山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心开放服务探索与实践

开放服务是教育部工程研究中心的重要功能。山区桥梁结构与材料教育部工程研究中心积极响应国家政策,在开放服务方面积累了一些经验。开放服务主要体现在设置开放基金课题、主办或承办国际国内学术会议、开放共享仪器设备、开展学术交流、开拓和深化国际产学研合作,以及展开国际高水平合作、科学传播、对外技术服务等。这些创新举措大大激发了中心的服务能力、研发能力、对外交往活力,提高了社会影响力,为地方高校的教育部工程研究中心开放服务探索了一种新模式。中心在开放服务所取得的成效,可为同类工程中心的建设与运行提供参考。

桥梁结构钢裂纹塑性区的研究及应用

为了研究裂纹塑性对裂纹扩展的影响,利用工程简化算法、应力函数法、扩展有限元法对桥梁钢裂尖塑性区的尺寸和形状分别进行了计算;由于平面应力和平面应变情况下尾迹场循环塑性的特性不同,利用不连续扩展有限元对两种情况下尾迹场的循环塑性和塑性累积进行了模拟分析,探讨了裂尖塑性区、循环塑性区的形成和尾迹场产生压应力的机理.研究结果表明:裂尖塑性区尺寸与应力水平(名义应力与屈服极限的比值)的平方成正比,当应力水平大于0.4时,裂尖塑性区尺寸需要考虑应力水平的影响;裂尖塑性区的形状以蝶形向前伸展,使裂纹尾迹场免受裂尖高应力场的拉伸作用,有利于裂纹闭合;裂尖塑性区存在材料的逆向流动,在循环塑性区裂纹表面的塑性累积产生压应力效应有利于裂纹提前闭合,这种塑性诱发的裂纹提前闭合对研究变幅加载、过载引起的裂纹扩展滞后有重要意义.

纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展

碱激发水泥力学性能优异,化学耐久性强,是新型胶凝材料。本文综合评述了国内外关于纤维增强碱激发水泥基材料的研究进展,总结了各种纤维对碱激发水泥基材料性能的影响,重点介绍了钢纤维、聚丙烯纤维和玄武岩纤维对碱激发水泥基材料的力学性能、收缩开裂及耐久性的影响,并提出了当前纤维增强碱激发水泥基材料研究中存在的问题和今后的研究方向。

桥梁失效成本组成的定量研究

用失效成本来评估桥梁失效后果,提出了桥梁失效成本组成的定量模型;把桥梁失效成本分为重建成本、交通延迟成本、道路与交通管理成本、人身损害赔偿成本及其它间接成本,重点研究了各组成成本的特点与计算方法;提出用分项成本指标来考虑失效成本在不同时间的影响,用后果严重性系数来比较不同桥梁失效程度的严重性,并进行了实例分析。研究结果表明:提出的桥梁失效成本定量模型具有一定的代表意义,可供桥梁管理者进行科学的养护决策。但涉及到社会影响等因素,失效成本往往更复杂,是进一步研究的方向。

基于概率和寿命周期成本的桥梁维护策略研究

目前我国桥梁已逐步迈入新阶段,桥梁的管养和新建同样重要。随着桥梁服役时间的增加,桥梁结构的性能在逐渐衰退,有关桥梁管养的投资还不能够达到实际需求。概率指标有两个含义,它是结构维修的质量指标,也是此次维修的费用限制,协调好近期投入和长期效益的关系,依赖于合理的维修可靠度选取,以达到既经济又有效的目的。基于概率和寿命周期成本研究了桥梁维护策略,以期减少养护投资,提高桥梁结构的相关性能。类似桥梁结构的管养也可采取本文提出的维修优化模型。

大跨PC连续梁桥V腿临时支墩拆除时机研究

带腹拱的V腿连续梁桥的主要施工要点在于整个0号块也就是V腿三角区的施工,V腿施工中临时支架的拆除时机非常重要,但对此类研究还相对较少。根据该桥型的结构特点与施工过程,研究了V腿施工期的临时支墩拆除时机对全桥结构受力的影响。研究结果表明,施工过程中临时支墩的拆除时机对最终的成桥结果影响较小;过早拆除临时支墩会使得V腿近底座截面出现较大拉应力,造成不可挽回的损失,过晚拆除临时支墩对V腿截面已是一个负作用;临时支墩的拆除时机还是以原设计的拆除时机为准较好,与边跨合龙支架一同拆除。

橡胶混凝土性能及胶粉表面改性研究进展

废旧橡胶轮胎堆弃具有严重的安全及健康隐患,将橡胶加入到混凝土中不仅能扩大混凝土的应用范围还能解决废旧轮胎难处理的问题。综合国内外最新研究成果对橡胶混凝土性能进行了分析,介绍了橡胶混凝土的特性,并从粘结强度,弹性模量以及水泥水化反应等角度阐述了橡胶混凝土的强度降低机理。介绍了橡胶混凝土强度的影响因素和最新的胶粉溶剂处理、预裹附胶凝材料处理、偶联剂处理以及氧化-磺化等表面处理方式对橡胶混凝土强度的改善措施,对开发方法简便、强度改善效果好并且成本低的橡胶表面改性方式以及橡胶混凝土的开发应用提供有价值的参考依据。

双碑嘉陵江大桥带铰组合挂篮加载试验研究

重庆双碑嘉陵江大桥为主跨330m的高、低塔单索面预应力混凝土斜拉桥,主梁为单箱三室斜腹板结构,采用新型带铰组合挂篮悬臂现浇施工,挂篮重269t,最大承重594t。为验证该新型带铰组合挂篮的受力性能与安全性以及已浇0号块主梁的安全性,采取模拟混凝土浇筑工艺过程进行挂篮加载试验,测试挂篮主要杆件的承载力和变形、斜拉索的索力、主梁0号块翼板混凝土的应力增量,观测0号块裂纹情况。结果表明:在各工况下,挂篮主要构件的承载力和变形满足规范要求,弧形梁及三角桁架的应力增量均比较正常,铰的存在降低了挂篮翼板处的刚度;斜拉索索力与理论计算相符;挂篮加载对主梁混凝土的变形与应力影响较小,主梁混凝土无新增裂纹。

公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥动力特性研究

以某公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥为背景,采用有限元结构分析软件MIDAS/Civil 2019建立考虑施工阶段的全桥3维有限元模型,考虑几何非线性并采用子空间迭代法对桥梁振型进行分析,对索面布置、恒载集度、塔刚度、索刚度、梁刚度、辅助墩数量进行参数改变,研究其对桥梁动力特性的影响。结果表明:单索面钢桁梁双塔斜拉桥抗弯、抗扭刚度较弱,将单索面布置改为双索面布置,可增强斜拉桥的抗扭刚度,并在一定程度上避免弯扭耦合振型的出现;选择轻型2期恒载可增强桥梁的抗震、抗风稳定性;提高塔和梁的刚度可增强桥梁的抗震和抗风稳定性,但索刚度的变化对桥梁动力特性影响较为复杂;科学地增设辅助墩可优化桥梁的动力性能。

近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统响应分析

为了研究在近断层脉冲型地震作用下高速铁路桥梁-轨道系统的动力响应规律,针对高速铁路线上最常用的简支梁形式结构,以某8×32.7 m高速铁路简支箱梁桥为例.建立了考虑简支梁与CRTS Ⅰ型板式无砟轨道之间相互作用的桥梁-轨道模型,讨论了具有破裂前方脉冲、滑冲脉冲、无脉冲型近断层地震动对桥梁-轨道系统的影响及扣件阻力改变时桥梁-轨道系统动力响应的变化.结果表明:三种脉冲类型地震动作用下钢轨的受力和变形规律保持一致,脉冲型地震动较无脉冲型地震动增加了约20%钢轨应力和位移.相对于轨道系统,桥墩对脉冲类型更为敏感,在破裂前方脉冲和滑冲脉冲地震作用下,桥墩的墩顶最大位移比无脉冲地震动分别增大了106.6%和148.6%,墩底弯矩和剪力也有明显增大,在进行高速铁路桥梁抗震设计时应考虑脉冲类型对桥梁结构的影响.扣件纵向阻力从5 kN/组增大到15 kN/组时,墩顶最大位移降低了10%,但钢轨应力和位移峰值约为原来的2倍.

大跨悬索桥主缆-吊杆-钢箱梁一体模型疲劳试验研究

以往的悬索桥疲劳试验往往只针对索梁锚固区、正交异性钢桥面板和吊杆钢丝等钢桥的单一构件或部位,受边界条件影响较大,而一体化疲劳试验能够反应结构的整体疲劳性能。以某主跨788 m钢箱梁悬索桥为背景,为全面评估其主缆-吊杆-钢箱梁一体化结构关键构造细节的疲劳性能,验证其设计的合理性、安全性和耐久性,进行该桥1∶4缩尺的主缆-吊杆-钢箱梁一体化的模型疲劳试验研究。结果表明:在设计疲劳荷载作用下,实测位移与荷载大致呈线性关系,加/卸过程中位移有很好的对称性与可恢复性,应力重分布现象不明显;结构处于弹性工作阶段,该结构关键构造细节处均未发现疲劳裂纹,结构疲劳性能满足设计要求。通过一体化模型的疲劳试验研究,掌握了该结构的疲劳性能与传力规律,试验结果能反映主缆-吊杆-钢箱梁的实际抗疲劳性能,具有一定的工程参照意义。

大跨上承式钢管混凝土拱桥的动力特性研究

上承式钢管混凝土拱桥桥面位置较高,无吊杆,立柱较高,不采用漂浮式桥面系,使其动力特性具有不同于中下承式钢管混凝土拱桥的自身特点。目前,对上承式钢管混凝土拱桥的动力特性研究相对较少,该文利用有限元分析软件Ansys对某上承式钢管混凝土拱桥进行了动力特性研究和横向静风响应分析,研究结果表明:上承式钢管混凝土拱桥的振型比较复杂,基频仅为0.146 8Hz,面外刚度小,面外的稳定问题突出;拱肋面外正对称振动先于反对称振动,拱肋面内反对称振动先于正对称振动;上承式钢管混凝土拱桥的交接墩纵向刚度较小;由于跨度大的缘故,该桥的风敏感性突出,横向静风荷载下的最大横向位移达到了0.43m,设计时应引起注意。

高压水射流冲蚀混凝土破碎区演进特征及裂纹扩展规律研究

高压水射流冲击下混凝土内部裂纹扩展规律是洞察水力破碎机制的重要基础。借助相似材料、模型试验及高速摄像技术,构建了高压水射流冲击透明类混凝土冲蚀孔洞及裂纹扩展检测系统,研究了射流冲击混凝土冲蚀破碎区演化历程及裂纹扩展模式。结果表明,在射流冲击下混凝土破碎区演进过程分为三个典型阶段:水锤压缩区扩展、非压缩区扩展及侵彻贯通后扩展。在水锤压缩区冲蚀孔洞以近似“花瓣”状形态向自由面扩展,在冲蚀孔洞阵前面存在显著的塑性屈服区及交错裂纹网,并从理论上提出了冲蚀孔洞演进的临界判据;在非压缩区冲蚀孔洞近域塑性屈服区明显减少,材料去除演变为完全脆性破碎模式,冲蚀孔洞轴向演进速度呈现阶段性停滞;侵彻贯通后冲蚀孔洞径向维度将继续增大,并在孔壁近域出现不连续、半球状微裂纹区域,当扩展至初始贯通孔径2倍左右时,主冲蚀孔洞将趋于稳定。

水力冲击混凝土裂纹扩展机理及CT尺度损伤研究

借助CT扫描技术对水力作用下混凝土的细观破裂状态进行全方位检测。结合液固碰撞理论,阐释了水力冲击下混凝土内部“V”状锥形破碎核、表面裂纹、环向裂纹等致裂态形成的力学过程,探讨了混凝土“启裂-扩展-溃裂”不同破坏阶段的致裂机理,揭示了 5种典型水力致裂裂纹的扩展特征和力学机制。通过对CT扫描图像进行直方图均衡化、阈值分割处理,利用提出的基于图像灰度值的损伤表征方法,进一步研究了水力冲击混凝土内部CT尺度损伤分布特征,定量地指出水力强冲击作用会在混凝土未破碎区的骨料与砂浆基体过渡区形成明显的损伤,并且距离致裂裂纹越近,损伤劣化程度越严重。

某跨海大桥高墩区支架模板结构计算分析

模板的安全对混凝土浇筑至关重要,对于墩柱高度较高的桥梁往往一次性浇筑混凝土的数量较大,对模板的侧压力也较大。该文以某跨海大桥的高墩区支架模板结构为研究对象,建立板单元与梁单元耦合的有限元模型,分析了模板的侧向变形与锚拉杆的受力,得出了一些有意义的结论。

基于可靠度与状况指标的桥梁维修优化方法

提出基于桥梁可靠度与状况指标的维修优化方法,该方法以桥梁的可靠度和状况指标为约束函数,以维修成本现值为目标函数,以维修时机和维修措施为优化变量,来寻找更合理的桥梁维修方案.以重涂防腐涂层措施(A方案)和硅烷浸渍防腐措施(B方案)为例,分别建立了基于单一指标、基于双指标的防腐维修优化模型,通过MATLAB中的GA函数求解优化函数.研究结果表明,在桥梁服役100a的周期内,基于桥梁可靠度的维修优化,A方案要比B方案少花费12.5%,A方案的维修次数多1次.基于桥梁状况指标的维修优化,A方案要比B方案多花费25.1%,A方案的维修次数要多1次;基于双指标的维修中,A方案要比B方案多花费17%.而基于双指标的维修明显比基于单指标的维修成本高;组合维修方案(A+B方案)比单一的维修措施效果更经济,比单独采用A方案要低26.4%,比单独采用B方案要低9.4%.

基于塔-索-拱建模的大跨钢管混凝土拱桥施工阶段动力特性研究

扣塔、扣索和拱肋之间存在耦合效应,塔-索-拱一体化建模才能真实反应大跨度钢管混凝土拱桥施工阶段的动力特性。运用有限元软件ANSYS,建立了塔-索-拱一体化施工阶段的目前最大跨度的钢管混凝土拱桥合江长江一桥(模型1),研究了该体系的动力特性,并与不考虑扣塔的索—拱模型(模型2)进行了对比。研究结果表明:考虑扣塔建模后,模型1的基频降低了12%,拱肋与扣塔相互耦合,高阶振型复杂,结构横桥向刚度弱,结构的风敏感性更为突出;两个模型的30阶后的频率接近一条直线,背、扣索的索力变化对低价频率影响不大。

考虑初始几何缺陷的大跨度上承式钢管混凝土拱桥的非线性稳定研究

以主跨430 m的上承式钢管混凝土拱桥为研究对象,建立ANSYS空间有限元模型,对大桥进行非线性稳定性分析,研究了正、反对称偏心对大桥稳定性的影响,并分析了该桥6个关键工况的失稳形态。结果表明,正、反对称初始几何缺陷削弱了结构的刚度,增大了拱桥的初始附加弯矩,但各关键工况下的稳定系数均>2,满足相应的规范要求。各工况下结构的失稳形态与自重荷载工况类似,均以面内失稳为主,主要原因是结构自重为主要荷载,其它荷载的作用效应均小于自重引起的荷载效应。初始几何缺陷虽不会改变结构的失稳模态,但会引起荷载的稳定系数变小,应当引起足够重视。

不同养护组合对连续刚构箱梁混凝土早期温度场的影响研究

混凝土水化热导致混凝土内部早期湿温度的变化,易使混凝土出现早期裂缝.根据桥梁所处的实际情况确定具体的养护方法是非常重要的.合理控制混凝土箱梁截面温度是防止混凝土开裂,确保混凝土质量的关键,但因夏季气候的原因,箱梁温度控制成为施工中的难点重点.以连续刚构桥主梁0#段为研究对象,利用有限元软件Midas/FEA研究在自然养护法、甲组合养护法和乙组合养护法等不同方法养护下的作用效果,分析了不同养护方法下箱梁温度场云图、截面各关键节点温度时程曲线和截面各位置内外温差时程曲线,以选出适合夏季的最佳早期养护工艺.研究结果发现模贴法+自动喷水雾法可以箱梁混凝土温控措施更好.研究结果可为解决箱梁夏季施工的温度难题提供技术支持。

大跨预制T梁裸梁静载试验研究

以实际工程项目为依托,采用基于应力增量确定控制加载量的静载试验方法来评估裸梁的实际“质量”。理论与实际结合分析得到:各测点实测值随加载等级的提高而近似呈线性增加趋势,且大部分结构对称的测点其实测值也呈现出良好的对称性;测点实测值均小于理论值,无明显可见裂缝,且校验系数、相对残余应变均满足规范规定;表明结构的强度和刚度能满足桥梁在正常使用状态下的需求。