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。

疯狂自适应的正余弦乌燕鸥算法及应用

桥式起重机主梁优化是一个非线性的复杂约束优化问题,现有方法求解此问题时存在收敛缓慢、稳定性差、收敛精度低等问题。为克服此问题,提出一种疯狂自适应的正余弦乌燕鸥混合优化算法(CCASSTOA)。在乌燕鸥算法(STOA)中,引入Logistics混沌映射对STOA算法种群初始化,增加种群个体的多样性和迭代初期收敛速度;将惯性自适应权重和正余弦算法混合搜索策略引入到乌燕鸥位置更新公式中,增强了算法的全局搜索与局部搜索之间的平衡能力。将疯狂算子引入到乌燕鸥最优位置进行扰动,增强迭代后期种群的多样性,避免算法陷入局部最优。采用6个测试函数对CCASSTOA算法性能进行验证,结果表明:CCASSTOA算法优于其他五种元启发式优化算法,收敛精度高,稳定性好和鲁棒性强。将CCASSTOA算法应用在32t/22.5m的桥式起重机主梁轻量化设计中,可实现主梁截面面积减小约为31.45%。因此,CCASSTOA算法可有效地处理此类非线性的约束优化问题。

基于改进鼠群优化算法的起重机主梁轻量化设计

为提高元启发式算法求解桥式起重机主梁优化问题的寻优精度与效率,文中提出一种改进的鼠群优化算法(IRSO)。该算法采用Hénon混沌随机反向学习初始化种群,提高算法的初始寻优性能;在追逐行为中,引入随机反向学习和高斯变异混合策略对鼠群进行逐维学习,增强算法的全局搜索能力;在搏斗行为中,采用翻筋斗搏斗搜索策略更新鼠群位置,增强算法的局部搜索能力;在算法中引入自适应余弦控制因子,实现算法控制参数之间的动态平衡,提高算法的整体寻优能力。仿真结果表明:与其他算法相比,IRSO算法寻优能力更优、收敛精度更高、稳定性和鲁棒性更强;同时,IRSO算法可高效地解决桥式起重机主梁轻量化设计问题,减重效果可达20.72%,具有较好的工程实际应用能力。

铸造起重机主梁应力测试与疲劳寿命研究

以某钢厂一台在用进口铸造起重机为研究对象,对起重机性能指标质量检测、主梁主要受力板材的无损探伤检测、主梁跨中关键部位的应力测试以及根据应力测试所得应力谱对主梁疲劳寿命进行分析估算,对设备目前的安全状况作出评估。

基于复杂网络和免疫策略的斜拉桥主梁施工安全风险耦合分析

斜拉桥主梁施工是一项复杂系统行为,施工过程中风险事故可能存在多条演化路径,因此具有复杂性和不确定性。为满足当前对施工安全风险管理的更高要求,提出一种基于复杂网络的风险耦合分析方法。首先,通过主梁施工作业程序分解及致险状态分析以识别安全风险因素;然后,基于复杂网络理论,借助邻接矩阵构建主梁施工安全风险的耦合网络模型,对特征指标进行研究分析并得出风险演化特征;最后,运用MATLAB软件对网络进行免疫仿真,包括单个节点免疫、随机免疫和蓄意免疫,以识别出关键节点并提出施工风险管控策略。结果显示:蓄意免疫的效果明显优于随机免疫,综合考虑免疫结果应优先预防和控制网络关键节点代表的风险点,从而有效降低网络效率,提高施工安全性。

深江铁路洪奇沥公铁大桥主桥设计关键技术

研究目的:洪奇沥公铁大桥是深江铁路的控制性工程,主桥采用主跨808 m公铁合建斜拉桥一跨跨越洪奇沥水道,上层布置8车道城市快速路,下层布置4线铁路。结合建设条件、结构特点及使用性能,对主桥结构体系、主梁横断面及结构形式、索-塔锚固结构、施工方法等关键技术展开研究,确定技术合理可行和经济节约的设计方案。研究结论:(1)首创了短边跨叠合板-桁组合梁斜拉桥结构体系,主桥长度减少20%,节省工程投资;(2)首次在4线铁路公铁合建斜拉桥上采用倒梯形双主桁截面,桥面布置紧凑、受力明确;(3)提出的边跨主梁采用矩形钢管混凝土叠合板-桁组合结构,集结构受力和锚固压重于一体,施工便捷;(4)发明了“自平衡交叉锚固+齿块锚固”的索-塔混合锚固方式,技术经济性高;(5)钢主梁创新采用“纵向大节段+横向分块”施工方法,解决了超宽超高超重整节段钢桁梁运输受既有桥净空限制的难题;(6)本研究成果可为公铁合建桁梁斜拉桥设计提供参考或借鉴。

桥梁拓宽中新旧桥梁连接方法和受力分析应用与研究

结合实际工程,研究了新旧桥梁之间的连接方法,研发了用于新旧桥梁连接的伸缩装置和沉降装置;采用有限元模型模拟新旧桥梁,分析了旧桥在拓宽后的内力变化,以及主梁位移变形的情况。结果表明:提出的新旧桥梁的连接方法在伸缩缝与沉降缝交点处可保持桥面平整,并有良好防水、防尘性能;老桥的主梁拓宽后在移动的车辆荷载作用下其内力较拓宽前减小很多,新桥的内力相应增加,说明新桥对旧桥的荷载起到了一部分的承担作用;新旧桥梁连接后,桥梁的整体性更好,受力更为均匀。

铸造起重机主梁结构优化设计

以某钢厂在役400 t铸造起重机箱型主梁为研究对象,通过对主梁原结构以及改进后结构分别进行有限元分析计算,有效地识别出铸造起重机结构中的高风险部位,为产品的结构优化设计提供了一种全新的思路,研究结果为铸造起重机主梁结构的改进设计提供良好的指导依据,确保铸造起重机的安全可靠运行。

如意香河大桥主桥设计

北运河香河段的河道蜿蜒形态,恰似一件寓意吉祥美好的如意,串联着整座香河新城。如意香河大桥主桥设计以“如意”为设计立意,进行了极具地域特色的景观桥型设计。主桥采用三跨抱翅型拱梁组合体系,全长256 m,跨径布置为56.5 m+164.5 m+35 m。主桥外观新颖独特、富有韵律、与结构受力融合一体,去繁就简、舒展大方,标志效应显著,可为类似的景观桥项目设计提供借鉴。主要介绍了该桥的方案设计、总体布置、结构设计、景观设计、BIM应用等内容。

组合结构楼板钢次梁-混凝土主梁节点静力性能研究

进行了2个钢次梁-混凝土主梁节点试件的静载试验,分析了试件的受力过程和破坏机理,得到了试件弹性阶段、屈服阶段、极限阶段和破坏阶段的荷载和位移,并对试件破坏时钢次梁和钢筋关键部位的应力进行了分析。结果表明:试件的最终破坏始于钢次梁下翼缘屈服,节点区域锚固良好,属于次要构件的塑性破坏;插入式节点为半刚性连接节点,预埋式节点为铰接节点。

临近既有线地段架梁方式的选择

高速铁路架设箱梁运梁方式一般有桥位跨墩提梁上桥或路基段利用运梁便道运梁上桥两种方式,对梁场位置的选择及项目的地形条件等提出了较高的要求。本文以某高铁联络线为例,研究桥位修建钢栈桥运梁上桥的方式,为箱梁的运输提供一个新的思路,从而解决困难地段的架梁问题。文中通过分析箱梁制存梁场选址及箱梁上线方式重难点,提出两种架梁比选方案,从方案可行性、费用、工期以及存在的问题等方面进行对比分析,最终给出推荐方案。推荐方案在本项目已成功实施。研究成果可对今后类似工程的设计施工提供良好的借鉴和参考价值。

公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式研究--以赣江公铁大桥西支主桥设计为例

以赣江公铁两用大桥西支主桥设计为例,研究一种适应上层8车道公路、下层对称双线铁路+4车道公路混合布置的主梁断面形式。提出带挑臂双索面箱桁组合断面、带挑臂单索面箱桁组合断面、矩形箱桁组合断面、矩形钢桁梁断面4种主梁断面方案,采用有限元软件分析各方案静动力性能及受力特点,综合考虑方案构造特点、技术指标、工程数量、公铁运营安全、景观效果等,确定该桥选用带挑臂双索面箱桁组合断面。该桥斜拉索最大索力16000 kN,锚固在下层钢箱梁两侧,通过有限元实体分析对锚拉板和钢锚箱式两种索梁锚固形式进行比选研究,钢锚箱形式受力合理、应力水平低、经济性好,设计采用钢锚箱形式。带挑臂双索面箱桁组合断面桥面空间布置合理、下层公铁行车干扰小、梁端竖向变形最小、经济性好,是一种适应公铁混合布置大跨度斜拉桥主梁断面形式。

铸造起重机主梁腹板门开孔结构的优化设计

针对某钢厂铸造起重机主梁腹板门开孔处的开裂问题,查阅起重机相关设计资料,对起重机翻包作业时主梁所受的载荷进行详细的分析和研究,确定材料的S-N曲线,并对材料进行静强度和疲劳强度分析计算,找出门开孔处的疲劳寿命远远低于主梁设计寿命的原因。通过对原开孔结构形式进行优化设计,使其疲劳寿命与主梁设计寿命趋于一致,经多年的实践验证,基本未出现开裂问题,为今后铸造起重机金属结构的设计提供了可借鉴的经验。

桥梁主梁颤振临界风速预测的瞬时功率平衡算法

桥梁跨度的持续增大导致其风致振动问题尤为突出,其中颤振失稳作为一种发散性振动是大跨度桥梁抗风研究的关键内容。基于颤振临界状态瞬时功率平衡的思路,采用非线性优化提出一种大跨度桥梁颤振临界风速预测的算法。针对弯扭耦合的两自由度运动系统,二维桥梁断面的风致自激力和结构力对系统的能量贡献依赖于折算频率、风速以及竖向与扭转运动的幅值比和相位差。由此根据颤振临界状态瞬时功率平衡的原则,将颤振临界状态的预测转变为瞬时功率平衡目标函数最小值的求解问题。采用薄平板断面进行颤振临界状态分析,通过与节段模型风洞试验和经典二维颤振分析方法结果对比,验证基于瞬时功率平衡颤振分析方法的可行性和准确性。相较于以受力平衡为主要特点的传统分析方法,所提方法更加清晰且量化地呈现出颤振过程多种气动力分量之间的贡献关系,能够精准描述桥梁断面颤振发生时的系统状态,实现结构颤振临界状态的合理评估。

燕矶长江大桥约束体系设计

燕矶长江大桥为主跨1860 m双层桥面钢桁梁悬索桥,主缆采用不同垂度四主缆布置,针对该桥结构特点,采用MIDAS Civil软件进行有限元静力计算,采用SAP2000软件进行有限元地震响应计算,对该桥纵、横、竖向约束体系进行设计。通过对比研究中央扣、纵向弹性约束、纵向限位挡块方案的可行性及减少伸缩装置规格的程度,确定采用纵向限位挡块进行纵向限位,伸缩装置规格可由D3000 mm减小为D2000 mm;采用电涡流-摩擦组合型纵向阻尼装置减小地震作用下梁端纵向位移,有效抑制梁端高频往复运动,改善支座和伸缩装置工作环境。横向约束采用球型钢支座限制加劲梁梁端横桥向摆动。通过分析梁端支座负反力消除措施适用性,竖向约束采用塔连杆方案,改变传统竖向约束方案的工作模式,更好适应反复的拉压力和纵向高频往复位移。

基于响应面法的非对称钢桁斜拉桥参数敏感性分析

非对称钢桁斜拉桥受力和变形具有不对称性,其参数敏感性与对称钢桁斜拉桥有所差异。为了研究各参数对大跨度非对称钢桁斜拉桥结构响应的影响程度,本文采用响应面法构建结构响应与各个参数之间的显式关系式,利用梯度算法求解各参数对某一响应量的敏感度及敏感百分比。采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,考虑整体升降温、板-桁温差、索-梁温差、低塔刚度、高塔刚度、拉索弹性模量及主梁重量7个参数,分别以中跨跨中挠度、主梁最大弯矩、主梁最大轴力、桥塔根部弯矩及塔顶纵向偏位为结构响应,研究各参数对非对称钢桁斜拉桥结构响应的影响程度。结果表明:主梁重量对结构各个响应的影响程度始终处于最高或者次高位,而其余设计参数对不同结构响应的影响程度均表现出较大差异。同一设计参数对不同结构响应的影响程度不同,应根据需要关注的结构响应控制主要影响参数。

超宽幅主梁扭背索独塔斜拉桥总体设计

厦漳同城大道沙洲岛特大桥西溪主桥采用(88+200)m扭背索独塔斜拉桥,塔墩梁固结体系。主梁采用钢-混混合梁,其中主跨为整幅钢箱梁,梁宽47 m;边跨为预应力混凝土箱梁,梁宽51 m;钢-混结合面位于主跨距桥塔理论跨径线15 m处。桥塔采用独柱式钢筋混凝土斜塔,总高134.6 m,桥塔向边跨倾斜8°,其下布置整体式承台,钻孔桩群桩基础。斜拉索采用标准抗拉强度1670 MPa平行钢丝拉索,边跨斜拉索为双索面空间扭背索,主跨斜拉索为准单索面。针对超宽桥面,采用空间梁格法分析剪力滞的影响,将混凝土梁纵腹板由6道增至8道。按3 m顺桥向标准间距设置钢箱梁实体式横隔板,可使该桥宽幅主梁偏载、扭转效应导致的应力增量控制在允许范围内。对塔墩梁结合部进行有限元精细化分析,针对应力集中情况,优化局部构造和配筋设计,经计算,优化后结构受力满足设计要求。

桥面栏杆对流线型主梁气动力影响的试验研究

针对流线型箱梁对风荷载作用比较敏感的情况,以具有典型流线型箱梁断面的象山港大桥为工程背景,通过风洞测压试验方法,研究了施工态和成桥态主梁的平均阻力系数、平均升力系数和平均力矩系数随雷诺数Re的变化情况,同时也分析了桥面临空侧栏杆高度变化对主梁三分力系数的影响规律。研究结果表明:施工态的主梁平均升力系数与平均力矩系数会随着风攻角的增大而增大;成桥态的主梁三分力系数在涡振区间内(Re=2.92×10^(4)~4.05×10^(4))变化较为复杂;随着雷诺数的增大,平均升力系数和平均力矩系数基本上呈现出栏杆高度越大其系数越大的趋势。

既有桥梁卸荷-加载时下部结构承载力变化规律

为了得到既有旧桥上部结构拆除重建时,下部结构承载力变化规律,对山西省一座桥梁进行建模分析,采用有限元方法模拟拆除旧梁,安装新梁过程,分析不同的拆除步序对混凝土盖梁应力值与反拱值的影响,分析结果表明:盖梁卸载过程中这两项数值随盖梁上部荷载总重减小而增大,主梁完全卸载后,盖梁最大反拱值可达5.2mm,最大拉应力达4.9MPa,盖梁存在因反拱过大而导致结构开裂的风险。采取旧梁分跨拆除可有效控制这一风险,最大反拱值减小至2.2mm,最大拉应力减小至2.2MPa。因此主梁拆除与安装原则为:减少盖梁上部主梁空缺,保持盖梁为承载状态,在拆除旧梁后应尽快安装新梁,采用拆一跨装一跨施工方式,可以有效的控制盖梁反拱值和应力值在合理范围内。

聊城跨徒骇河莲花型单塔大跨斜拉桥结构设计

聊城兴华路跨徒骇河桥采用100 m+100 m独塔钢箱梁斜拉桥,该桥主塔整体造型采用莲花状结构,由2个主塔柱和1个副塔柱组成,主、副塔柱之间采用空间索面拉索相连,桥塔中轴线为椭圆,主塔和副塔分别高52.211 m、47.65 m,主、副塔柱轴线夹角30°;主梁采用钢箱梁,双箱单室截面,梁宽40 m,中线处梁高3 m;斜拉索为扇形布置的空间双索面,采用标准强度1770 MPa的平行钢丝斜拉索,全桥共72根斜拉索,斜拉索梁端锚固采用钢锚箱,钢锚箱焊接在主梁钢箱梁边箱室外侧;塔座、承台及桩基础采用混凝土结构,大桥共设置34根φ1.8 m的钻孔灌注桩,桩长70 m。莲花造型独塔斜拉桥的造型优美,创意独特,在满足结构各项受力性能要求的同时,很好地体现了聊城莲湖水利风景区的特色文化,使景区成为建筑艺术和谐交融的典范。