基于响应面法和ARO算法的桥梁有限元模型修正

针对桥梁结构模型修正过程中计算量大、全局寻优难等问题,提出一种基于响应面法和人工兔优化算法(artificial rabbits optimization, ARO)的桥梁有限元模型修正方法。该方法通过F检验法明确对结构响应影响显著的参数并建立响应面模型作为桥梁有限元模型的代理模型进行迭代计算,然后通过静动力联合修正法基于特征响应的响应面模型计算值和试验值构建目标函数,并通过人工兔优化算法对目标函数进行迭代计算进而获得精确的有限元模型参数。采用该方法对变截面连续刚构黄河特大桥有限元模型进行修正,结果显示:基于显著性分析结果建立的桥梁响应面模型相关系数大于0.98,且平均绝对误差低于0.05;模型修正后主梁关键截面竖向位移最大相对误差由32.97%降至5.72%,平均相对误差由20.67%降至3.61%,桥梁前3阶竖向自振频率平均相对误差仅为0.18%。可见,采用所提方法修正的模型能用于评价桥梁结构实际受力性能。

空腹式石拱桥荷载试验研究与应用

石拱桥在我国历史悠久,是中国桥梁传统的四大基本形式,在我国使用范围较广,以砌石结构和砂浆作为材料,具有线形优美,强度高,耐久性好,材料适应性强等优点。本文以重庆市某空腹式石拱桥为例,运用有限元分析软件MIDAS/Civil 2019对该桥进行静载试验及动力分析。

佛山东平大桥静动力分层次有限元模型修正研究

提出一种适用于大型桥梁结构联合静动力的分层次有限元模型修正方法,并在佛山东平大桥成桥静载试验和模态试验据的基础上,借助于ANSYS软件中的优化设计平台对该桥进行了静动力分层次有限元模型修正,结果表明该方式物理概念清晰,能充分利用静动力试验信息,减小优化规模.修正后的有限元模型的静力特性和动力特性与试验结果吻合良好,建立了该桥结构健康监测与安全评估的基准有限元模型。

梁拱组合体系桥梁的设计实例

根据成都市政公园蝴蝶拱桥的总体设计,论述了该桥的结构设计及有限元计算模型的建立方法,并分析了该桥的静力和动力特性。为蝴蝶拱在梁拱组合体系桥梁中的应用提供有益的参考。

V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应分析

研究目的:大跨度V形刚构拱组合桥利用V形连续刚构的主跨斜腿与钢管混凝土拱的拱座连接形成,具有拱和V形连续刚构共同受力的特点,其结构性能已不同于一般的梁拱组合体系桥。通过本研究,揭示V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应。研究结论:由于拱肋对V形连续刚构桥的加劲作用,V形刚构拱组合桥中跨在活载作用下的最大弯矩和最大挠度均减小约50%;组合结构桥由于混凝土收缩徐变引起的中跨后期下挠仅为V形连续刚构桥跨中下挠量的12%;V形刚构拱组合桥的竖向刚度是V形连续刚构桥的2.56倍以上,V形刚构拱组合桥的梁拱组合效应非常明显。

拉萨河特大桥动力测试与车桥耦合振动分析

为检验桥跨结构的动力性能,对主跨径108m,梁拱组合体系拉萨河特大桥进行动力试验。测试其自振频率和振型;激振试验中,测试桥跨结构在列车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置制动时桥跨结构的应变、位移、振幅以及加速度等动力响应,并将实测结果与车桥耦合振动计算结果进行对比分析。结果表明,该组合体系具有良好的竖向刚度、横向刚度;列车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,列车在桥上行车时具有良好的安全性与舒适度。该新型结构的设计理论和计算方法是合理性的,为今后设计该类组合体系铁路桥梁提供理论依据和技术参考。

大跨度连续刚构拱组合桥梁拱墩结合块模型试验研究

简单介绍了模型试验的相似和设计原则,对模型试验的加载工况、加载程序、测点布置等也进行了讨论。应用大型COSMOS/Works软件,结合已有的研究成果,在选定混凝土、钢筋和钢绞线单元的基础上,建立了边主墩和中主墩梁拱墩结合块三维有限元模型,得到数值分析结果,将数值计算结果与试验结果进行对比分析,得出了顶底板、腹板、拱脚和墩顶混凝土应力分布规律,深入研究了梁拱墩结合块的复杂受力行为。研究表明:顶底板混凝土正应力沿纵向均呈先减小再增大的趋势;腹板混凝土正应力沿竖向从上至下呈增大趋势,沿纵向正应力呈先减小、后增大和再减小的趋势;拱脚混凝土主压应力由后拱外侧往前拱内侧呈增大趋势;双薄壁墩和空心单柱墩墩顶混凝土各断面基本处于受压状态。梁拱墩结合块受力合理,大跨度连续刚构拱组合桥设计合理。

某中承式系杆拱桥静动载试验分析

以某主跨为86m的三跨连续钢筋混凝土中承式系杆拱桥为例,建立了该桥三维杆系的有限元计算分析模型,开展了实桥的静动载试验,详细介绍了静载试验加载方法以及关键截面测点布置方案;通过关键测点应变及变形实测结果与有限元计算结果的比较,并结合外观检查结果,给出了连续系杆拱桥承载能力的判断方法,供同类桥梁荷载试验及承载能力判断参考。

高速铁路大跨度钢箱提篮拱桥静动力性能试验研究

以南广铁路肇庆西江特大桥为工程背景,介绍高速铁路大跨度钢箱提篮拱桥的静动载试验和列车运行安全性试验方法。静载试验测试关键截面应力,挠度,梁端转角,支座位移及吊杆索力。动载试验对列车以不同速度过桥时关键截面的横、竖向动力响应进行量测,分析桥梁的动力特性。列车运行安全性试验对3个指标——轮对横向力、列车脱轨系数和轮重减载率进行计算,结合联调联试结果,对比分析货车和动车运行的稳定性。研究结果表明:该桥梁具有足够的强度和刚度,具有良好的静动力性能,同时验证了该桥梁设计的合理性和运营的安全性。

泉州百崎湖大桥静动载试验分析研究

以泉州百崎湖大桥(三跨下承式钢管混凝土哑铃型刚架系杆拱桥)为背景工程,开展成桥静动载试验,并建立有限元模型进行校核和分析。分析显示,该桥处于较好的弹性工作状态,强度、刚度、动力性能满足设计要求。

厦深铁路榕江特大桥连续钢桁梁柔性拱组合桥成桥静、动载试验及结构性能研究

厦深铁路榕江特大桥(110+2×220+110)m连续钢桁梁柔性拱桥系同类结构中最大跨度结构,介绍理论分析和成桥桥静、动载试验方法,进而以构件应力、结构变位和刚度、结构的自振频率、振型、阻尼比、动力系数、振幅动态参数为主要对象,对结构的性能进行评价,研究结果表明:该结构符合规范和使用要求。结合试验结果中横向基频高于理论值和大吨位支座在活载作用下水平变位基本为0的现象,对正交异性整体钢桥面的有限元模型模拟精度、活动支座模型模拟等进行了深层次探讨,提出理论模型建立中避免弱化桥面板刚度和应重视支座实际变位情况的具体建议,对同类结构具有参考价值。

钢管混凝土拱桥力学特性试验研究

武汉江汉三桥、江汉五桥和南宁永和桥均为钢管混凝土拱桥。通过3座实桥的计算分析与静、动载试验,对钢管混凝土拱桥的力学特性做了研究。结果表明:目前钢管混凝土拱桥所用设计理论和方法可靠,施工方法可行且质量优良。

小边跨梁拱组合体系桥梁静动力荷载试验与结构评定分析

为验证小边跨梁拱组合体系桥梁在正常运营状态下结构受力性能是否与设计目标吻合,基于现场荷载试验研究了该桥在中载及偏载作用下桥梁各构件内力、变形及应变,同时基于脉冲试验、行车试验、刹车试验研究该桥的自振频率、冲击系数,并最终同有限元计算结果进行对比。试验结果表明:该小边跨梁拱组合体系桥梁静载试验荷载效率系数在0. 86～1. 04,介于0. 85～1. 05之间,满足JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》规定;不同部位控制截面实测挠度均小于计算值;实测振型与有限元结果具有很好的相关性,且实测频率值均大于计算值,同时实测冲击系数平均值小于计算值,表明桥梁结构整体性能及技术情况良好。该小边跨梁拱组合体系桥梁在正常使用状态下主桥承载能力均满足城市-A级荷载等级要求。

大跨度连续梁桥动静载试验及结构评定

以泰州某大跨度连续梁桥的静动载试验为例,建立ANSYS和桥梁博士模型进行静动力有限元数值计算。将试验结果与模型计算值进行比较,试验结果表明,该桥结构刚度和承载能力满足设计要求。

大跨长联连续梁桥静动力试验研究

为研究大跨长联预应力混凝土连续梁桥的受力性能,对(48+10×80+48)m的托克托准噶尔黄河特大桥进行了静动力试验。结果表明,桥梁受力合理,该桥有较高的整体刚度、强度,各特性均符合规范要求,满足设计要求。

钢筋混凝土T梁桥损伤检测、加固与承载力评定

对一座长期运营的3跨钢筋混凝土T梁桥实施了损伤检测、加固与承载力评定。首先通过常规检测评估旧桥的总体状况,并发现上下部结构的病害。然后根据新的设计荷载要求对旧桥进行加固,主要针对全部T梁的裂缝实现封闭处理后,再采用碳纤维复合材料进行加固。随后基于静载试验实测了加固后桥梁关键部位的挠度和应变,同时结合环境振动试验得到桥梁基频,以此评价整体刚度情况。最后基于静动载试验结果和相关规范,评定该桥的承载力。结果表明,采用封闭裂缝后碳纤维布加固,可以有效提高旧桥承载力,同时结合静动载试验结果可以判断该桥加固后符合新的设计荷载要求。

考虑吊杆断裂动力作用的钢管混凝土拱桥等效静力计算方法

为简化吊杆断裂后拱桥剩余结构动力响应计算过程,提升中、下承式钢管混凝土(CFST)拱桥断索时的强健性,采用动力系数考虑断索过程的动力效应,建立一种考虑断索动力作用的中、下承式CFST拱桥等效静力方法;设计并制作跨径20m的下承式CFST拱桥大比例缩尺试验模型,研发一种电磁铁断索触发装置实现了吊杆瞬间断裂模拟,开展吊杆断裂后拱桥剩余结构的动力响应试验研究;采用ANSYS/LS-DYNA软件建立可考虑吊杆断裂过程的有限元模型,并进行试验与有限元结果的对比分析。构建11种不同跨径的中、下承式CFST标准拱桥,通过不同动力系数下标准拱桥断索时静力效应与动力效应的对比分析,确定各标准拱桥在不同吊杆断裂时的动力系数取值。研究结果表明:研发的电磁铁断索触发器可实现0.1s内断索,准确模拟实际吊杆断裂过程;吊杆断裂对纵梁位移与应力的影响远大于对拱肋的影响,长吊杆断裂对纵梁和拱肋的位移与应力的影响大,次短吊杆断裂对相邻吊杆索力的影响大。采用等效静力计算方法进行中承式CFST拱桥受力分析时,纵梁和吊杆的动力系数均可取1.8,进行下承式CFST拱桥受力分析时,纵梁和吊杆的动力系数可分别取1.8和1.7。

基于荷载试验的大跨钢拱桥承载能力评估

为了解大跨钢拱桥的力学特性,评价其实际承载能力,以厦门五石桥为工程背景,对该桥的动静态力学性能进行了有限元数值分析和动静载试验研究。试验与分析结果表明:静载作用下,该桥拱肋、主梁的应力和变形试验校验系数均在正常范围内,弹性工作性能良好,具有足够的强度和刚度;钢主梁剪力滞效应比较明显,顶底板纵向应力沿横断面近似呈V形分布;动载作用下,结构动态放大系数处于正常范围,结构动力性能良好。

双曲拱桥加固后荷载试验分析与承载力评定

该文以一座3孔30m的双曲拱桥(土山桥)为实例,根据该桥型的结构特性和加固特点,确定合理的荷载试验方案并进行测试。利用大型通用有限元结构分析程序ANSYS对该桥进行静力和动力计算,并与试验结果进行对比分析,从而对该双曲拱桥的加固效果和承载力进行综合评定。

RC刚架拱桥的板桁组合加固及动力特性

钢筋混凝土(RC)刚架拱桥常见的加固方法大多属于局部加强而非整体改造,因此对于改善结构受力性能的作用极其有限,难以满足我国现阶段公路交通荷载日益增大的需求。针对以上问题,文中首先提出了一种新型加固方法——板桁组合加固法,该加固方法在主梁两侧架设钢桁架,通过植筋、焊接、铺设钢筋网和浇筑混凝土等措施使钢桁架与主梁牢固连接,形成板桁组合结构,从而使结构受力从主梁受力体系转变成板桁组合受力体系,实现对结构受力的优化;然后,利用该方法对某刚架拱桥进行加固改造,通过有限元仿真模拟与桥梁动载试验,对该新型加固方法的有效性和实用性进行验证。结果表明:加固后结构自振频率有效提高;竖向刚度和承载力显著增大;结构一阶面内竖弯频率理论值较加固前提高80.5%,公路-I级荷载作用下加固后结构下挠值较加固前减小56.8%,混凝土构件应力水平较加固前减小10.9%~69.8%;该加固方法对结构的动力特性具有改善作用,加固后结构的竖向振动效应小于加固前且实测冲击系数远小于现行规范值,结构动力性能良好。