G3铜陵长江大桥交叉索防碰减振措施研究

G3铜陵长江公铁大桥主桥为主跨988 m的斜拉-悬索协作体系桥,每个索面布置了6对交叉索,交叉索间距较小,最小间距仅0.152 m,斜拉索在风荷载作用下,极可能会在交叉索区域发生碰撞。本文建立了G3铜陵长江公铁大桥主桥的有限元分析模型,计算了列车荷载、温度变化等日常荷载作用下交叉索处相对位移情况,研究了百年风荷载激励下交叉索碰撞情况,发现发生碰撞的交叉点均集中于最外侧的斜拉索上,为此研发了一种防撞装置,计算表明在18#交叉索处设置该措施可有效避免交叉索发生碰撞。

马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥桥塔混凝土抗裂技术研究

马鞍山公铁两用长江大桥主航道桥为千米级三塔钢桁梁斜拉桥,边塔高308 m、中塔高345 m,桥塔采用钢-混组合结构,中、下塔柱采用C60混凝土结构,塔柱横截面壁厚1.4~3.0 m。为提高该桥桥塔混凝土抗裂性能,在优选原材料的基础上,提出添加降黏剂的混凝土配合比进行优化比选;优选分别掺加16%减缩型和12%抗裂型降黏剂的混凝土配合比进行1.4 m(未设冷却水)和3.0 m(设置冷却水)壁厚塔柱的足尺模型试验。结果表明:降黏剂的掺入可显著降低混凝土的塑性粘度和开裂温度,提升混凝土的应力储备,延缓混凝土到达温峰的时间,提高混凝土的抗裂性能;足尺模型混凝土表面外观质量均良好、均未出现有害裂纹。由于掺加16%减缩型降黏剂配合比混凝土的性价比更优,因此该桥Z3号、Z4号桥塔最终采用该配合比方案,提高了混凝土外观质量及抗裂性能,拆模后的塔柱混凝土表面平整光滑、色泽一致,无有害裂纹。

Fe-SMA主动加固钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹实桥应用研究

为确定铁基形状记忆合金(Fe-SMA)主动加固正交异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳裂纹的可行性,以某在役钢箱梁斜拉桥为背景进行实桥加固研究。根据现场横隔板弧形切口的开裂特征,在对裂纹钻孔止裂的基础上,提出利用Fe-SMA材料对横隔板弧形切口裂纹进行粘贴加固的方案,并进行加固施工。通过现场测试得到Fe-SMA板条热激活过程的应变和温度变化,分析Fe-SMA板条和钢板之间的相互作用及加固机理。结果表明:粘贴Fe-SMA板利用Fe-SMA热驱动形状记忆效应可有效便捷地为结构施加预压应力,实现对受损部位的主动加固;经过Fe-SMA联合止裂孔修复后,热驱动作用下的Fe-SMA可以产生200~240 MPa的预拉应力,并在钢板止裂孔边缘施加43~90 MPa的压应力,可有效阻止裂纹进一步扩展;加固体系在加热激活过程完好可靠,当控制一侧加热区域中部温度为200℃时,热传导作用下非加热区域中部的温度为60℃以下,而背面总体温度基本在90℃以下。

组合梁栓钉对高性能混凝土约束收缩效应研究

为探究高性能混凝土在栓钉约束作用下的收缩特征及开裂行为,制作了钢-混凝土组合构件,通过试验研究了不同栓钉因素对高性能混凝土约束收缩应变、约束度及开裂风险的影响规律,运用正交试验方法研究了栓钉直径、间距、高度对高性能混凝土约束收缩的影响,得到了主要敏感因素。结果表明:高性能混凝土较普通混凝土的约束收缩应变发展趋势更为平滑;各栓钉因素对约束收缩的敏感性影响的主次顺序依次为直径、间距、高度;混凝土收缩在组合梁高度方向上呈现出一定的收缩梯度,混凝土约束收缩应变随高度增加而增大,但栓钉高度在30 mm处、间距在75 mm处、直径在150 mm处对高性能混凝土约束收缩几乎没有影响;栓钉对混凝土的约束作用可定义为3个阶段,即约束增强阶段、约束下降阶段和约束稳定阶段;组合梁构件最大开裂风险发生在栓钉的根部,当栓钉间距由150 mm减少到75 mm,直径由13 mm增加到22 mm时,最大开裂风险分别增加了20.03%和36.05%,栓钉高度的改变对最大开裂风险没有影响;采用高性能混凝土以及直径小、高度高的栓钉布置方式可以有效减小混凝土的收缩及开裂风险。

温度作用下钢-UHPC轻型组合桥面疲劳性能研究

文中以宜昌长江大桥钢桥面加固改造工程为背景,通过有限元计算,分析不同温度作用下组合桥面疲劳易损细节的应力变化规律.结果表明:相比传统沥青钢桥面,钢-UHPC轻型组合桥面能够在不增加桥梁恒载情况下,降低疲劳细节应力幅值,改善钢桥面抗疲劳性能;不同温度作用下,相比传统沥青钢桥面,钢-UHPC轻型组合桥面各疲劳易损细节应力的降幅达15%~46%.

甘溪特大桥空腹三角区施工阶段受力分析

甘溪特大桥是主跨300 m的空腹式连续刚构桥,空腹三角区上弦箱梁采用可伸缩部分立柱后支配合挂篮悬浇,下弦箱梁采用全斜拉扣挂法配合挂篮悬浇。为分析采用该施工方法在三角区临时结构体系中的受力特性,总结三角区临时结构体系施工过程中受力变化规律,验证施工方法的有效性,并提出临时扣索和支撑立柱的最佳解除时机,采用有限元结构分析软件模拟全桥施工过程。结果表明:采用该工法施工,结构受力满足规范要求。三角区施工过程中,已施工的上、下弦箱梁以受压为主,受下一节段混凝土浇筑、立柱支顶、扣索张拉等工序影响,其间会出现短暂轻微受拉状态。三角区合龙完成时,箱梁截面以受压为主,局部存在轻微受拉。全桥合龙后三角区箱梁为全受压状态,较三角区合龙状态压应力增加明显。临时扣索、立柱拆除后,上、下弦箱梁出现了明显的应力重分布,但仍为全受压状态。临时扣索索力峰值均出现在三角区合龙完成前,三角区合龙后总体呈下降趋势,临近拆除前有所回升。后方临时立柱在施工过程中支撑力总体呈下降趋势,前方立柱呈上升趋势,临近拆除前立柱支撑力增幅均较大。经比选,推荐全桥合龙后先拆立柱、再拆扣索。

西堠门公铁两用大桥∅6.3 m钻孔桩水化热控制研究

西堠门公铁两用大桥主桥为主跨1488 m斜拉-悬索协作体系桥,5号墩桩基为∅6.3 m超大直径钻孔桩,设计桩长90 m,考虑采用基桩内部预留空心孔进行冷却水循环降温。为选择合理的超大直径钻孔桩空心孔结构,提出基桩内部预留∅1.5 m和∅1.0 m单个空心孔、3个∅0.5 m空心孔及5个∅0.3 m空心孔4种基桩结构,计算各基桩空心孔结构的水化热,并与实心桩结果进行对比。结果表明:基桩中心预留∅1.0 m空心孔进行通水散热,结构温度场分布较为均匀且散热周期更长,有利于减小基桩的温度应力,确定基桩采用中心预留∅1.0 m空心孔结构。为验证基桩内部空心孔结构对基桩水化热的实际影响,进行陆地试桩,结果表明:试桩实测平均入模温度18.2℃,温度峰值71.2℃,升温时长约73 h,最大里表温差32.9℃;需采取优化混凝土配合比、降低混凝土入模温度、降低冷却水温度等温控措施进一步降低相关温度指标。

大跨度斜拉桥超长拉索多模态振动阻尼协同控制技术研究

沪苏通长江大桥是目前世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥,其超长超重斜拉索振动模态复杂,振动控制难度大。通过理论分析结合现场实测,得出了适用于大跨度斜拉桥超长斜拉索多模态振动控制方法及技术。研究表明:实测分析超长斜拉索施工期的振动具有多模态特征,既有中低阶振动(5~15阶),也有高阶振动(46~50阶);提出的外置式杠杆质量阻尼器ELMD和摆锤式MTMD阻尼器协同控制分析方法,理论分析结果满足斜拉索多模态控制要求,有效振动控制范围提升至60阶;研发的新型ELMD阻尼器通过杠杆放大和齿轮放大作用,为斜拉索提供附加阻尼和附加惯质作用,中低阶实测阻尼对数衰减率δ≥3%;研发的摆锤式MTMD阻尼器,采用摆锤式结构,利用质量调谐作用实现斜拉索高阶减振,现场无肉眼可见振动;通过长期健康监测系统显示,台风“烟花”过境期间监测到的最大振动加速度为0.012g,大桥正常运营期间,斜拉索的振动加速度基本被控制在0.01g以下。

温州七都大桥北汊桥主桥主梁精确匹配研究

温州七都大桥北汊桥主桥为主跨360 m双塔中央索面钢-混组合梁斜拉桥,主梁为钢-混组合梁,主梁宽37.62 m。该桥主梁采用浮吊及桥面吊机进行双悬臂架设,由于主梁宽度较大、横断面刚度较小,在桥面吊机吊装梁段过程中,已安装梁段及吊装梁段均产生较大的竖向变形,且在二者匹配过程中产生错台,无法精确匹配。为解决该桥主梁施工中由于桥面吊机吊装梁段产生较大局部变形的问题,实现梁段精确匹配安装,采用有限元软件Abaqus建立节段模型,分析桥面吊机横向间距对已安装与吊装梁段变形、吊装梁段横向抗倾覆稳定性与相对错台量的影响,并进行钢箱梁焊接顺序优化分析。结果表明:在主梁及桥面吊机确定的情况下,桥面吊机横向间距越大,已安装梁段的外缘变形量、吊装梁段主梁中心线处的变形量、吊装梁段的抗倾覆力矩、吊装梁段与已安装梁段的错台量均越大,综合考虑选择桥面吊机横向间距为13.3 m;采用先焊接边腹板、再对桥面吊机进行部分松钩的方法后,理论相对错台量均小于1 mm,满足精确匹配要求。最终梁段最大实测相对错台量仅为0.3 mm,实现了梁段的精确匹配。

黄茅海跨海通道高栏港大桥钢箱梁施工关键技术

黄茅海跨海通道高栏港大桥为(110+248+700+248+110)m全飘浮体系双塔双索面斜拉桥,主梁为分体式钢箱梁,标准梁段重约370 t、最大悬臂拼装梁段重约468 t,采用桥面吊机进行悬臂拼装,施工阶段抗风问题突出。通过设置塔梁三向临时锚固抵抗施工过程中的不平衡力及力矩,有限元计算结果表明塔梁三向临时锚固均满足受力需求;在边跨侧设置抗风临时墩,并依据受力分析结果确定抗风临时墩的钢管桩选用∅1200 mm×12 mm,平联、斜撑选用∅426 mm×6 mm,施工阶段安全渡台;通过设置横断面预拱度保证了钢箱梁成桥横坡;采用反力牛腿法在被吊装梁段和已安装梁段匹配侧施加成对反力有效减小匹配高差,保证了钢箱梁的顺利匹配安装;边、辅墩墩顶前一梁段的斜拉索二次张拉后再进行合龙,避免了施工期间边、辅墩支座出现负反力;中跨采用单边起吊加配重和自然温差配切的合龙方式。

UHPC加固RC梁受力性能试验研究

为研究超高性能混凝土(UHPC)在RC梁加固中的适用性,通过双面剪切试验对UHPC-普通混凝土界面粘结性能进行分析。分别对RC梁受压、受拉区进行UHPC薄层加固,对未加固RC梁和受压、受拉区加固RC梁进行四点弯曲试验,对比正截面抗弯性能。结果表明:界面处理后,界面粘结性能大于普通混凝土抗剪强度。确定人工凿毛5 mm的界面处理方式。RC梁采用UHPC加固后,抗弯承载能力显著提高,受压区加固RC梁后受拉钢筋屈服荷载、试验峰值荷载分别提高了54.3%、52.2%,受拉区加固RC梁后受拉钢筋屈服荷载、试验峰值荷载分别提高了85.7%、96.9%;受拉钢筋屈服时受压、受拉区加固RC梁裂缝宽度较未加固RC梁分别减小了49.4%、72.3%;相同裂缝宽度0.2 mm下,受压、受拉区加固RC梁承载能力较未加固RC梁分别提高了1.4倍、6.5倍。提出UHPC加固RC梁极限抗弯承载力计算公式,该公式计算值与试验实测值吻合良好,且偏安全,可以指导UHPC加固RC梁设计。

常泰长江大桥6号墩沉井下沉施工监控技术

常泰长江大桥主航道桥为主跨1208 m的公铁两用斜拉桥,大桥6号墩采用平面圆端形、立面台阶型的超大钢壳混凝土沉井基础,沉井基础底平面尺寸为95.0 m×57.8 m,总高72.0 m,下沉穿过黏土、砂交互地层。为有效控制6号墩沉井下沉施工风险,提高下沉效率,提出“一条主线、三个限定”的总体控制原则。在沉井下沉可行性控制方面,将沉井底面支承反力监测点布置在内、外井壁和隔墙的刃脚踏面上,兼顾了沉井下沉阻力计算、地基土失稳破坏风险预警和取土效果评价的功能;提出基于CPT评估砂土层沉井外井壁刃脚踏面反力的经验算法,解决了施工前难以评估沉井下沉端阻力的问题;提出采用分项计算下沉阻力、分状态评估沉井下沉可行性的方法,解决了下沉系数的力学意义不明确、难以准确评估下沉可行性的问题。在地基土稳定性控制方面,提出基于圆弧滑动理论评估地基土稳定性的方法,确定保证地基土稳定需控制外井壁刃脚踏面反力不小于1.0 MPa。在沉井姿态控制方面,提出将下沉侧阻力占下沉总阻力的比重系数作为沉井突沉风险判定指标,根据该指标判断该沉井突沉风险较低。基于上述监控技术,6号墩沉井实现了平稳、高效下沉。

HRB400钢筋与UHPC锚固可靠度分析及锚固设计研究

为给桥梁工程中HRB400钢筋与超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)锚固设计提供依据,对两者间的粘结性能及锚固长度进行研究。根据中心拔出试验中54个不同参数HRB400钢筋与UHPC锚固试件的粘结强度结果,回归得到粘结强度计算公式;在此基础上利用中心点法进行锚固可靠度分析与基本锚固长度计算,并与国内外规范基本锚固长度计算结果进行对比。结果表明:《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2010)和CEB-FIB Model Code 2010计算的基本锚固长度接近,与中心点法相比偏大、偏安全;基于锚固长度计算结果,给出不同保护层厚度下基本锚固长度和钢筋断裂最小锚固长度建议值;提出UHPC相对保护层厚度为0.5时,可采用《混凝土结构设计规范》计算HRB400钢筋与UHPC基本锚固长度和钢筋断裂最小锚固长度;UHPC相对保护层厚度为1.0、1.5、2.0时,可通过修正《混凝土结构设计规范》计算结果取值,基本锚固长度修正系数分别可取0.8、0.65、0.55,钢筋断裂最小锚固长度修正系数分别可取0.85、0.7、0.6。

滨海高热环境下160 MPa级UHPC的制备与应用研究

基于广东省滨海湾大桥制备了滨海高热环境下应用的160 MPa级超高性能混凝土(UHPC),对其轴心抗拉性能与微观结构开展研究,并进行钢桥面铺装应用。结果表明:CM_(2)型掺合料可明显增大UHPC的流动度、减小水胶比,出机扩展度达到自密实状态,32℃条件下UHPC拌合物2 h扩展度基本无损失;90℃蒸汽养护后UHPC抗压强度达180 MPa,轴拉性能弹性段抗拉强度为9.6MPa,极限抗拉强度11.4 MPa,极限拉伸应变为0.35%,极限、弹性段抗拉强度比为1.9,具有明显的应变硬化特征。采用改进的生产线与专业化的施工设备可实现160 MPa级UHPC规模化制备与施工应用。

主塔C60大体积混凝土配合比设计及性能研究

研究了粉煤灰单掺、粉煤灰与矿渣粉或降黏剂复掺对主塔C60大体积混凝土工作性、力学性能、绝热温升和收缩性能的影响。结果表明:掺入适量降黏剂提高了混凝土的流动性,而掺入矿渣粉降低了混凝土的流动性,但仍满足施工要求;与单掺粉煤灰的试验组相比,复掺适量降黏剂提高了混凝土的抗压强度和弹性模量,降低了绝热温升和自收缩,对劈裂抗拉强度和干燥收缩的影响较小,而复掺适量矿渣粉后,混凝土的7 d抗压强度略有降低,28 d、60 d抗压强度增大,弹性模量增大,绝热温升和干燥收缩降低,28 d劈裂抗拉强度和自收缩变化不大。

高强度螺栓轴力纵横波超声测量技术研究

针对钢结构桥梁中高强度螺栓轴力检测的难题,进行了纵横波测量方法的研究,通过对声弹性效应的分析,探讨了高强度螺栓轴力与修正横纵波声时比之间的理论关系。在这一基础上,设计并研制了一套超声检测系统,并利用Labview开发了相应的测试程序。该系统采用了中心频率为5MHz的窄脉冲压电超声纵横波探头。在实验室里,开展了高强度螺栓轴力与超声声时关系的测试研究,并对群栓无应力横纵波声时比进行了测量分析工作。实验结果表明,高强度螺栓轴力与修正声时比之间存在着线性关系,对于同一批次的10.9级35VB-M30高强度螺栓,轴力测量的偏差控制在了5%以内。

融合地磁定位与应变面积横向传递匹配的多车道桥梁BWIM方法研究

为改善多车道桥梁大交通流量下车辆信号分离与横向定位困难导致桥梁动态称重(BWIM)系统精度不足的问题,提出一种融合地磁定位与应变面积横向传递匹配的BWIM方法。该方法利用地磁矩阵矢量特性,构建一维卷积神经网络(1D-CNN)模型识别多车通行工况车辆数量和横向位置,采用应变面积横向传递匹配的荷载识别算法结合实测应变响应与车辆加载信息识别车辆重量。以武汉市某多车道空心板梁桥为背景,进行车辆横向位置定位试验,开展标定试验获取动应变响应计算桥梁结构实际影响面,开展单车通行和多车通行2种典型工况试验,基于互相关算法反演车辆通行速度,进而识别车辆重量,并进行精度分析。结果表明:所提方法能精准识别车辆数量与横向位置,车辆通行横向位置识别准确率保持在96%左右,车速识别误差小于5%;单车通行工况车辆重量识别误差小于2%,多车通行工况车辆重量识别误差小于5%;本文所提方法在保证车辆重量识别精度的前提下能大幅降低计算复杂度与动态响应的干扰,在多车通行场景下依然具有实用性。

佛山富龙西江特大桥主桥桥塔中塔柱施工控制关键技术

佛山富龙西江特大桥主桥为主跨580 m的双塔双索面混合梁斜拉桥,“白鹭”造型桥塔高194.3 m,塔柱采用液压爬模法分节段施工,中塔柱直线段内倾12.5°,布置5道主动横撑(G1~G5)。建立主桥施工全过程杆系有限元模型和中塔柱塔肢结合部位实体模型,通过计算确定主动横撑安装位置、顶推力、横撑拆除顺序及中塔柱节段横向预偏量;确保横撑顶推前后塔柱根部最大拉应力不超过1 MPa;制定先从上往下拆除G3、G2、G1横撑、再从下往上拆除G4、G5横撑的拆除顺序;加大G4、G5横撑钢管规格,并在G2横撑下方增设竖向支撑;中塔柱节段向外侧设置横向预偏,抵消自重及施工荷载作用下塔柱内倾的影响。在每道横撑顶推施工期间对横撑钢管表面应力、对顶口相对位移、塔肢顶部偏位和根部截面应力进行精细化监测,确保横撑顶推力有效施加到塔柱上。施工中桥塔线形和内力状态控制良好,符合设计要求。

穿越破碎带夹层的嵌岩桩承载性能模型试验研究

为研究穿越破碎带夹层的嵌岩桩承载和变形性能,以武穴长江公路大桥为背景,将实际地层按1∶100缩尺比制作地层模型,设计、制作力学性质与真实桩近似的模型单桩(模型桩长534、585、635、685、785 mm,沉渣厚度0、0.5、2 mm),考虑沉渣厚度、穿越破碎带夹层后是否嵌岩、桩长等影响因素,分析各级荷载作用下模型单桩的桩顶沉降、轴力和侧摩阻力分布规律。试验结果表明:模型单桩桩顶沉降量对沉渣厚度敏感,在相同荷载下,有沉渣模型单桩的沉降量明显大于无沉渣模型单桩;沉渣厚度为0.5 mm时,模型单桩的荷载~沉降曲线前段呈缓变特征,沉渣厚度为2 mm时,模型单桩的荷载~沉降曲线呈“台阶型”特征。沉渣厚度0.5 mm条件下,荷载较小时,各模型单桩的荷载~沉降曲线基本一致,但穿越破碎带夹层的非嵌岩桩的承载性能明显弱于嵌岩桩;穿越破碎带夹层的嵌岩桩越长极限承载力越大,但增长幅度呈减缓趋势;基于桩顶沉降控制法确定该组模型单桩的有效桩长为635 mm。

高强度风电灌浆料的配制及其性能研究

分别设计了抗压强度达120、130、140 MPa级的高强度风电灌浆料配比A、B、C,并对其性能进行了研究。结果表明,配比A、B、C流动度、抗压强度、竖向膨胀率等关键指标均能满足设计要求。为保证灌浆料良好的施工性能和微膨胀性能,粉体减水剂掺量不宜低于0.5%,同时塑性膨胀剂掺量不宜低于0.024%。对配比B不同温度下工作性能和力学性能的研究显示,随着环境温度的升高,风电灌浆料初始流动度降低,流动度经时损失变大。风电灌浆料在10℃环境中养护,对各龄期抗压强度均有影响,在30、40、50℃环境中养护,各龄期抗压强度均有一定幅度提高,低温或高温对1 d龄期影响最大。为保证灌浆料的施工性能,适宜施工环境温度为10~40℃,否则需采取降温或保温措施。