基于CATIA的BIM技术在桥梁设计中的应用

基于BIM技术在桥梁设计中应用,其首要问题就是选取一款能够满足桥梁骨架线平滑程度和局部构件精度的三维建模软件.因为CATIA软件自身拥有强大的曲线、曲面和空间结构设计能力,所以被越来越多的人用于桥梁设计阶段的三维建模.依据相应桥梁工程项目中特定要求选取法国达索公司的CATIA软件作为BIM技术的操作平台,以蝴蝶型拱桥的基本组成部分:基础、拱肋、桥面系、拉索以及支座构建桥梁三维模型的骨架,结合桥梁局部参数化的构件进行三维模型的建立.同时,根据三维模型的数字化、信息化和可模拟化等特点,对桥梁工程项目在其施工阶段进行分析与指导.从而提高桥梁设计师的工作效率和桥梁工程的质量.

耦合渗流-变形的数值流形法裂隙岩质 边坡稳定性分析

岩石裂隙渗流问题作为影响岩石边坡失稳的重要因素吸引了越来越多研究者采用不同的数值方法模拟其力学行为。提出了一种基于渗流-变形耦合模型的数值流形方法,并相应地讨论了岩体裂隙网络中地下水的流动、渗透压力和岩石变形的耦合效应。基于最小能量原理,分别推导渗流条件下单元边界流体压力和系统的整体平衡方程,以及块体接触算法求解任意岩石裂缝的局部安全系数。通过一系列验证实例对所提出的数模模型进行检验,验证了该数值模型的鲁棒性和有效性。利用该方法模拟了一个岩石边坡由于渗流作用而发生的坍塌事故,再现了岩石边坡的破坏过程。模拟结果表明,过大的水力压力导致垂直裂缝张开,增加岩体变形量,最终导致边坡破坏。研究表明,该方法在模拟大规模工程问题方面具有很大的潜力。

小半径曲线桥地震损伤破坏数值模拟及FPS减震研究

为探求城市小半径曲线桥地震损伤破坏过程,并探讨FPS支座在其中的减隔震应用,本文以汶川地震中某小半径曲线匝道桥为研究对象,通过Open SEES建立能考虑弯剪耦合效应的非线性时程反应分析原桥模型,探讨小半径曲线桥的损伤模拟方法;此后采用考虑动轴力和双方向耦合的single FPBearing单元模拟FPS支座的受力特性,并通过支座试验确定其Vel Normal Frc Dep摩擦属性各参数取值,进行该匝道桥FPS减隔震数值模拟分析。结果表明:对比实际震害,原桥模型可较为准确地模拟出桥墩受弯剪破坏规律和失效形式,真实地反映桥梁受地震作用响应规律;对比原桥模型,FPS减隔震模型可有效降低桥墩的地震反应,防止曲线桥发生地震损伤。通过合理的单元参数取值,在Open SEES软件中single FPBearing单元及Vel Normal Frc Dep摩擦属性可以准确地模拟FPS支座的受力性能。

高强混凝土经不同高温历程后性能劣化研究

对经历不同加热温度和不同恒温时间的C60高强混凝土性能劣化进行了试验研究,并利用超声、显微硬度检测、扫描电子显微镜及汞压力测孔等综合手段观察其高温后细微观结构的变化。重点分析了高强混凝土外观、抗压强度、弹性模量、质量损失、高温爆裂机理、细微观结构的变化规律。研究结果表明,经不同高温历程后,高强混凝土的色泽变浅,从300℃恒温1 h时开始混凝土试块呈铁锈红色,直到400℃恒温2 h时铁锈红色消失,700~900℃试块外表呈灰白色;高强混凝土会在500℃时发生爆裂,较普通混凝土的爆裂温度低很多;凝胶分子、水泥水化物等受热分解,使其表面和内部产生孔隙和微裂纹,高强混凝土细微观结构逐渐变差,这是造成宏观力学性能劣化的根本原因。随着加热温度的升高与恒温时间的增长,高强混凝土的抗压强度、弹性模量和质量总体呈下降趋势,且相对恒温时间的不同,加热温度的变化对高强混凝土力学性能劣化的影响更大。

THFS对沥青感温性能的影响分析

目的分析煤直接液化残渣(Direct Coal Liquefaction Residue,DCLR)中四氢呋喃可溶物(Tetrahydrofuran Soluble,THFS)作为改性剂对沥青感温性能的影响.方法采用SK-90沥青作为基质沥青,分别制备不同掺量的THFS改性沥青(与基质沥青质量比为0,4%,6%,8%,10%),测试THFS改性沥青的各项感温性能,分别计算针入度指数PI、针入度黏度指数PVN、黏温指数VTS、复数模量指数GTS和蠕变劲度指数STS_S,评价THFS对沥青感温性能的影响.结果与基质沥青相比,THFS的加入改善了沥青的感温性,且随着THFS掺量的增加,THFS改性沥青的PI、PVN值均增大,VTS、GTS、STS_S值均减小,说明THFS的掺量越高,THFS改性沥青感温性能越好.结论THFS改性沥青的感温性能更为优越,综合THFS改性沥青的各项性能,推荐THFS掺量为6%~8%.

FPS支座双向加载拟静力试验与数值模拟研究

FPS支座一种具有广阔发展前景的减隔震支座,该支座可通过摩擦耗能,自复位等特性来消耗地震发生时传入结构体系的地震能量,从而在很大程度上降低结构地震动反应。但目前国内外针对曲线桥FPS支座的耦合受力问题,缺乏理论与实验相结合的精细化模拟方法。该文通过FPS支座双向加载拟静力试验,进而得到FPS支座的荷载-位移滞回曲线与摩擦耗能情况。并采用OpenSees软件对FPS支座进行数值模拟,将FPS支座试验与数值模拟结果进行分析对比,验证其准确性,得到了一种FPS支座的精细化模拟方法。

考虑土-桥台-上部结构相互作用的曲线桥抗震性能研究

对国内外历次地震中桥台震害进行了梳理。介绍了简化桥台模型、弹簧桥台模型、弹性梁单元桥台模型等几种针对城市桥梁桥台的典型数值模拟方法;以某立交G匝道曲线梁桥梁为工程背景,建立考虑土-桥台-上部结构相互作用的不同精细化程度的数值模型,开展人工地震动条件下的非线性动力时程反应分析,对比分析不同数值模型的计算误差;在此基础上选取合理数值模型,对桥梁曲率半径进行变参数研究,探讨墩底内力、墩梁相对位移以及台梁相对位移的变化规律。研究发现:提高土-桥台-上部结构相互作用的模拟精细化程度可以更准确地反映桥梁边墩的地震响应,特别是弹性梁单元桥台模型可综合考虑桥台的动力响应,值得推荐;考虑土-桥台-上部结构相互作用条件下,曲率半径越小,各桥墩横向内力及位移差异越明显,建议在进行曲线桥梁抗震设计中应予以重视。

近断层地震作用下软限位对层间隔震结构动力响应影响分析

结构隔震对远场地震动有较好的减震作用,但遭遇含长周期大脉冲的近断层地震动,隔震支座易产生较大水平位移,导致支座损坏甚至上部结构倾覆失稳,须对隔震支座进行软限位保护。对隔震层软限位的层间隔震结构振动台模型试验进行数值模拟,验证数值模拟精度;进而建立原型结构数值分析模型,进行了285种工况数值模拟计算,对非限位和限位工况下隔震层和主体结构的动力响应进行对比分析,结果表明,隔震层软限位可以限制隔震层变形,但对主体结构地震响应有增大影响;通过对限位设计参数优选,可将主体结构响应控制在不发生损伤或轻微损伤范围内;给出了软限位设计参数对层间隔震结构动力响应的影响规律,提出通过隔震限位结构损伤分析进行限位刚度优选的方法。

煤直接液化残渣改性沥青及其混合料性能评价

为了研究煤直接液化残渣(direct coal liquefaction residue,DCLR)改性沥青混合料性能,制备10%DCLR(与基质沥青质量比)改性沥青混合料和复合DCLR(2%SBS+15%橡胶粉+10%DCLR)沥青混合料,并与热拌沥青混合料以及SBS改性沥青混合料性能对比.试验结果表明:DCLR的掺入可以提高沥青混合料的高温稳定性和水稳定性能,但对其低温性能有损伤;复合DCLR沥青混合料的低温性能得到了很大程度的提高,其高低温性能和水稳定性明显高于SBS改性沥青混合料.

近断层地震动下基础隔震弹簧限位对结构响应影响试验研究

近断层地震动作用下,基础隔震结构隔震层可能会产生大位移,限位装置能起到限制隔震层位移的作用,但与隔震层上部结构发生软碰撞,会对上部结构响应造成影响。对9种弹簧限位基础隔震振动台模型试验数据进行分析,结果表明:9种工况均取得良好限位效果;但碰撞会激发结构的高阶振型,在碰撞时刻隔震层会产生速度的突然增大;限位碰撞可导致上部结构的层间位移和加速度响应增大,但合理设计限位器的刚度和预留距离可减小上部结构响应。

锚栓限位与邻梁碰撞对曲线桥梁抗震性能的影响

曲线桥梁在地震作用下梁体之间会发生非均匀碰撞,可能造成前梁落梁或后梁局部破坏现象;而在纵向设置抗震锚栓可有效防止落梁,也可对相邻梁的碰撞起到一定缓解作用;但目前国内外还缺乏锚栓对曲线桥梁的抗震性能影响的相关研究。以某四跨曲线桥为背景工程,建立了空间有限元模型,并分别用滞后系统、钩单元、接触单元模拟了支座损伤、锚栓约束、相邻梁纵向碰撞等物理现象,利用非线性时程分析法,进行了三种工况((1)无锚栓、不计碰撞,(2)无锚栓、计碰撞,(3)有锚栓、计碰撞)曲线桥梁的墩梁相对位移、墩底内力、相邻梁碰撞力等关键地震响应对比研究。研究表明:相邻梁的非均匀碰撞是曲线桥梁必须考虑的关键因素;而设置抗震锚栓能缓解曲线桥梁的碰撞效应,并减轻震害。

碎石非常不规则颗粒对混凝土性能的影响

为改善粗骨料粒形,提出粗骨料非常不规则颗粒的概念,研究碎石非常不规则颗粒含量对混凝土流动性、强度、耐久性的影响。研究表明:随碎石非常不规则颗粒含量的增加,混凝土的流动性、强度和耐久性随之下降。因此,为提高混凝士性能,碎石非常不规则颗粒含量应作为一项技术指标进行控制。

近断层地震下小半径曲线桥碰撞响应的振动台试验研究

为揭示小半径曲线桥相邻联碰撞导致的地震破坏机理,以某两联多跨小半径曲线桥为工程背景,开展振动台试验研究。分析在不同地震动下相邻联周期比变化对曲线桥梁端位移、墩梁相对位移、碰撞力等的影响规律;在近断层地震下,分析受独柱墩横桥向偏心效应影响时,邻梁碰撞对结构动力响应的变化规律。试验研究表明:近断层脉冲地震下,随着周期比的增大邻梁碰撞效应先增加后减小,在近断层非脉冲地震动及远场地震动下,随邻梁周期比减小地震碰撞响应逐渐增大;独柱墩在梁底的横向偏心会加剧地震作用下主梁运动形式的变化,导致扭转加大,横向位移明显,更易发生非均匀碰撞,加剧主梁的局部损坏。该文研究成果可为考虑碰撞的曲线桥抗震设计提供科学依据。

可液化场地桩-土结构相互作用研究综述

近年来,可液化场地桩-土-桥梁结构互作用问题一直是理论研究的热点。首先回顾了国内外破坏性地震中由于场地液化造成的桩基震害现象及其损伤破坏机理;然后梳理了国内外学者在液化场地桩-土相互作用领域开展的数值模拟、实验研究,系统总结了两种典型数值模拟方法、三类实验研究方法,并对其优劣进行了初步分析;最后,分析了现有研究存在的不足,提出了亟待解决的相关问题,给出了研究建议。研究成果可为该领域研究人员提供基础性借鉴。

DCLR改性沥青宏观性能与微观相对分子质量分布关系

为了研究煤直接液化残渣（direct coal liquefaction residue,DCLR）改性沥青宏观性能与微观相对分子质量分布的关系,以70#沥青为基质沥青,对DCLR掺量（DCLR与基质沥青的质量比）分别为5%,10%,15%和20%的改性沥青,利用PG分级体系和针入度分级体系分析了DCLR对沥青宏观性能（高温性能、低温性能、疲劳性能）的影响;同时,采用凝胶色谱仪测试DCLR改性沥青的相对分子质量分布,分析分布参数LMS（大分子区）,MMS（中分子区）和SMS（小分子区）所占比例与沥青宏观性能之间的关系.结果表明：DCLR可显著改善沥青的高温性能,但也会明显降低沥青的低温性能和疲劳性能;DCLR改性沥青更适合作为沥青路面结构的中面层来提高路面的高温抗变形能力,建议DCLR的掺量为5%,适用于1～4气候分区;相对分子质量分布参数LMS所占比例与沥青的宏观性能具有显著的相关性,据此可建立两者在不同温度下的指数关系模型.

近断层地震速度脉冲对层间隔震结构响应影响的振动台试验研究

近断层地震动向前方向性效应和滑冲效应引起的两种速度脉冲运动,对隔震结构动力响应的影响不同。选取含有向前方向性效应速度脉冲、滑冲效应速度脉冲、无速度脉冲的近断层地震波作为地震动输入,对一个5层钢框架层间隔震结构模型进行模拟地震振动台试验。结果表明,层间隔震结构在含脉冲近断层地震作用下的动力响应,明显大于无脉冲近断层地震;向前方向性效应与滑冲效应对结构地震响应的影响与结构周期相关,对于中短周期结构,向前方向性效应相对滑冲效应引起的结构响应更大,对于长周期结构,则相反;层间隔震技术能有效地减小结构地震响应,隔震层上部结构的减震率大于下部结构,减震效果随着隔震层位置的升高而降低。

桥台-土-结构相互作用对桥梁结构地震反应影响的研究进展

首先对国内历次重要地震中桥台震害特点和破坏机理进行综述,随后针对国内外学者对桥梁中常见的桥台-土-上部结构相互作用的理论与试验研究,从桥台抗震的分析方法、模型的建立以及结合试验研究所开展的参数分析等方面进行分析论述,总结各种数值分析模型和试验研究的特点和适用范围,阐述国内外对桥台抗震研究取得的成果和结论,并对未来桥台抗震的研究重点提供了研究建议。

城市桥梁新型铝合金防撞护栏安全性

为满足城市景观的需要,同时适应可持续发展趋势,采用新型铝合金防撞护栏替代传统型钢护栏,为了保证其具有良好的安全性能,需对其力学性能进行评价分析。以某实际工程为背景,提出了一种新型铝合金防撞护栏方案,通过理论分析与数值模拟相结合的方法对其在汽车碰撞作用下螺栓连接处的承载能力、栏杆及立柱的安全性能进行了综合分析。结果表明:对初步提出的铝合金护栏方案,可适当增大螺栓直径及法兰盘厚度,以保证其具有良好的安全性能;当车辆发生撞击时,改进后的护栏所承受的碰撞冲击力及变形均符合规范要求,因而可以应用到实际工程中。研究成果可为同类铝合金护栏的推广应用提供技术支持。

THFS改性沥青制备工艺的优化设计及性能评价

为了确定煤直接液化残渣(direct coal liquefaction residue,DCLR)中四氢呋喃可溶物(tetrahydrofuran soluble,THFS)作为改性剂与沥青之间的制备工艺,运用正交试验和灰关联分析法优化设计TFHS改性沥青的制备工艺,并利用针入度分级和SHRP PG评价体系分析不同THFS添加量下(与基质沥青质量比4%、6%、8%、10%)改性沥青的性能.试验结果表明:利用正交试验和灰关联分析相结合的方法可优化设计THFS改性沥青的制备工艺,确定的最佳制备工艺为剪切温度150℃,剪切时间45 min,剪切速率4 000 r/min.同时,THFS的加入可以改善沥青的高温性能,但对沥青低温性能有一定的不利影响,综合THFS改性沥青的高低温性能,推荐THFS最佳添加量为6%.

小型叠层橡胶支座的剪切性能试验研究

振动台隔震试验多采用小型叠层橡胶支座,通过试验对剪应变、压应力、加载频率、加载次数对橡胶支座剪切性能的影响进行研究。结果表明:(1)剪应变的变化对支座剪切性能的影响较大,随着剪应变增大,剪切刚度呈减小趋势,根据试验结果,给出了设计压应力下剪切刚度规范计算公式随剪应变变化的修正系数;(2)支座压应力较大时,剪切刚度会有较小幅度下降,同时给出了100%剪应变情况下,剪切刚度规范计算公式随压应变变化的修正系数计算公式;(3)加载频率与加载次数对剪切刚度影响较小。