基于DIC与NExT-ITD的结构运行模态测试新方法

传统的结构运行模态测试采用接触式测量并在频域进行模态参数识别,存在测量不便捷、计算繁复等问题。针对此问题,本文提出了基于数字图像相关方法与自然激励技术-Ibrahim时域法相结合的模态测试新方法。运用工业相机获取结构在环境激励下的散斑图像,通过数字图像相关方法计算结构的平稳响应信号,然后根据自然激励技术-Ibrahim时域法,以互相关函数代替脉冲响应函数,构造响应矩阵并建立数学模型,计算结构的模态参数。以某简支梁模型为例进行数值模拟和试验测试,结果表明,该方法可由结构的散斑图像直接识别模态参数,识别精度高,抗噪能力强。该方法实现了非接触式测试,尤其适用于高温高压等工程环境;在时域内进行参数识别,避免了繁复的频域分析,简化了计算。

基于BIM技术的异型结构高大模板支架智能化施工研究

高大模板支架施工难度大,存在安全风险。为解决异型结构支架布置的技术难题及传统模板工程存在的弊端,文中基于BIM(建筑信息模型)技术,开展异型结构高大模板支架施工智能化应用研究,建立异型结构高大模板支架BIM模型,并进行支架智能化布置,实现异形结构高大模板支架的智能化布置、三维可视化、施工模拟,从而对模板搭设全过程进行有效监管与控制,确保异型结构高大模板工程设计与施工的效率、质量及安全。

中承连续飞燕式钢桁拱桥抗风性能研究

钢桁架拱桥具有构件轻、易于加工、承载力强和运输架设方便的优点,已在公路、铁路设计中得到广泛应用。为了研究大跨度连续中承式钢桁架拱桥抗风性能,指导该类桥梁建造,以长沙市暮坪湘江特大桥为背景,通过桥址风环境分析、结构动力特性仿真分析及风洞试验,获取桥梁结构的抗风性能并检验大桥的抗风稳定性。针对中跨拱肋、中跨主梁及边跨桁架,采用弹簧悬挂二元刚体节段模型,通过风洞试验研究,获取了-12°~+14°不同风攻角下静力风荷载三分力系数,为桥梁风荷载取值提供了依据。同时根据试验结果曲线,中跨主梁、边跨桁梁断面在成桥状态各种风攻角下升力系数斜率均为正,判定主梁及边跨桁架结构均不会发生驰振。结合节段模型弹性悬挂试验,获取主梁结构在成桥阶段及施工阶段最大双悬臂状态,风攻角-3°、0°、3°情况下的竖向位移及扭转角,并依据相似关系将试验风速及所得响应换算至实桥值,以检验主梁的颤振稳定性及涡激共振特性。结果表明,当换算实桥风速高达100 m/s,远高于其颤振检验风速时,主梁均未发生颤振现象,表明该桥在成桥状态下与施工过程中均具有足够的颤振稳定性。在成桥状态或者最大单/双悬臂状态下,桥面设计基准风速34.8 m/s的范围内,各种风攻角情况下均未观察到明显的涡激振动现象。

考虑斜坡效应的桩柱式桥梁基桩稳定性分析

考虑坡面以下一定深度范围内地基抗力非线性分布模式，建立了基桩稳定性分析简化计算模型及桩一坡体系总势能方程．据此导得了斜坡段桩柱式桥梁基桩临界荷载与计算长度的能量法解答，并通过平地和斜坡两种不同情况下的室内模型试验验证理论计算方法的合理性．由此进行的参数分析表明：增大墩柱弹性模量或减小墩柱高度（高长比）均可提高基桩稳定性，当高长比取0．3-0．4时，基桩稳定性最佳；当边坡坡度在25°-35°范围内时，基桩稳定性受斜坡效应的影响较小，设计时应尽量将基桩设置在坡度小于35°的边坡上．斜坡段地基抗力比例系数m与坡度α之间的相互影响关系尚有待深入研究．

山区桩柱式桥梁基桩水平变形可靠性分析研究

为研究桩柱式桥梁基桩水平变形及其可靠性。首先,分析了山区桩柱式桥梁基桩的承载特性,建立了相应的简化受力模型及挠曲微分方程,并对其进行求解得到了基桩内力与位移计算的表达式;在此基础上,分析了影响基桩水平变形的主要因素,建立了桩柱式桥梁基桩水平变形可靠度计算极限状态方程,并借助验算点法对其进行求解,得到了基桩水平变形可靠度指标及失效概率指标的计算表达式;最后,以某桥梁基桩为例,利用该方法计算了可靠度指标,对比分析表明,该方法与改进响应面法及蒙特卡罗法计算结果吻合较好,验证了该计算方法的可行性。

临海环境下桥梁混凝土长期弹性模量试验研究

为克服传统测试方法的不足,建立临海环境暴露试验站,开展临海环境下桥梁混凝土长期静、动弹性模量试验研究。运用超声波平测法,取不同测距的接收波波峰相关散点进行回归计算,获取桥梁混凝土的纵波波速与表面波波速,根据动弹性模量与波速的数学关系,计算混凝土的动弹性模量。基于一批卵石混凝土试件的试验结果,分析混凝土动弹性模量随时间变化规律,构建5~20 mm和5~30 mm这2种连续级配粒径卵石混凝土试件的静、动弹性模量换算公式。结合预应力混凝土构件的长期弹性模量试验研究,验证所提出的静、动弹性模量换算公式的适用性。研究结果表明:混凝土的动弹性模量随时间逐渐增大,前期增长迅速,后期增长缓慢,增长速率随时间逐渐减缓。

RPC的研究进展及其在型钢混凝土结构中的应用

活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,简称RPC)是一种超高强度、高韧性、耐久性良好的新型混凝土。自其问世以来凭借其优越性能,得到了土木工程界的广泛关注。介绍它的发展历程、力学性能、研究现状、及其与型钢混凝土结合的有关研究和在未来工程中的展望。

基于长期监测车流的公路桥梁设计车载模型校验

基于我国车流数据校验既有设计车辆荷载模型,提出随机车流荷载下桥梁车载效应极值外推方法。基于某高速公路桥梁动态称重系统长期监测车流数据,建立随机车流荷载模型,分析简支T梁桥的车辆荷载效应极值,据此校验国内外桥梁设计车辆荷载模型。研究结果表明:欧洲Eurocode3规范和英国BS5400规范的设计车辆荷载效应标准值远大于中国JTG D60—2015规范标准值和美国AASHTO荷载规范标准值;针对我国交通荷载现状,欧洲Eueocode3规范与英国BS5400规范设计车辆荷载模型的重现期趋于无穷大,而美国规范的重现期小于1 000 a,我国JTG D60—2015设计车道荷载规范的重现期为1 000～4 000 a。

挑臂长度对钢桁梁颤振稳定性的影响

基于数值模拟方法研究挑臂长度对钢桁梁悬索桥的颤振稳定性影响.通过风洞试验测试不同攻角下某悬索桥钢桁梁原设计断面(挑臂长度L为0.947 m)的颤振稳定性,并与CFD结果对比,验证了数值方法的可靠性.然后对同一折减风速下单个周期气动力输入的能量值大小以及流场的演变规律进行研究,得到不同的挑臂长度(0.0L,0.5L,1.0L,1.5L)对钢桁梁颤振稳定性的影响.结果表明:正攻角下,挑臂长度对钢桁梁的颤振稳定性影响不明显,而0°攻角及负攻角下,挑臂长度为1.5L的钢桁梁断面颤振稳定性显著优于其他工况.0°攻角钢桁梁上表面旋涡的运动导致的压强变化以及下表面迎风侧压力值的变化成为气动力的主导因素,气动力方向与钢桁梁运动方向相同,促进扭转振动发散,而增大挑臂的长度削弱了上表面旋涡的尺度,并在挑臂处形成了强度大小相对稳定的压强区.负攻角钢桁梁上表面无明显旋涡,下表面旋涡的演变及压力变化成为颤振发散的主导因素,增加挑臂能削弱下表面旋涡的尺度和强度,并在迎风侧挑臂的下表面处持续形成稳定的负压区,气动力输入的能量值为负.

激发剂含量及养护温度对偏高岭土基地聚物孔溶液pH的影响

【目的】长期暴露在大气中的地聚物会因碳化导致孔溶液pH下降,进而引起结构钢筋锈蚀。需要对地质聚合反应后体系的孔溶液pH进行分析。【方法】本文采用常温和高温两种养护方式,测试不同激发剂含量下偏高岭土基地聚物孔溶液的pH,通过反应程度测试、压汞测试(mercury intrusion porosimetry,MIP)、扫描电镜(scanning electron microscope,SEM)测试来探究其中的相关性,分析激发剂含量及养护温度对地聚物孔溶液pH的影响。【结果】地聚物孔溶液pH和水化反应相关,养护早期,反应消耗OH−离子导致孔溶液pH持续下降,随着养护时间延长,反应减缓,孔溶液pH趋于稳定。反应程度和微观结构测试表明,提高激发剂含量,能促进地聚物原材料的溶解和聚合反应,使地聚物微观结构得到改善,但会降低反应后孔溶液的pH。【结论】采用高温条件养护有利于地聚物的早期固化,加速原材料在碱性激发剂中的溶解,但会进一步消耗体系中的OH−离子,降低了孔溶液的pH。

CFN-聚合物砂浆端锚RC箱梁抗弯性能试验研究

为改善碳纤维网格(Carbon Fibre Net,CFN)加固系统的加固效果,充分发挥CFN材料力学性能,在钢筋混凝土箱梁的底部和端部依次布置CFN,共设计1片钢筋混凝土(Reinforced Concrete,RC)梁和4片加固梁,然后进行四点弯曲静载试验,从破坏形态、荷载-位移曲线、CFN应变变化规律等方面研究端部锚固类型(X形、U形)及层数对RC箱梁抗弯性能的影响。结果表明:在端部进行锚固后,梁的抗弯性能和底部纤维利用率显著提高,其中两层X形箍加固梁抗弯性能最佳,所有加固梁开裂荷载提升幅度大于屈服荷载和极限荷载的提升幅度,底部网格利用率最大提高了84.8%;当钢筋屈服后,相同层数下X形箍加固梁的刚度高于U形箍加固梁,但增加X形箍的层数对抑制刚度退化现象影响较小;与X形箍外侧相比,X形箍内侧材料性能更易发挥,实际工程中建议将在跨中附近粘贴X形箍。

基于实用算法的独柱墩曲线箱梁桥抗倾覆影响因素分析

采用抗倾覆稳定性的实用计算方法分析曲率半径、中墩偏心距、支座间距(桥台处两支座的中心间距)对独柱墩曲线箱梁桥抗倾覆性能的影响。结果表明,随着曲率半径的增大,独柱墩曲线箱梁桥的稳定效应先减弱后增强,倾覆效应先增强后减弱,抗倾覆稳定系数先减小后增大;随中墩偏心距的增大,独柱墩曲线箱梁桥的稳定效应增强,倾覆效应减弱,抗倾覆稳定系数增大;曲率小于某限定值时,随着支座间距的增大,独柱墩曲线箱梁桥的稳定效应增强,倾覆效应减弱,抗倾覆稳定系数增大,增大支座间距能显著改善独柱墩曲线箱梁桥的抗倾覆性能。

背后存在空洞时盾构隧道管片的开裂机理及承载能力分析

为探讨盾构隧道管片背后存在空洞时管片空间受力特征及承载力变化情况,基于扩展有限元原理,采用载荷-结构计算方法,以长沙轨道交通2号线为研究背景,建立隧道衬砌三维计算模型,分别对衬砌结构16点位和2点位背后存在空洞时衬砌结构空间受力特征进行分析比较,根据分析结果,再对衬砌结构2点位背后存在空洞时衬砌结构极限承载力变化情况、开裂形态进行模拟分析。研究结果表明:衬砌结构16点位和2点位背后分别存在沿环向20°,30°和40°范围空洞时,空洞处衬砌应力集中明显,但均未出现开裂现象;随着荷载的增大,管片开裂主要位于管片环8点位和2点位方向,8点位处表现为内侧纵向开裂,2点位处表现外侧环向开裂;空洞的存在明显降低了衬砌结构的极限承载力,当衬砌结构2点位背后存在沿环向40°空洞时,衬砌极限承载力下降了30.68%。该研究可为隧道衬砌裂缝诱因分析、衬砌病害防治与修复研究提供一定的参考与借鉴。

基于更新支持向量的大跨度斜拉桥体系可靠度分析

针对斜拉桥静力体系可靠度分析中隐式功能函数重构和繁杂失效路径的特点,提出了一种基于更新支持向量的体系可靠度分析方法,将传统的用于构件可靠度分析的支持向量机(SVM)改进并应用于斜拉桥体系可靠度分析。该方法主要有4个步骤:首先通过构件的敏感分析识别斜拉桥的主要失效路径;其次采用最小二乘支持向量机(LS-SVM)对斜拉桥的隐式功能函数进行重构,并通过Monte-Carlo抽样得出构件的可靠指标;然后根据已经更新的有限元模型对支持向量进行更新,得出相关构件失效后的剩余构件的条件可靠指标;最后由结构体系的失效树和串并联关系得出斜拉桥的体系可靠度。主跨为420m的混凝土斜拉桥算例分析表明了上述算法的有效性和实用性,同时也获得了该斜拉桥的主要失效路径并识别了影响其体系可靠度的主要构件。

混凝土收缩徐变预测模型试验研究

对长期观测的混凝土收缩徐变试验结果与不同规范模型的预测结果进行对比分析。研究结果表明:在恒温恒湿环境下,收缩徐变在前期发展较快,后期逐渐变缓,270 d后变化较小;长期观测的混凝土收缩徐变试验结果与不同规范模型的预测结果存在差异,CEB—FIP(1990)模型预测混凝土收缩应变和ACI 209R(1992)模型预测混凝土徐变系数的整体效果较好,而ACI 209R(1992)模型的收缩应变预测值和JTJ 023—85模型的徐变系数预测值与试验结果偏离较大。根据混凝土收缩徐变试验结果,引入混凝土收缩修正系数和徐变修正系数对JTG D62—2004预测模型进行修正,构建恒温恒湿环境下混凝土收缩应变、徐变系数的修正预测模型,提高混凝土收缩徐变预测模型的预测精度。

基于迭代法及腐蚀算法的超声相控阵缺陷提取

为解决超声相控阵检测时噪声干扰及仪器精度造成的缺陷提取困难等问题,提出了一种基于迭代法及腐蚀算法的超声相控阵B扫图像缺陷提取方法。以轮辋试块侧通孔的超声相控阵B扫图像为对象,结合迭代法与腐蚀算法,研究了超声相控阵图像缺陷提取及量化方法,并与传统迭代法、Otsu法、Bernsen法进行对比,且讨论了相控阵检测时检测孔径对提取的缺陷特征值精度的影响。结果显示孔径大于20时,采用迭代法与腐蚀算法相结合提取的缺陷特征值相对误差均小于12%,且远小于采用传统迭代法、Otsu法、Bernsen法提取的相对误差。随着检测孔径增大,检测精度提高,但提高的速度在减缓。研究结果对改善超声相控阵检测成像质量,提高缺陷特征提取及量化精度提供了参考。

随机车流下公路钢桥疲劳可靠度分析

为了建立车载下公路钢桥疲劳应力概率模型,将典型疲劳车辆改进为随机车流模型,提出基于响应面法(RSM)的随机车流下钢桥疲劳应力概率分析方法.建立考虑随机车流参数的疲劳损伤功能函数,分析交通量和车重增长对疲劳可靠度的影响.研究结果表明,基于RSM的有限元模型替代方法可以高效地分析随机车流下钢桥的疲劳应力;车重和交通量的增长对桥梁的疲劳可靠度有较大的影响,在交通量增长系数达到3%或车重增长系数达到0.4%时,某钢箱梁桥在设计基准期内的可靠指标低于目标可靠指标.随机车流模型在桥梁疲劳应力概率分析与可靠度评估中具有较好的适用性.

基于首超准则的随机车流下悬索桥加劲梁动力可靠度评估

为了研究考虑车辆运行状态的大跨度悬索桥加劲梁动位移概率特征及桥梁运营期的安全水平,基于实测车流数据和动力可靠度理论分析悬索桥加劲梁在运营期内车致响应的动力可靠度。建立考虑车辆占有率的桥梁动力可靠度数学模型,分析主跨为820 m的悬索桥在运营期内稀疏运行车辆和密集运行车辆作用下的加劲梁位移动力可靠度。研究结果表明:在随机车流作用下,悬索桥加劲梁在1/4跨节点的位移动力响应均方根最大,且加劲梁位移的界限跨越率随车辆样本数量的增大趋于稳定;在100 a内,实际运行状态下的动力可靠指标由5.92降至5.11,介于密集运行状态与稀疏运行状态之间;在不考虑桥梁抗力退化的情况下,随机车流作用下悬索桥加劲梁位移超限失效事件主要由密集运行车辆引起,但随着密集运行车辆的增大,可靠指标下降趋势减缓。

弦杆灌浆的方钢管桁架-混凝土组合梁受弯承载力试验及数值分析

对上下弦杆灌浆的方钢管桁架-混凝土组合梁在竖向荷载下的受弯承载力进行试验研究,同时采用Abaqus有限元软件建立数值模型,对比组合梁竖向荷载-跨中挠度曲线、上下弦钢管应变变化曲线的试验和模拟数据,分析受力过程机理,在此基础上建立了方钢管桁架-混凝土组合梁正截面受弯承载力计算公式.研究结果表明:弦杆灌浆的方钢管桁架-混凝土组合梁具有较高的承载力和良好的延性性能;组合梁受弯承载力随着下弦钢管截面面积的增加而增大,而上弦钢管截面面积和节点间距对组合梁受弯承载力影响不大;建立的正截面受弯承载力计算公式与试验结果吻合.研究结果可为同类组合梁的工程应用提供参考.

有限角度水浸超声检测空间复合成像

为降低噪声及伪影对水浸B扫成像的影响,提高成像分辨率及对比度,研究了一种适用于水浸检测的有限角度空间复合成像方法。控制不同入射角,实现角域回波信号的采集,采用希尔伯特变换对回波信号进行包络处理,考虑水与工件的声学差异,通过修正渡越时间偏差及折射路径偏差对有限角度内的回波信号进行重构,实现空间复合成像。以钢试块的水浸超声检测为例,对入射角为-7°、-5°、-3°、-1°、0°、1°、3°、5°、7°的回波信号进行空间复合成像,成像结果表明相对于普通B扫查成像,其成像信噪比及对比度噪声比平均分别提高了9.1 d B、5.6 d B,成像横向分辨率平均提高了17.6%,为水浸超声检测提供了一种高精度B扫成像方法。