损伤状态下预应力混凝土简支梁的模态挠度和模态刚度试验研究

为快速检测评估不同损伤状态现役混凝土桥梁的承载能力,以某实际高速公路改扩建工程中拆除的16 m跨径预应力混凝土单片简支空心板梁为研究对象,将模态测试技术和静力加卸载试验相结合,探讨实测模态挠度和模态刚度在实际工程中评估现役桥梁承载力的适用性和准确性。设计简支试验梁14个不同损伤程度的静载试验加卸载工况和环境激励模态测试工况,实测简支试验梁的静载挠度和各损伤程度梁体的试验模态参数,预测简支梁在逐级静力荷载下的模态挠度,对比分析不同损伤工况试验梁的荷载-位移曲线切线刚度和模态刚度。结果表明,开裂前试验梁的实测加卸载静挠度与荷载大致成线性关系,开裂后随着梁体损伤程度加重,荷载-位移曲线的线弹性阶段逐渐缩小,非线性阶段逐渐增大,表现出明显的刚度退化趋势。当试验梁处于开裂前较轻损伤状态和开裂后初始加载阶段的较大损伤状态时,实测前两阶振型预测的模态挠度与静载挠度的相对误差基本上不超过10%,模态刚度与静载试验荷载-位移曲线初始刚度的相对误差基本在10%以内,损伤程度低于较大损伤的试验梁模态刚度近似等于梁体的初始切线刚度。开裂前较轻损伤简支梁的模态刚度与设计弯矩切线刚度的相对误差均在10%以内,说明结构实测模态刚度能够比较准确地评价曾经承受4倍设计荷载而较大受损预应力混凝土简支梁的初始刚度状态,也能够准确评价曾经承受2倍设计荷载而较轻损伤未开裂简支梁桥的设计结构刚度。这对实测模态挠度和模态刚度的工程实际应用具有重要的参考指导意义,而且扩展了模态测试在桥梁健康状况技术评价中的应用范围。

曲杆单元铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析

基于曲杆单元应力-弦长关系和矩阵微分理论,推导出曲杆单元在弹性与弹塑性状态下的切线刚度矩阵精确公式。研究构件取理想弹塑性材料,结构支座取固定铰支座和可动铰支座2种约束情况,考虑构件具有初弯曲,采用曲杆单元切线刚度矩阵和广义位移控制法,取结构自重为参考荷载,对节点铰接的K8大跨单层网壳结构进行弹塑性后屈曲分析。结果表明:曲杆单元切线刚度矩阵公式精确性很高,可有效用于大型铰接单层网壳弹塑性后屈曲分析。

中小跨径悬索桥主缆线形简化计算方法研究

悬索桥主缆线形的计算在悬索桥设计与施工控制中具有十分重要的意义,针对精确的计算理论在有限元迭代计算中难以收敛和耗费大量计算时间的缺点,考虑到中小跨径悬索桥的小垂度主缆的特点,给出不同重力刚度下索单元与梁单元相互转化的理论依据,从理论上保证了在主缆线形计算中采用梁单元模拟主缆的可行性;介绍了梁单元几何非线性计算的基本原理与基本方法,并通过固镇县浍河二桥主缆线形计算验证了方法的可靠性。实际计算结果表明,对于中小跨径悬索桥主缆线形所采用的这种简化计算方法,具有计算速度快、算法稳定、易于收敛的优点。