变比整体浇筑斜箱梁的纵向应变大13.5%,湿接缝的纵向应变是整体浇筑施工斜箱梁的纵向应变的59%。横向分段施工预应力混凝土斜箱梁截面上存在着预应力的应力重分布,此重分布应力对湿接缝的混凝土受拉变形产生了抑制作用,且现有的有限元通用程序尚无法计算此应力重分布值的大小。

斜风下板桁结合加劲梁静气动力系数试验研究

以岳阳洞庭湖二桥为工程依托,采用风洞试验方法分别对板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态横桥向三分力系数及顺桥向阻力系数随风攻角、风偏角的变化进行了试验研究,比较了不同长度补偿段模型对试验结果的影响,基于试验结果拟合了板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数随风偏角变化表达式.结果表明:进行斜风作用下板桁结合加劲梁顺桥向气动力测试时,当补偿段模型长度约为测力模型长度的30%左右时基本可以满足精度要求;板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数均随风偏角的增加而先增大后减小,当风偏角约为50°~55°时达到最大;板桁结合加劲梁横桥向阻力系数随风偏角的增大而先增大后减小,当风偏角为5°~10°时达到最大,约为风偏角为0°时阻力系数的1.05倍.