基于扩展有限元法的钢桥面横隔板弧形切口疲劳裂纹扩展特性研究

为了解正变异性钢桥面板横隔板弧形切口疲劳开裂的规律,以某跨径350 m的独塔单跨钢箱梁自锚式悬索桥为背景,基于扩展有限元法建立纵肋-横隔板弧形切口多尺度裂纹扩展数值模型,求解弧形切口在轮载作用下的应力强度因子,分析轮载-热残余应力耦合作用下的疲劳裂纹扩展形态和特性。结果表明:当顺桥向车轮作用于弧形切口正上方时,应力强度因子急剧增大,基于该响应曲线可以识别疲劳荷载模型的轴组,但无法识别轴组内的单轴。弧形切口切向热残余拉应力峰值达到341.1 MPa,使得轮载作用下的压应力幅转换为拉应力幅,裂纹扩展方向与实桥疲劳裂纹的扩展形态基本吻合。由于弧形切口处于复杂的三维变形状态,以面内变形为主,因而弧形切口为Ⅰ型断裂主导的Ⅰ-Ⅱ-Ⅲ型复合裂纹扩展模式,裂纹扩展速率与应力强度因子幅均随着裂纹扩展呈现出先增大后减小的趋势。

新型复合降黏剂在C60主塔混凝土中的应用研究

针对C60主塔混凝土黏度大、易开裂等问题,通过在C60主塔混凝土中掺入新型复合降黏剂,研究了新型复合降黏剂掺量(0、10%、15%、20%)对混凝土性能的影响,并分析了其作用机理。结果表明:新型复合降黏剂可降低混凝土的黏度,使其具有更好的流动性、匀质性,易于泵送,且掺量越高效果越显著;新型复合降黏剂对混凝土7 d抗压强度有一定影响,但对28 d抗压强度无不利影响;新型复合降黏剂可延缓混凝土的水化进程,且掺量增加,延迟效果也逐渐增加,混凝土绝热温升逐渐降低;新型复合降黏剂的掺入可降低混凝土的干燥收缩,且掺量越高,效果越明显。

大跨度桥梁超低频调谐液体质量阻尼器研发及应用

大跨度桥梁在运营过程中易发生较为明显的超低频振动问题,采用调谐质量阻尼器(TMD)进行控制时,由于箱梁内部空间有限,常规TMD在结构上无法满足要求。基于此,提出一种基于浮力和流固耦合作用的超低频调谐液体质量阻尼器(TLMD)。为研究TLMD对结构的阻尼减振效果,进行模型试验,分析安装TLMD前、后主结构加速度幅值和阻尼比;将该新型超低频TLMD在贵州龙里河大桥上进行实桥应用,测试主梁频率特性和阻尼比。模型试验及实桥应用结果表明:TLMD减振技术可实现0.283 Hz乃至更低频率的超低频阻尼减振;采取TLMD控制后,模型试验主结构的阻尼比从0.038%提高至2.2%,主结构的加速度幅值从减振前的0.41 m/s2降低至0.01 m/s2;贵州龙里河大桥超低频TLMD当采用0.31%的质量比时,主梁一阶竖弯模态实测阻尼比从0.20%提高至0.82%,阻尼比提高了3.1倍。超低频TLMD参数稳定、性能可靠,有效降低了阻尼器的安装高度,显著提升了结构阻尼比,增强了桥梁的抗风性能。

中热及低热水泥配制超高性能混凝土的研究

分别采用低热水泥、中热水泥、普硅水泥及大掺量矿物掺合料配制超高性能混凝土(UHPC),研究了UHPC力学性能、体积稳定性及热学性能的变化。结果表明:普硅水泥配制的UHPC力学性能最好,采用中热、低热水泥或增加矿物掺合料掺量均会使混凝土的抗压及劈裂抗拉强度降低;中热、低热水泥可以减小UHPC的自收缩,增大干燥收缩,但UHPC自收缩和干燥收缩的收缩总量减小,且低热水泥的降低效果优于中热水泥,相较于普硅水泥,低热水泥配制的UHPC总收缩量减小了33%;中热、低热水泥配制UHPC可以降低混凝土的水化速率,同时延缓到达最大水化速率的时间;单纯采用低热水泥降低UHPC绝热温升效果有限,混凝土中心温度与普硅水泥配制的UHPC相差不大。

基于模糊理论的桥梁监测设备评估方法研究

针对桥梁监测设备运行状态难以量化评估的问题,提出一种基于模糊理论的综合评估方法,构建监测设备运行状态自诊断服务系统。基于现行规范建立监测设备运行状态评估指标体系,采用正态分布隶属度函数,并引入Pearson相关系数和信息熵确定各评估指标权重;采用基于混合算子的模糊评估模型,实现监测设备运行状态量化评估;通过自诊断服务系统,实时监测设备运行状态并进行报警。将该方法应用于某悬索桥监测设备评估,工程应用结果表明:该方法与规范方法和概率分析法评估结果相同,但该方法基于模糊理论“自下而上”逐级综合加权分析,全面量化评估桥梁监测设备体系各等级运行状态隶属度,评估结果简单直观,所构建的自诊断服务系统有助于科学指导桥梁健康监测系统运维。

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。

UHPC-NC组合箱梁顶板界面抗剪性能试验研究

为了研究超高性能混凝土(UHPC)与普通混凝土(NC)组合箱梁的界面抗剪性能,该文设计了3类界面处理方式不同的试件,分别为不处理类、凿毛类、涂缓凝剂+水冲洗类,同时进行了UHPC与NC的组合推出试验,分析3类试件的破坏形态和抗剪性能.试验结果表明:UHPC与NC组合结构进行界面处理后,推出试件的破坏形态为普通混凝土侧的拔出破坏,与界面不处理的破坏形态相同,且各类试件的初始剪切刚度相近.但不同界面处理方式对试件的平均抗剪强度影响较大,进行界面处理后相较于不处理时的平均抗剪强度大幅提高,均为不处理时的4倍以上.

斜拉索剪切一体化内置阻尼器研发及应用

为提高大跨度斜拉桥斜拉索在风、风雨荷载作用下抗振能力,以高阻尼橡胶为阻尼元件,研发了一种以延长索导管为支撑结构,利用高阻尼橡胶剪切变形耗能的剪切一体化内置阻尼器。对剪切一体化内置阻尼器进行性能分析、参数优化,并依托洪奇门特大桥进行阻尼器减振效果实桥试验。结果表明:剪切一体化内置阻尼器高阻尼橡胶在剪切变形时具有较高且稳定的损耗因子,剪切变形的耗能能力是压缩耗能的3倍以上;除受垂度影响较大的1阶模态外,剪切一体化内置阻尼器在最优剪切面积下对各阶振动模态阻尼减振效果基本一致;剪切一体化内置阻尼器支撑结构的刚度保证率均大于80%,可有效发挥阻尼器的设计减振效果;剪切一体化内置阻尼器附加对数衰减率均大于3%,实测振动加速度的减振率达99.6%,可满足大跨度斜拉桥斜拉索减振的阻尼需求。剪切一体化内置阻尼器具有与斜拉索呈一体化构造,减振能力各向同性,景观效果影响小,减振效果优良等特点。

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。

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。

智能梁底巡检机器人底盘抗风稳定性研究

针对智能梁底巡检机器人在风载环境下的稳定性问题,进行了一系列的研究。首先,根据《起重机设计规范》(GB/T 3018—2008)数值计算巡检机器人在静止状态下的抗风等级,结果表明在13级风力等级的情况下该巡检机器人会受风载影响发生位移。利用Ansys软件瞬态分析模拟在13级风载下巡检机器人各零部件所受等效应力,结果发现在13级风力等级下巡检机器人部件材料所受最大等效应力远远超过材料的最大屈服极限,即表明内部材料发生破坏甚至断裂情况。为进一步探究巡检机器人整体在无内部损伤情况下的抗风等级,利用Ansys软件模拟机器人固定状态进行静力学分析,结果表明巡检机器人在无内部损伤情况下最大承受813 Pa压力,即10级风力。若智能梁底巡检机器人的使用环境需满足更高等级的风力级别要求,则需要加固主旋转轴与主体的连接处,或更换最大屈服应力更高的材料。

基于BIM的移动模架智能监测系统研究及应用

针对环境因素、结构因素等致使移动模架在施工中发生安全事故的问题,结合结构有限元分析,研发集设备运行监测、环境监测、结构监测,以及BIM数字孪生于一体的移动模架智能监测预警系统,依托常泰长江大桥移动模架施工项目,对施工过程进行实时监测。结果表明,移动模架支腿主梁应力过大、主梁变形过大,以及开合不同步等问题易使结构处于不安全状态,结合设备运行监测、结构监测、环境监测的的移动模架智能监测系统能够有效地避免以上问题,在紧急状况下能实时预警和紧急制动,保证结构施工全过程安全。

石灰石粉掺量对混凝土性能的影响及作用机理研究

研究了石灰石粉掺量的变化对混凝土工作性能、力学性能、抗氯离子渗透性能及干燥收缩性能的影响,并分析了石灰石粉在混凝土中的作用机理。经相关试验检测,结果表明:石灰石粉在适宜掺量范围内能使混凝土的工作性能得到改善;混凝土中掺入10%以内的石灰石粉,强度和抗氯离子渗透性能并未降低,超过此掺量,混凝土强度和抗氯离子渗透性能变差;石灰石粉会导致混凝土干缩率变大,且石灰石掺量与混凝土干缩率呈正比例关系。在混凝土中,石灰石粉的掺量不宜超过10%。

基于杠杆质量阻尼器的斜拉索振动控制研究

为研究杠杆质量阻尼器参数变化对斜拉索减振性能的影响,以某主跨816 m的斜拉桥为背景,采用杠杆质量阻尼器对斜拉索进行振动控制,分析阻尼器插板面积及阻尼器附加惯性质量对斜拉索对数衰减率的影响规律,与粘性剪切型阻尼器的振动控制效果进行比较,并通过实桥测试验证杠杆质量阻尼器对斜拉索的减振效果。结果表明:杠杆质量阻尼器相较于传统的粘性剪切型阻尼器,可以通过杠杆放大作用以较小的插板面积实现相同的减振效果;增加阻尼器附加惯性质量可以提升杠杆质量阻尼器的减振效果,且较小的阻尼器附加惯性质量即可对斜拉索高阶模态对数衰减率有明显的提升效果;实桥安装杠杆质量阻尼器后,斜拉索总体振动加速度幅值减振率达94.4%,对数衰减率显著提升,满足斜拉索减振需求。

多元复合超早强水泥基材料的性能研究

研究了不同掺量石灰石粉和普通硅酸盐水泥对硫铝酸盐水泥凝结时间和力学性能的影响,采用水化热测试对水化进程进行了分析,同时,采用DTG对水化产物进行了综合热分析。结果表明:石灰石粉的掺入,缩短了终凝时间,降低了抗压强度;普通硅酸盐水泥的掺入,提高了硫铝酸盐水泥的水化速率,促进了C-S-H凝胶和AFt的生成;随着普通硅酸盐水泥掺量的增加,胶砂的早期强度逐渐降低,后期强度逐渐提高,当普通硅酸盐水泥掺量为40%时,5 h抗压强度最高,为35.9 MPa,当普通硅酸盐水泥掺量为80%时,28 d抗压强度最高,为94.5 MPa。

掺石灰石粉的清水混凝土性能与工艺研究

研究了不同粒径、掺量的石灰石粉对水泥胶砂工作性和力学性能的影响以及石灰石粉掺量对清水混凝土力学性能和耐久性能的影响,对比优选了清水混凝土施工脱模剂和模板。结果表明:水泥胶砂早期强度受石灰石粉细度和掺量的影响较大,在相同掺量时,粒径小的石灰石粉制备的胶砂流动性小、抗压、抗折强度大;清水混凝土的抗压强度随着石灰石粉掺量的增加而增大,电通量和氯离子扩散系数则随着石灰石粉掺量的增加而减小;当石灰石粉掺量为15%时,清水混凝土的力学性能和耐久性能最优;水性脱模剂的脱模效果优于油性脱模剂和模板漆,不锈钢模板的脱模效果优于普通钢模板。

新型锁定黏滞阻尼器设计研究

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔部分地锚式混合梁斜拉桥,主跨跨中设“无轴力连接装置+大位移伸缩缝”构造。针对主跨跨中处伸缩缝阻尼约束需求,设计一种多级阀并联结构的新型锁定黏滞阻尼装置。建立大桥空间有限元模型进行设计参数优化,开展锁定性能及减振耗能测试,并进行地震作用下伸缩缝运动控制效果仿真分析。结果表明:锁定刚度为150 kN/mm时对伸缩缝有较优的减振效果,且具备较好的可实现性,是理想的设计锁定刚度;锁定性能测试中加载速度大于等于0.5 mm/s时,实现锁定,且锁定位移、锁定刚度均满足设计要求;减振耗能测试中各工况实测阻尼力与理论阻尼力的最大偏差为-6.2%,在规范允许最大偏差±15%以内,表明结构设计与原理的正确性,同时具备较好的速度锁定及黏滞阻尼耗能功能;纵、横向地震作用下,锁定黏滞阻尼器对伸缩缝的运动位移、运动速度均有明显的控制效果。

聚氨酯材料在桥面铺装层的应用及其耐久性研究进展

介绍了聚氨酯材料在桥面铺装领域的研究及应用,归纳了现有规范标准中桥面铺装用聚氨酯材料的性能指标;重点调研了热氧老化、紫外老化等老化处理后聚氨酯材料的性能变化规律,并总结了聚氨酯材料服役寿命预测方法及思路,为耐久型、高性能钢桥面铺装用聚氨酯的应用提供参考。

基于无人机的桥梁外露面裂缝识别系统研究

在桥梁检测中,采用新型无人机巡检代替传统的人工检测,可提高巡检效率和检测结果的准确性。对无人机巡检系统中桥梁结构巡检航线规划、病害数据采集方法进行详细介绍,该系统基于YOLO框架的优化模型对桥梁结构表面裂缝进行智能识别,通过深度学习算法进行裂缝合并和分割,然后建立所有平面照片与立体模型间的投影与反投影关系,实现了裂缝的自动定位和像素到真实尺寸的转化。通过倾斜摄影测量方法建立无人机巡检部位三维实景模型,将三维实景模型与BIM模型融合。以三维实景模型为数据底座,实现病害构件化、标准化管理。通过三维场景化管理快速查找并定位病害,对病害发展进行追溯和趋势分析。以寿春淮河特大桥为检测对象,将无人机检测数据与人工检测数据进行对比,得到无人机检测误差小、准确率高,验证了该系统的可行性,可在桥梁检测领域进行应用推广。

融合多源数据的桥梁技术状况指标评定方法

为可靠地评定桥梁技术状况,针对桥梁技术状况评定过程的模糊性和不确定性特点,提出一种融合多源数据的桥梁技术状况指标评定方法。该方法首先通过云模型分别将桥梁技术状况指标的检测值和监测值转化为指标各等级的隶属度,并用隶属度构造改进Dempster-Shafer证据理论的基本信任分配函数,再结合证据冲突/一致度和信息熵确定综合权重系数,对基本信任分配函数进行修正,然后采用Dempster合成规则融合得到综合基本信任分配函数,最后依据最大隶属度原则得到指标的标度,实现桥梁技术状况的可靠评定。采用该方法和《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21—2011,现行评定方法)分别评定某座斜拉桥的索力指标,结果表明,与现行评定方法相比,该方法的评定结果对应的养护对策与实际养护对策更相符,该方法有效、可行。