Study on the Girder-End Displacement of a Suspension Bridge Based on Field Measurements

The load-response correlation is a great concern for the management and maintenance agency of bridges. Based on both the load test data and the long-term structural health monitoring data, this study aims to characterize the variation in the girder-end longitudinal displacement of a long-span suspension bridge, i.e., the Zhaoyun Bridge in Guangdong Province of China. The load test provides a valuable chance to investigate the structural deformation in high loading levels, while the structural health monitoring system records the real-time, in-site, and long-term measurements in the normal operational stage of bridges. During the load test, the movement direction of the main girder is found to depend on the relative position of the center of gravity of the girder and the loading vehicles. However, over the period of normal operation, the quasi-static displacement at the ends of the main girder along the bridge axis is dominated by the temperature variations, rather than the traffic loading. The temperature-induced deformation is considerable so it should be filtered out from the structural total responses to highlight the live load effects or the anomalies of the bridge. As a case study, the temperature-displacement baseline model of the Zhaoyun Bridge is established and then utilized to identify the erroneous measurements in the structural health monitoring system. This paper serves as a reference for the structural behavior interpretation and performance evaluation of similar bridges.

基于翼板横向位移模式的箱梁剪力滞效应分析

以剪翘变形状态为分析对象,综合运用广义坐标法、剪翘变形协调条件和平衡微分方程,提出箱梁的翼板横向位移模式。基于最小势能驻值原理,推导考虑翼板横向位移影响的箱梁剪力滞解析解。引入翼板横向位移对剪力滞影响的差值比参数,详细分析截面参数及梁端约束条件对剪力滞差值比的影响。算例分析表明:翼板横向位移对剪力滞有一定的削弱作用,考虑横向位移的纵向应力与有限元解、实测值吻合更好;跨宽比、高宽比越大,剪力滞差值比越小;悬臂板宽度越大,剪力滞系数差值比越小;梁端约束条件越强,剪力滞差值比分布曲线越陡峭,约束条件较强时需考虑横向位移的影响。

运营期纵连板式无砟轨道端刺结构位移特征

研究目的:Π型端刺锚固体系是纵连板式无砟轨道路桥过渡段限制轨道结构位移的关键部位。本文考虑轨道结构与桥梁及摩擦板、端刺与土体的非线性相互作用关系,建立轨道-桥梁-路基-端刺结构一体化计算模型,研究锚固结构服役状态下的位移特征,分析端刺与路基不同脱空位置对结构位移的影响,提出注浆填补层间脱空的增强方案,并对其可行性进行论证。研究结论:(1)端刺与路基完全脱空后,纵向位移相比脱空前大幅增加且超过了3 mm位移限值,脱空引起的路基对端刺结构摩阻力、锚固力下降会导致端刺产生超量位移;(2)摩擦板区域的脱空对端刺位移影响很小,主端刺区域脱空和完全脱空引起的端刺纵向位移只相差0.11 mm,所以主端刺区域路基脱空是引发结构超量位移的主因;(3)采用注浆方式对脱空区域路基进行加固整治后端刺的纵向位移降低了3.5 mm左右,端刺结构位移恢复到了与正常服役状况相近的程度;(4)本研究成果可为现场Π型端刺结构超量位移整治提供一定的理论依据。

锆合金管塞结构压力电阻焊接头的应力集中系数及影响因素

采用Abaqus有限元分析软件建立了锆合金管塞结构压力电阻焊接模型与应力集中系数计算模型,通过与热模拟试验得到的挤出金属高度进行对比,对焊接模型进行验证,模拟分析了内部挤出金属过渡角、端塞行进量和包壳管内壁倒角对接头应力集中系数的影响。结果表明:内部挤出金属高度模拟结果和试验结果的相对误差为9.58%,外部挤出金属高度的相对误差为6.65%,说明建立的焊接模型准确;随着内部挤出金属过渡角增加,接头应力集中系数先降低,当过渡角增大至60°后增加,增大至120°时又下降;随着端塞行进量的增加,内部挤出金属过渡角降低,应力集中系数增加,接头熔合线长度增大;与未倒角接头相比,包壳管内壁倒角深度不大于0.50 mm时应力集中系数降低,最大降低了16.00%,倒角深度大于0.50 mm时应力集中系数增大,最大提高了91.49%。

考虑剪力铰与钢弹簧变刚度下浮置板轨道减振特性研究

针对浮置板轨道中浮置板端部位移偏大的问题,研究剪力铰设置与钢弹簧变刚度两种方式对浮置轨道位移的改善效果。将剪力铰简化为剪切弹簧阻尼单元,根据浮置板挠度分布及钢弹簧间距调整浮置板下钢弹簧刚度,基于振型叠加法和龙格-库塔法数值计算研究不同剪力铰刚度与钢弹簧刚度下浮置板轨道的减振特性。研究表明,设置剪力铰可以有效减少浮置板端部的位移差,但主要对端部3 m左右范围内的浮置板位移改善较为有效,剪力铰刚度并非越大越好,刚度取值应使浮置板和钢轨的位移波动幅度尽可能小。在钢弹簧总刚度不变的前提下,根据浮置板挠度分布调节钢弹簧刚度对浮置板位移和端部位移差的改善效果不大,但可以有效减少钢轨位移及其波动幅度,且长型浮置板轨道下的减振效果更好。适当扩大钢弹簧间距从而增大弹簧刚度可以改善浮置板轨道的位移响应,但间距过大时浮置板位移会出现剧烈波动。研究可为浮置板轨道的减振设计提供一定参考。

随机车载激励下大跨度悬索桥中央扣振动控制研究

大跨度悬索桥车流荷载作用下振动响应明显,关键构件疲劳损坏直接影响结构服役状态及运营安全。为改善大跨度悬索桥结构振动响应,基于有限元模拟对柔性中央扣及刚性中央扣振动控制效应开展研究,分析了中央扣对结构模态特性的影响,并基于考虑参数相关性及车流参数聚类特征的随机车流模拟方法,分析了车流荷载下的中央扣振动控制效应及其对吊索钢丝寿命影响。研究结果表明:中央扣主要对悬索桥的反对称竖弯频率及一阶扭转频率存在影响,随着柔性中央扣数量的增加结构振动频率有所提升,刚性扣的提升效果与三柔性中央扣接近。车流作用下中央扣可显著减小梁端位移、梁端累计位移及缆梁相对位移,随柔性中央扣数目的增加,控制效率有所提升但提升效果逐渐减小。刚性中央扣对梁端位移及梁端累计位移的控制效果与三柔性扣索接近,其对缆梁相对位移的控制效果好于柔性中央扣。吊索钢丝的疲劳寿命与弯曲应力响应的变化趋势一致,长吊索整体弯曲应力水平相对较小,中央扣对其钢丝寿命影响不明显。短吊索钢丝疲劳寿命则大幅提升,但柔性中央扣数量的增加提升效果有限,刚性中央扣提升效果与三柔性扣索接近。

不同注气成分置驱瓦斯效果数值模拟研究

注气促抽瓦斯的注气成分主要有N_(2),CO_(2)和空气,但目前针对不同注入成分的置驱效果对比研究较少。针对该问题,建立了考虑裂隙气体渗流和基质孔隙气体扩散的注气成分置驱瓦斯数学模型,在对该模型验证的基础上,模拟注入气体置驱煤样瓦斯气体过程,并对比研究相同注气压力和煤体渗透率条件下不同注气成分(N_(2),CO_(2)和空气)对瓦斯的置驱效果。结果表明:①相同注气时间下,从注气端到排气端,注入气体的体积分数逐渐降低,在注气端附近注入气体的体积分数最高;瓦斯体积分数逐渐增加,在排气端附近瓦斯体积分数最高;随着注气时间增加,注入气体的体积分数增加区域逐渐向排气端移动直至覆盖整个煤样,瓦斯体积分数降低区域也逐渐向排气端移动直至覆盖整个煤样,表明煤样中的瓦斯逐渐被置换出来,进而被驱替出整个煤样。②在相同注气时间内,从注气端到排气端,N_(2),CO_(2)和空气3种注入气体体积分数和瓦斯体积分数具有相似的变化规律,即从注气端到排气端,注入气体体积分数逐渐降低、瓦斯体积分数逐渐升高,随着注气时间增加,注入气体的体积分数增高区域增加。相同注气时间、煤样相同位置处注入气体的体积分数和瓦斯体积分数互补,即相加为100%。③3种注入气体对瓦斯的置驱效果排序为CO_(2)>空气>N_(2)。④对排气端气体的体积分数分析可知,排气端气体的体积分数随时间变化可分为突破阶段、平衡进行阶段和置驱完成阶段。不同注入气体3个阶段持续时间不同,注入N_(2)突破时间和置驱完成时间分别为30,90 min;注入CO_(2)突破时间和置驱完成时间分别为20,80 min;注入空气突破时间和置驱完成时间分别为28,87 min。⑤在现场应用时,应根据具体煤层的吸附解吸能力、煤层自燃特性等选择合适的注入气体。

基于道路行业四阶段油耗法规的商用车发动机附件系统升级优化研究

本文介绍了目前道路行业商用车发动机附件系统零部件如发电机、起动机、空调压缩机、转向泵、真空泵等的应用情况。针对目前道路市场环境对发动机附件系统零部件经济性、NVH性能要求不断提高、工信部四阶段油耗法规要求以及碳排放双积分政策要求,需要不断对发动机附件系统零部件不断升级优化,使之满足目前道路行业附件系统的要求。通过采用带有OAD皮带的发电机,使发动机前端皮带轮系运行更加平稳,NVH性能提升;通过采用P0端BSG电机,可实现整车制动能量回收节约能耗,并可以通过带传动直接驱动发动机曲轴,提升整车动力加速性能;通过采用自动启停起动机,在发动机等红绿灯等怠速工况时,通过控制策略控制发动机熄火达到降低油耗的目的;通过采用电子转向、电子真空泵等电气化附件系统零部件,从而降低油耗,降低整车噪音等。通过以上附件系统零部件应用升级优化,可提升发动机经济性、动力性及NVH性能。

千米级铁路悬索桥梁端支座位移长期变化规律分析

为掌握环境温度对大跨铁路悬索桥梁端支座位移及支座累计位移的影响,以某千米级公铁两用悬索桥为背景进行研究。基于该桥结构健康监测系统2021年的梁端支座位移长期监测数据,采用相关性基准值设定方法将梁端支座位移数据回归到合理区间,基于差分累加法获得支座累计位移,通过划分时段分析温度变化率对支座位移与环境温度间相关性的影响。结果表明:支座位移与环境温度间存在显著线性正相关关系;实测主梁伸缩系数和经验计算值基本吻合,全年南、北侧上游支座位移变化幅值和季度总累计位移基本一致,主梁两侧梁端变形具有高度的一致性;列车过桥时会导致主梁振动,支座大概率会发生小幅瞬间滑动现象,释放因主梁微小变形所产生的摩阻力;支座累计位移与桥梁结构体系有关,铁路悬索桥支座累计位移远小于公路缆索结构体系桥梁;温度变化率及其绝对值的大小对支座位移与环境温度间的相关关系存在一定的影响,温度变化率越稳定且绝对值越接近于0,两者相关关系越强。

大跨度缆索承重桥梁主梁梁端位移特性研究

为研究不同体系大跨度缆索承重桥梁主梁梁端位移特性,以主跨988 m的斜拉-悬索协作体系桥——G3铜陵长江公铁大桥主桥为背景,构建相同跨径斜拉桥方案及悬索桥方案,采用有限元软件建立模型计算3种方案在运营阶段的梁端位移,并对梁端位移影响因素进行分析。结果表明:斜拉-悬索协作体系桥方案的梁端位移最小;对斜拉桥方案施加与斜拉-悬索协作体系桥主缆对桥塔纵向约束刚度相同刚度的塔顶纵向弹性约束,对悬索桥方案施加与斜拉-悬索协作体系桥斜拉索对主梁纵向约束刚度相同刚度的塔梁纵向弹性连接或在跨中增设中央扣,可大幅减小斜拉桥方案和悬索桥方案的梁端位移,其中纵向荷载(纵向有车风荷载和制动力荷载)引起的梁端位移大幅减小,活载引起的梁端位移也有一定程度的减小。斜拉-悬索协作体系桥方案存在主缆-桥塔-斜拉索-主梁的纵向约束体系,相对单纯的斜拉桥方案与悬索桥方案,对抵抗纵向荷载有较大的优势,因此其梁端位移小于单纯的斜拉桥方案和悬索桥方案。

高铁桥梁震时行车安全性评价的梁端变位限值研究

地震时桥梁端部易产生变位,对桥上列车的行车安全构成威胁。为研究基于梁端变位对震时列车行车安全性进行评价的方法及相应限值标准,建立车轨耦合振动模型。将梁端变位对应的轨道变形曲线作为静态不平顺施加到轨道上,地震导致的轨底激励以正弦波的形式通过大质量法作用于轨底,分析给定梁端变位、轨底激励及运行车速对列车行车安全性的影响。研究结果表明:列车脱轨风险与三者均正相关,因此在确定地震时梁端变位限值时应同时考虑三者的影响。通过二分法搜索得到不同频率和幅值的正弦激励下、列车以不同车速运行时,脱轨系数和轮重减载率达到限值时对应的3种形式梁端变位的界限值,取97.5%保证率得到不同车速对应的梁端变位限值。以5跨高铁32 m标准跨简支梁桥为例,进行地震作用下车-轨-桥耦合振动分析,得到按动态方法确定的梁端变位临界值,通过与按静态变位加轨底激励计算得到的震时梁端变位限值进行对比,验证了所提出的变位限值的正确性。依据所提出的方法和梁端变位限值,可采用地震下桥梁动力分析代替车轨桥耦合振动分析对高铁列车震时行车安全做出快速评价。

基于梁端残余变位的高铁列车震后行车安全评价方法

地震后受损桥梁的行车安全问题直接关系到抗震救灾生命线能否贯通。通过数值模拟得到4种典型梁端残余变位形式对应的轨道变形曲线,将其作为轨道不平顺施加到轨道上,建立了车轨耦合振动模型。分析了不同程度的4种梁端变位对以不同车速行驶的高铁列车行车安全的影响。通过二分法逼近的方式确定了不同车速下脱轨系数和轮重减载率超限时对应的4种梁端残余变位界限值,通过将震后梁端残余变位响应值(计算值或观测值)与限值进行比较,可在无需进行车轨桥耦合振动分析的情况下对高铁列车震后行车安全做出快速评价。

非对称并行结构螺杆泵采油系统参数配置方法研究

非对称并行结构螺杆泵采油系统,可以从根本解决推力球轴承限径、承载能力过小以及寿命短的问题。但是,目前非对称反旋向并行结构螺杆泵采油系统只有概念模型结构,尚未有人对双泵的参数配置方法进行研究。为此,提出了一种新型井下非对称反旋向并行结构电机驱动螺杆泵采油系统。首先,基于“等寿命”理念开展了双螺杆泵的参数配置方法研究,给出了双泵匹配需要满足的约束条件,建立了易失效部件的受力分析模型,根据力平衡原理给出了部件之间的受力关系,分析了单螺杆泵转子所受轴向力和工作扭矩;然后,依据等寿命准则(推力球轴承与万向联轴器的疲劳使用寿命趋于相等),确定了推力球轴承所受轴向压力与联轴器所受拉力之间的比值关系,给出了上下两螺杆泵之间所受轴向力之比;最后,确定了定子橡胶寿命为一年及泵端压差12 MPa条件下,双泵参数匹配方案,对所选方案进行了寿命和排量对比分析,分析了不同泵端压差对下螺旋杆泵极限排量的影响。研究结果表明:针对特定推力球轴承和十字联轴节,下螺杆泵与上螺杆泵之间所受轴向力之比为1.41∶1;螺杆泵定子橡胶寿命一定,双泵的排量相比于单螺杆泵有了很大的提升,平均增长率在50%左右。

孔跨布置对大跨度铁路悬索桥刚度的影响研究

为探究孔跨布置对大跨度铁路悬索桥刚度的影响规律,以某主跨1092 m的公铁两用悬索桥主桥为背景,采用MIDAS Civil软件建立不同数量边跨(0~4边跨)的悬索桥有限元模型,对5种模型的主跨竖向刚度、跨中横向位移及梁端变位等指标进行对比分析。结果表明:孔跨布置对大跨度铁路悬索桥的主跨竖向刚度、跨中横向位移、梁端竖向转角、梁端横向折角、梁端横向位移、梁端纵向位移和桥梁自振特性有较显著的影响,但随着边跨数量的增加,影响逐渐趋于收敛;孔跨布置对主缆重力刚度影响较小。大跨度铁路悬索桥无边跨时,桥梁的梁端竖向转角、横向折角和纵向位移均明显增大,设计时应慎重选用;单边跨时,桥梁的梁端横向位移较大(横向限位支座约束时,对应的横向反力较大),需采取相应措施;地形条件允许时,建议增加边跨数量,同时加强梁端位移荷载组合方法、长效控制措施和高性能梁端伸缩装置的研究。

楼板开孔时地铁车站端头井结构抗震分析

结合上海软土地区某叠合墙地铁车站,利用Midas Gen数值软件,对端头井楼板按照实际开孔布置和超大开孔布置分别建立三维数值模型并采用反应位移法计算分析。结果表明,随着楼板开孔宽度占比增加,楼板结构、端头井结构在水平面内抗侧刚度仅小幅减小,影响有限,但会直接削弱楼板对侧墙的约束作用致侧墙跨中弯矩显著增加。楼板开孔宽度超限并不会直接导致设防、罕遇地震作用下端头井结构层间位移角超限,其抗震变形仍满足规范限值要求,而设防地震作用下结构截面、配筋设计等仍由静力工况控制,抗震工况非控制工况,但必要时应采用土层-结构时程分析法并计入竖向地震作用,确保地铁端头井结构抗震承载力和变形满足要求。

孤岛工作面内错尾巷强化支护与现场应用分析

针对煤矿孤岛工作面内错尾巷锚杆+锚索联合支护方案下工作面围岩变形量大、变形速度较快的问题,在对支护现状和原因分析的基础上,提出采用混凝土支柱对内错尾巷进行强化支护,确定混凝土支柱半径为0.3 m,高度为2.2 m。通过数值模拟和工程应用两种手段验证了强化支护的效果,表明工作面进行强化支护后,顶底板移近量和两帮移近量分别较原支护方案减少65%和60%,巷道断面收缩率减少26%。

基于透明土的管桩贯入特性模型试验研究

由于受土塞效应等因素影响,开口管桩和闭口管桩在贯入过程中的挤土效应存在明显的差异;然而针对该两者贯入特性的研究相对较少。基于透明土和PIV(Particle Image Velocimetry)技术,开发了相应的桩基贯入模型试验系统,用于桩基贯入过程中桩周土体变形的非插入式测量。试验选用的透明土由玻璃砂和具有相同折射率的孔隙液体制成。该试验系统主要包括:线性激光光源、CCD(Charge-Coupled Device)相机、自动沉桩加载仪和计算机控制系统等。激光射入透明土,和透明土之间的相互作用产生了独特的散斑场,通过CCD相机摄取贯入过程中各个时刻散斑场变形的图片,然后通过PIV技术对这些变形前后的图片进行处理,即可得到整个土体位移场。分别进行了开口管桩和闭口管桩的桩基贯入试验,得到了对应的土体位移场,并对桩基贯入引起的桩周土体径向位移试验结果与圆孔扩张法、应变路径法等理论计算结果进行对比分析;研究结果表明,对于闭口管桩,由于竖向位移的影响,试验值比圆孔扩张法结果小,其与应变路径法更为接近;对于开口管桩,由于沉桩过程中土塞作用,试验值比圆孔扩张法大,其影响不可忽略。

岩石试件端面效应的变形局部化数值模拟研究

试件端面效应直接影响试件内的应力分布、试件破坏形式和剪切带图案。采用FLAC - 3D模拟了端面效应对岩石试件剪切带图案、速度场和位移场的影响。试样端部的缚束作用较强时 ,仅在试样中部出现X形的剪切带 ;反之 ,在试样端部出现了倾斜的剪切带。压头刚性越大 ,剪切带倾角越大。块体具有整体平移的特性 ,剪切带边缘位移梯度却较大 ,反映了块体沿剪切带发生滑动的剪切破坏本质。数值模拟结果可在众多的试验结果中找到佐证。

永磁直线电机端部效应力的解析计算

短初级型永磁直线电机的纵向端部效应带来了较大的detent force和法向力波动,恶化了其伺服运行性能。为分析电枢电流为零时端部效应力的特点,文章提出了基于磁通的虚位移原理分析端部效应力的方法。在分析纵向端部边缘磁通变化规律基础上,采用虚位移法推导了端部效应引起的法向力波动和推力波动的解析表达式,揭示端部效应力的波动规律。通过对端部效应力解析表达式的分析,归纳总结了动子长度参数对端部效应力的影响规律。最后,对一台12槽11极电机进行了仿真与实验,仿真、实验结果与解析结果基本一致,验证了基于磁通虚位移法分析端部效应力方法的正确性。

大跨悬索桥梁端位移与温度的相关性研究及其应用

对润扬大桥悬索桥160 d的梁端位移响应与钢箱梁温度实测数据进行了季节相关性研究,并应用于结构的整体状态监测。针对润扬大桥悬索桥梁端位移与温度之间明显的季节相关性,采用6次多项式模型对梁端位移-温度进行了统计建模,并采用均值控制图法对梁端位移的异常变化进行了判别分类。主梁南北端由于温度引起的梁端位移年变化幅度分别为38.8、37.4 cm,而采用均值控制图法可以识别出由于结构损伤所引起的梁端位移0.8 cm的异常变化。结果表明,本文方法可以有效地消除温度的季节变化对悬索桥实测梁端位移的影响,较好地识别出结构损伤引起梁端位移的异常变化。