基于压弯破坏曲面的桥墩可靠性分析

非对称桥梁结构悬臂施工期间会对下部结构产生较大的不平衡弯矩,为分析钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)墩柱在不平衡弯矩导致的双轴压弯下的可靠性,提出了基于压弯破坏曲面的可靠性分析方法。该方法使用倪克勤公式作为功能函数,并通过钢筋与混凝土本构关系求解倪克勤公式所需要的轴心受压承载力与单向偏压承载力,将RC墩柱的材料特性、几何特性、所受外部荷载作为随机变量,基于可靠指标物理意义,使用罚函数法将可靠指标求解问题转化为无约束最优化问题,利用遗传退火算法求解RC墩柱的可靠指标。采用该方法对文忠路上跨合肥东站改扩建工程主桥46号桥墩进行可靠性分析,结果表明:在悬臂施工至自重不平衡弯矩最大状态下,P1~P3支墩可靠指标分别为5.44、5.05、5.94;对可靠指标影响程度较大的随机变量依次为结构自重、钢筋强度和混凝土抗压强度,而风荷载对可靠指标影响相对较小。

济阳黄河公铁两用特大桥施工关键技术

济阳黄河公铁两用特大桥主桥为(84+144+228+240+300+120+60)m非对称、多跨、不等高、矮塔钢桁梁斜拉桥,采用塔梁固结、塔墩分离的结构体系。主梁采用N形双主桁、双层桥面布置,上层通行6车道公路,下层通行双线铁路。主墩桩基利用黄河枯水期采用大型旋挖钻机成孔,位于黄河主河槽的主墩承台采用锁口钢管桩围堰成套施工技术,其余主墩采用钢板桩围堰施工。主墩承台大体积混凝土结构采用自动测温及内部循环冷却水控制的智能化温度控制系统,承台混凝土未出现有害裂纹。钢桁梁利用门吊吊装杆件,设置墩旁托架和临时墩,采用双悬臂拼装+单侧悬臂拼装方式架设,结合钢塔两侧跨度不对称及跨黄河险工河段、施工条件受限等特点,通过定点精确配重+移动配重+索力调整,确保了钢桁梁线形满足设计要求、架设过程安全稳定。钢塔利用组合起重设备和定位工装分节组拼,钢横梁利用塔顶吊架整体提升,保证了钢塔安装精度。

填料及助剂对AKD施胶的影响

生物炭填充到植物纤维中可用于制造黑色地膜,具有降低透光率,抑制杂草生长,减少热辐射,发挥保湿作用。填加生物炭导致烷基烯酮二聚体(AKD)施胶效率及材料力学性能降低。研究提出一种利用湿部助剂阳离子淀粉(CS)和阳离子聚丙烯酰胺(CPAM)提高AKD施胶效率的工艺。通过吸附试验阐明生物炭对AKD、CS和CPAM的吸附均是单分子层化学吸附。AKD用量为0.6 wt%时施胶效果提高显著,施胶度达到37.77 s,阳离子淀粉最佳用量为1.0 wt%,施胶度提高57.51%,干抗张强度提高35.10%,撕裂度提高32.94%,耐破度提高18.56%。阳离子聚丙烯酰胺最佳用量为0.1 wt%,施胶度提高55.65%,干抗张强度提高29.23%,撕裂度提高22.94%,耐破度提高25.98%。在最佳助剂用量下加入填料对AKD施胶效率和力学性能产生负面影响。利用阳离子淀粉包覆AKD胶粒,阳离子聚丙烯酰胺通过不对称桥联将AKD胶粒絮凝到纤维上,与常规施胶工艺相比有效降低填料带来的负面影响,材料施胶度提高25.04%,干抗张强度提高12.54%,撕裂度提高10.35%,耐破度提高15.74%。研究可为高负载多孔材料施胶工艺提供改进思路。

非对称路堤填筑对邻近桥桩影响分析

针对在高架桥下新建公路出现的单侧路堤填筑施工工况,以珠三角地区某一级公路路桥共线工程为例,对不同软基处理方案进行有限元计算,根据土层性质选用不同本构模型。分析结果表明:就地固化结合水泥土搅拌桩复合地基方案比水泥土搅拌桩复合地基方案能更好地控制桩身位移;根据挠曲线近似微分方程和数值计算得到的桩身位移或转角可以求出桩身弯矩,在桩身弯矩较大位置范围内应加强配筋。

间距对公铁双幅主梁气动特性影响的试验研究

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2~2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并推断主梁周围绕流特征,明确间距对非对称公铁双幅主梁气动干扰规律的影响规律。结果表明:无论风向角α=0°或α=180°,上游主梁气动力系数、表面风压分布和绕流方式受间距影响程度相对较小,与单幅主梁气动特性和绕流方式相似;但下游主梁气动特性受间距影响较大,且完全不同于单幅主梁,间隙处的绕流形式随间距的增大而发生变化,下游主梁气动力系数、平均风压系数曲线和脉动风压曲线也表现出完全不同的规律;且间距越大,下游主梁气动特性和绕流方式越接近于单幅主梁。公路主梁的流线性相比于铁路主梁更强,这种气动外形差异导致2种来流方向下非对称双幅主梁气动特性和绕流形式不同,间距在L/Br=0.2~2.0范围内,气动干扰对其影响规律也完全不同。如α=0°时,双主梁上表面始终为“单一钝体流态”;但α=180°时,双主梁上表面属于“剪切层附着流态”,间距不同,上游公路主梁尾流附着于下游铁路主梁的位置不同,据此可再细分为2种不同的绕流方式。研究成果可为同类型非对称双幅桥梁间隙距离设计提供参考。

一种双有源桥变换器单侧非对称占空比调制策略

针对双有源桥变换器在单移相调制策略中宽电压范围情况下的低效率问题,文中提出了一种单侧非对称占空比调制策略,显著的提升了双有源桥变换器的效率,尤其是在轻载情况下。首先描述了单侧非对称占空比调制方式的原理,并根据控制自由度的关系得到了两种工作模式。第二,基于时域分析,推导了两种工作模式的稳态特性,包括电感电流以及传输功率。第三,为了寻求控制自由度的最优组合,选择电感电流峰峰值作为优化目标,应用KKT条件得到了最优的单侧非对称占空比调制策略。最后,搭建了一台基于碳化硅器件的双有源桥变换器实验平台,实验验证了单侧非对称占空比调制策略的有效性。

斜拉索非对称布置对多塔斜拉桥力学性能的影响

为了提高多塔斜拉桥的结构刚度,在现有斜拉索布置方式的基础上,提出了交叉索+非对称索面的组合布置方式。利用有限元软件ANSYS建立多塔斜拉桥有限元模型,研究在高跨比、中边塔高比、中塔刚度及主梁刚度变化的情况下,新型斜拉索布置方式对主梁和桥塔变形所产生的影响。结果表明:在用钢量相同的条件下,与传统布置方案、交叉索布置方案和非对称索面布置方案相比,采用新型布索方案后中塔的塔顶水平位移分别减小了9%、1%和20%,加载跨挠度减小了19%、15%和11%。以非对称索面为基础,调整高跨比、中边塔高比、中塔刚度及主梁刚度,当交叉索设置在距中塔0.7L(L为主跨长度)左右时,中塔塔顶偏位和加载跨挠度达到最小值,对结构整体刚度提升效果最优,与理论计算结果相吻合。非对称索面的多塔斜拉桥结构刚度随交叉索设置数量的增加呈先增后减的趋势。

钢混组合梁斜拉桥非对称张拉施工控制的拉索索力统计敏感性分析

针对非对称张拉施工斜拉桥存在的主梁和桥塔线形控制难题,以某大跨度钢混组合梁斜拉桥施工控制为例,开展了拉索索力统计敏感性分析研究。以斜拉索索力为设计参数,综合采用均匀试验和正交试验设计方法以及多元线性回归和极差分析显著性检验方法,对成桥和施工阶段主梁和桥塔截面的内力、位移进行统计敏感性分析。结果表明:提出的索力统计敏感性分析方法可准确获得成桥和施工阶段的敏感性索力参数;对于成桥阶段,S10、MS10、S9号斜拉索索力为结构线形的敏感性参数;非对称张拉施工时,S10、MS10、S9、MS9、S8、MS8、S5、MS5号斜拉索索力为影响主梁和塔顶截面位移的敏感性参数;若采用对称张拉施工,S10、MS10、S8、MS8、S9、MS9、S7、MS7号斜拉索索力则为影响主梁和塔顶截面位移的敏感性参数。

大跨度双幅非对称平行主梁涡激振动干扰效应研究

在双幅式桥梁的建设中,公路与铁路同层并排布置的大跨双幅非对称主梁属于较特殊的设计。由于公路桥与铁路桥的动力特性不一致、主梁尾流特性差异较大以及非对称双梁间存在特殊且显著的气动干扰,使得非对称双幅主梁的涡激振动特性更为复杂。为系统探究干扰效应对主梁涡振性能的影响,以一座大跨度公铁两用双幅桥为研究背景,开展了双幅主梁涡激振动风洞试验与流固耦合数值模拟,其中公路梁为Π型叠合梁,铁路梁为流线型箱梁。研究结果表明:公路梁位于迎风侧时出现了较大幅值的竖弯和扭转振动,且风速区间与结构振动频率具有典型涡振“锁定”特征,而位于背风侧时,振动现象基本消失;铁路梁位于迎风侧时未见明显振动现象,而位于背风侧时,试验观察到了大幅振动,且振幅具有迅速上升又迅速下落的特点,无明显“锁定”区间。数值流场表明,公路位于不同位置处(迎、背风侧)时,主梁附近涡结构的尺度与分布均有明显不同。当位于迎风侧时,下桥面腔内大尺度漩涡的存在以及涡结构的周期性变化是位于迎风侧时产生涡振的主要原因;当位于背风侧时,受干扰效应影响,下桥面腔内漩涡尺度减小,升力振荡频率改变,涡振锁定现象消失。铁路附近流场及压力分布表明:当位于迎风侧时,主梁附近流场稳定,自激升力近似为直流力;当位于背风侧时,受公路尾流的干扰,铁路表面存在较大面积的负压区,公路尾流的脉动导致了铁路气动升力的振荡,因而产生了大幅振动。研究了双幅非对称平行主梁间气动干扰效应对涡振性能的影响,揭示了涡振及气动干扰机理,为类似桥梁的工程设计提供了参考依据。

上承式钢管混凝土拱桥拱肋混凝土非对称灌注结构安全性研究

为掌握拱肋钢管内混凝土不对称灌注对结构安全性的影响规律,利用有限元方法对南浦溪特大桥拱肋钢管内混凝土左右幅非对称顶升灌注过程中结构的变形、应力及稳定性进行了分析。计算结果表明:非对称灌注过程中,先灌注侧拱肋下挠量大,两侧拱肋挠度差值随完成灌注的拱肋数量增多而逐渐减小,灌注完成后,横截面对称位置处拱肋竖向挠度对称;整个施工阶段拱肋应力大于横撑应力,尤其是首灌混凝土过程中拱肋应力较大,应重点关注;首灌混凝土完成时结构的稳定安全系数最低,随着混凝土逐步完成灌注,结构的稳定安全系数逐渐增大;结构初始几何缺陷对结构的稳定性不利,应以考虑结构初始几何缺陷的稳定系数来评价结构的安全性。

车辆荷载作用下横梁非对称拼接的连续T梁桥受力特性分析

为了避免对现有桥梁进行改扩建工程中出现新旧桥横梁位置相互错位问题,以横梁非对称拼接的连续T形拼宽梁桥为研究对象,采用midas Civil建立空间有限元模型,讨论拼接段横梁的合理拼接方式,分析车辆荷载作用下拼宽梁桥的受力特性及空间传力机理。研究结果表明:车辆荷载对不同拼接横隔梁形式桥梁的新、旧桥T梁受力影响较大。全拼接时9道横隔梁力的传递最为均匀。随着拼接处横隔梁数量从9片减少到7片和5片,横隔梁横桥向传力能力减弱,传递到非加载侧的荷载减小;非加载侧的T梁边跨、次边跨和中跨跨中截面弯矩和挠度减小。相较于采用9道横隔梁拼宽的T梁桥,采用7道横隔梁拼宽的T梁桥的弯矩和挠度变化幅度不大,变化幅度的平均值分别为3.59%和2.69%;采用5道横隔梁拼宽的T梁桥的应力和挠度变化幅度较大,变化幅度的平均值分别为16.96%和10.31%。当工期和经费受限时,可采用5道横隔梁的拼接方法。

合肥市广德路非对称钢拱桥结构设计

合肥市广德路大桥主桥为一座非对称三跨连续钢拱桥,跨径布置为50 m+135 m+45 m,总长230 m。从方案构思出发,依托桥梁景观需求,通过从传统钢结构拱桥对称结构体系的布置到非对称布置的转换过程,形成了结构即景观的方案。由于结构的非对称性,本桥与其他桥梁相比具有特殊的设计。首先对主要结构构件的特殊设计进行了说明;然后在抗震设计方面,首次采用了大悬臂横向摆动抗震体系,应用此抗震体系降低了风撑30%的地震作用应力;最后说明了BIM模型在本桥的应用特点。

张吉怀铁路酉水大桥非对称拱桥钢拱肋架设技术研究

张吉怀铁路酉水大桥主桥为主跨292 m的非对称上承式钢管混凝土拱桥,其钢拱肋采用斜拉扣挂法进行节段悬臂架设施工。本文结合张吉怀铁路酉水大桥工程,针对高速铁路非对称拱桥钢拱肋安装施工技术展开研究,主要包括:复杂地形条件下的施工技术,因地制宜地进行缆索起重机的设计及安装,钢管拱整节段拼装和架设,合龙装置和技术等。该施工技术保障了钢拱肋架设的精度和质量,钢拱肋的成拱线形与设计值较为吻合。该桥运营以来,各结构性能指标均满足设计要求。

钢箱拱桥斜拉扣挂施工法拆索工序研究

斜拉扣挂体系钢箱拱桥拱肋合龙后需进行拆索工作,拆索时桥梁各构件均会产生应力变化从而影响结构安全性。为探究钢箱拱桥合理的拆索顺序及拆索时可能出现的极限不对称状态,以车田江大桥为实际工程背景,建立有限元模型,分别模拟四种拆索方案对拱肋应力及位移的影响。发现当从拱顶向拱脚依次拆索时,扣索索力的增幅最小;相反,若从拱脚向拱顶依次拆索,则会导致拱肋的竖向位移和应力极值达到最大。因此,从拱顶向拱脚依次拆索的方案最符合实际施工需求。采用Midas/Civil软件对几种极限不对称拆索状态进行模拟,结果表明:扣索、背索的拆除应尽量同步进行,以确保结构稳定。同时,两岸的拆索进度差异以及左右两幅的拆索进度差异都应控制在1束索以内,以减小对桥梁结构的不利影响。

独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥抗震性能研究

【目的】研究独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的抗震性能,并探明非对称结构地震响应的差异。【方法】以长沙香炉洲大桥西汊航道桥为依托,采用MidasCivil软件建立非对称钢-混混合梁斜拉桥全桥有限元模型,分别采用反应谱法和非线性时程分析法对其进行地震响应分析,并重点研究了结构非对称性对斜拉桥辅助墩、过渡墩及其桩基抗震性能的影响。【结果】独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥的动力特性和地震响应规律呈现出明显的非对称性,非对称布置的两过渡墩和两辅助墩在地震作用下的内力响应存在较大差异,结构的非对称性对横向地震更加敏感,在抗震设计时应予以重视;除两过渡墩桩基外,长沙香炉洲大桥按照静力计算设计的结构尺寸及配筋形式均能满足各工况地震作用下的抗震性能目标;塔身、墩身在横向+竖向地震作用下的安全储备均大于纵向+竖向地震的,桩基在横向+竖向地震作用下的安全储备几乎都小于纵向+竖向地震的;受结构非对称性的影响,边跨的27#过渡墩桩基总是先于主跨的31#过渡墩桩基发生破坏;在横向地震作用下,受群桩承台影响横向各排桩基地震轴力有较大差异。【结论】从经济性和抗震合理性角度出发,应对独塔非对称钢-混混合梁斜拉桥进行差异化的抗震设计,研究成果可为非对称斜拉桥及其他非对称桥梁结构的抗震设计提供有益参考。

三单元不对称级联H桥调制策略及推广

3:1:1型不对称级联H桥多电平逆变器输出电压谐波性能优异,但是在传统的调制策略下,存在高低压单元间电流倒灌问题,且传统调制策略仅仅适用于3:1:1型不对称级联H桥,不能推广应用。该文基于部分区间上高低压单元控制信号互补和移相载波调制策略提出了一种改进型混合频率载波调制策略。该文提出的调制策略不仅解决了传统调制策略下存在的高低压单元间的电流倒灌问题,而且可推广至n:1:1…型多电平逆变器的调制策略,同时给出各级联单元开关管控制信号的通用表达式,且可以实现所有低压单元间的功率均衡。仿真与实验结果证明了该调制策略的可行性,正确性与易推广性。

曲线现浇箱梁非对称恒载对桥梁动静力响应影响的量化研究

为量化研究曲线现浇箱梁非对称恒载对桥梁动静力响应的影响,首先推导了非对称恒载偏心扭矩的计算,然后选取常规跨径16、20、30、40m及平面曲线半径30、50、100、200m,建立12组等高三跨现浇连续箱梁桥为研究样本.基于Python语言建模、MIDAS/Civil软件进行有限元分析,研究考虑非对称恒载扭矩与否两种情况对曲线现浇箱梁桥支座反力、主梁应力和下部结构内力的影响.结果表明,非对称恒载扭矩引起支座反力外大内小、影响显著且边墩反力受影响程度大于中墩;当桥梁平面曲线半径为30m内时,非对称恒载对曲线箱梁桥梁体应力影响显著,半径达100m后可不考虑非对称恒载对梁体应力的影响;非对称恒载对桥墩安全度的影响极为有限,地震作用下桥墩承载力计算可不予考虑.

大跨径非对称悬浇梁跨中钢壳合龙关键技术研究

为了确保中跨合龙段施工安全,以合肥市文忠路上跨合肥东站转体桥为工程背景,对大跨径非对称悬浇梁跨中钢壳合龙关键技术开展研究。通过ABAQUS建立了跨中合龙钢壳空间有限元模型,分析了合龙钢壳和钢筋拉杆在合龙段混凝土浇筑后的应力及变形情况。研究结果表明:合龙钢壳应力及钢筋拉杆在组合荷载作用下应力峰值均小于钢材容许应力值,且均具有较大的应力储备;钢壳最大变形位于腹板拉杆钢筋与合龙钢壳连接处,钢壳与钢梁拉杆最大变形均为0.446 mm,最大变形未超过允许值。

非对称独塔部分斜拉桥索道管精准定位控制研究

以沪苏湖铁路苏湖特大桥(35+168+136+35)m非对称独塔部分斜拉桥为工程背景,进行了斜拉索索道管精准定位控制研究。考虑影响索道管空间位置的主要因素,对每个影响因素进行了具体的研究分析,确定了索道管精准定位的修正方法。采用该方法确定索道管两端最终的三维坐标和倾角,并以理论计算的空间坐标对施工中索道管进行监控测量,通过实测位置与理论坐标的对比来进行施工控制。结果表明桥梁施工中索道管定位控制良好,符合预期要求。