基于有限元的在役桥梁综合损伤评测法

为研究在役桥梁遭受混凝土开裂、钢筋锈蚀、预应力缺损等诸多病害作用下梁体的实际刚度分布状况,根据平截面假定及有限元基本原理,推导梁桥纵向刚度分段求解方程组.借助室外实梁试验,通过施加跨中集中荷载,读取纵梁各代表性分段测点挠度值以修正桥梁纵向刚度.分析结果表明:由于损伤原因及损伤程度各不相同,实际梁体刚度分布随纵向分配区域...     

重车荷载作用的简支梁桥荷载效应极值预测

为了准确预测重车荷载作用的简支梁桥荷载效应极值,充分考虑了过桥重车的随机性特征和不同重车荷载事件出现的概率,基于经典极值理论,提出了不同重车荷载事件的组合广义极值分布(CGEV)极值预测方法,通过数学推导和数值算例证明了该方法的合理性.同时,以一座简支梁桥为工程背景,采用CGEV方法预测简支梁桥在重车荷载作用下的荷载效应极值.研究结果表明:采用CGEV方法预测桥梁的车致荷载效应极值精度较高且工程应用方便,最大预测误差为4%,而传统混合数据的单一广义极值分布(SGEV)的桥梁车致荷载效应极值预测误差最小为36.6%;简支梁桥的车致荷载效应可以基于同时过桥的重车数量划分荷载事件类型,其车致荷载效应极值主要受2辆重车过桥事件控制;为了保证简支梁桥的安全运营,建造时应有适当的安全储备,管养时应结合实际情况对过桥重车采取相应的限载措施.     

基于DIC技术的钢筋混凝土梁损伤识别

为研究钢筋混凝土梁基于数字图像相关技术(Digital Image Correlation, DIC)的损伤识别,设计了4组不同剪跨比的钢筋混凝土梁构件,并在构件表面采用人工制作散斑图;采用DIC技术测量梁全跨长的竖向位移,同时采用传统位移计和激光位移计测量梁跨中的竖向位移;采用格林函数、第一类Fredholm积分以及正则化数值解的数学算法,建立了梁构件在荷载作用下弯曲刚度分布的损伤识别方程.基于DIC技术测量的试验梁荷载-挠度位移曲线,识别了不同荷载下混凝土梁的刚度损伤情况.研究结果表明：DIC技术测量与传统位移测量得到的位移曲线基本一致,误差在可接受范围以内;建立的损伤识别方程对梁的刚度识别精度较高.     

基于频率测试的在役简支钢箱梁桥简化安全评估

文章推导了一种在役简支钢箱梁桥的简化安全评估方法,分析了在役钢桥安全评估的前提假设,提出了适用于工程检测实践的"区段模型";在对比前人得到的频变-损伤线性函数基础上提出了区段损伤的无量纲频变函数,采用ANSYS和Origin软件计算并拟合了Fi-Sk关系曲线以便于实际运用;引入了桥梁安全评估指标并推导了在2种情况下的表达式;总结了简化安全评估的步骤,并给出了一个算例。     

简支梁桥荷载试验横向分布系数分析方法

在桥梁设计的内力分析中,横向分布系数的简化计算方法有多种.但通过荷载试验结果来分析桥梁在成桥状态下的实际横向分布系数,有待深入研究.本文通过对简支梁桥跨中挠度与横向分布系数之间的关系进行理论分析,认为可通过实测跨中挠度计算各梁的横向分布系数,并以某桥的荷载试验为例,以此分析成桥后梁与梁之间的实际横向联系效果.     

装配式空心板梁桥铰缝损伤评估方法

目的推导一种装配式空心板桥铰缝损伤后跨中截面荷载横向分布系数的计算方法,解决装配式空心板梁桥铰缝损伤程度量化评估问题.方法基于传统铰接板梁法理论,以铰缝抗剪刚度的大小来表征铰缝的损伤程度,引入了一个空心板铰缝协同工作系数φ,并建立了其与铰缝抗剪刚度的模型关系以及与铰缝剪力抗力值、剪力效应值的功能函数关系,从而在正则方程中考虑铰缝损伤对荷载横向分布系数的影响,得到装配式空心板梁桥铰缝损伤的评估模型,计算其跨中截面荷载横向分布系数,并与实桥数据、有限元法(ANSYS)及传统铰接板梁法的计算结果进行对比.结果铰接板梁法计算结果与实桥数据相比其相对误差在5.9%～20.5%;ANSYS有限元法计算结果误差在2.7%～4.4%;修正铰接板梁法计算结果最大相对误差仅为2.7%.结论量化评估方法能够较好地适用于装配式空心板梁桥荷载横向分布系数的计算,计算结果与实桥数据较为接近,为实际工程中装配式空心板梁桥受力状况的评估可提供参考.     

基于对称挠度差值影响线的装配式简支空心板桥上部结构损伤识别

根据荷载横向分布将空心板桥简化为单板,依据虚功原理推导了考虑荷载横向传递的简支梁上任意截面的挠度影响线、对称挠度差影响线及其曲率的解析表达式.由解析解可知,集中荷载位于无损区域和损伤区域时,挠度差值与荷载位置分别呈二次方和四次方关系;损伤区域和与其相对称的区域的挠度差值曲线的曲率与荷载位置呈二次方关系,其余区域的挠度差值曲线的曲率是常量,因而挠度差值曲线及其曲率曲线上存在拐点且拐点与无损区域和损伤区域的界线相对应.基于此,提出了基于挠度差影响线及其曲率的空心板局部损伤快速识别方法和应用模式.该方法仅需一辆机动车移动加载和一个挠度测点,即可对空心板的局部损伤进行识别.     

基于Rayleigh法的简支梁桥自振频率计算

简支梁桥动载试验时,由于激振车辆的存在,通过仪器测得的是桥梁的有载频率,而非自振频率。按照Rayleigh法建立理论计算模型,给出有载频率解析计算公式,进一步通过有载频率解析计算公式得到自振频率计算公式。将简支梁桥跳车激励模型简化为单、双轴计算模型,推导了采用正弦函数、跨中有集中力作用下梁的静挠度曲线和均布荷载作用下梁的静挠度曲线分别作为振型函数时单轴和双轴计算模型自振频率计算公式。最后以某简支梁桥为例,通过数值计算比较了三种振型函数的计算精度,并推荐了单轴和双轴计算模型计算时宜采用的振型函数。     

简支梁车桥耦合振动及其影响因素

针对主梁刚度下降对车桥耦合振动响应的影响问题,提出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动响应数值分析方法.将桥梁与车辆模型独立建于ANSYS环境下,并通过APDL编程语言实现耦合关系,得到振动时程响应曲线,与相关文献对比验证其正确性;并利用该算法研究了当车辆行驶速度、刚度下降段长度、刚度下降比例变化时简支梁桥的车桥耦合振动特性,给出了冲击系数、加速度峰值等参数的三维变化曲面图,分析各参数对车辆过桥时的耦合振动影响.研究结果表明:该算法与传统算法相差小于1％;当简支梁主梁刚度下降时,跨中挠度冲击系数最大值为0.168,跨中弯矩冲击系数最大值为0.239,车辆竖向加速度最大值为0.973,跨中截面竖向加速度最大值为1.354;并且以上参数受到车辆行驶速度的影响程度较大,受主梁刚度降低的影响较小.     

重载列车作用下桥梁振动荷载识别及减振控制

为了深入分析重载列车对桥梁的振动影响,对实际桥梁按照等截面模型简化,对比简化前后跨中最大挠度,表明简化模型与实际模型的挠度误差很小.基于TB 10002.1—2017中规定的中-活载,在振型分解法的基础上,通过求解列车荷载脉动系数,提出桥梁活荷载的识别方法,得到桥梁跨中最大挠度,验证桥梁活载识别方法的有效性.研究结果表明:在识别列车荷载作用下,桥梁跨中最大挠度超过规范限值,选用调谐质量阻尼器(TMD)对桥梁进行振动控制,在安装TMD系统后桥梁各工况下跨中挠度明显减小,TMD对于重载铁路桥梁有较好的减振效果.     

叠合板用预制预应力混凝土带肋薄板的刚度试验研究与计算方法

为探讨新型预制预应力薄板(带肋且肋上设有孔洞,截面刚度呈阶梯形变化)的短期刚度与弯曲挠度的计算方法,进行了10块矩形肋预制预应力带肋薄板、2块T形肋预制预应力带肋薄板静载试验,得到了跨中荷载-挠度曲线.理论推导得到考虑肋上孔洞分布及肋端缺口的预制预应力带肋薄板弯曲挠度通用公式以及等效刚度公式,便于编制计算机程序进行计算...     

基于刚度降低的大跨径PC连续箱梁桥跨中挠度分析

为了研究大跨径PC连续箱梁桥刚度降低对跨中挠度的影响,首先,通过一组小梁试验,总结了简支梁在集中力作用下的裂缝发展及分布规律;其次,建立了三个不同跨径的三跨连续箱梁桥有限元模型,采用跨中向两侧逐步降低单元刚度的方法模拟损伤,在集中力作用下跨中挠度呈现了“快速发展-缓慢增加-加速下挠”的变化规律。同时,计算了某实桥在预应力降低的条件下跨中挠度的变化情况,并提出了顶底板的预留预应力束张拉位置的建议。     

预应力钢桁架加固简支梁桥方案研究

为了验证预应力钢桁架加固桥梁这种全新加固方法的可行性,先通过力学公式对加固原理解释推导,并用有限元分析软件Ansys建模进行计算验证;再以一8m长的简支梁桥为例进行分析,设置一系列均布荷载和集中荷载梯度值,通过对比预应力钢桁架加固前后梁内的弯矩和最大挠度值的变化情况,探究其加固效果.分析结果表明,通过合理地布置预应力钢桁架对简支梁桥进行加固,能有效地改善简支梁梁内的弯矩受力,减少梁的最大挠度值.     

基于刚度降低的大跨径预应力混凝土(PC)连续箱梁桥跨中挠度分析

为了研究大跨径预应力混凝土(PC)连续箱梁桥刚度降低对跨中挠度的影响。首先,通过一组小梁试验,总结了简支梁在集中力作用下的裂缝发展及分布规律;其次,建立了三个不同跨径的三跨连续箱梁桥有限元模型,采用跨中向两侧逐步降低单元刚度的方法模拟损伤,在集中力作用下跨中挠度呈现了"快速发展-缓慢增加-加速下挠"的变化规律。同时,计算了某实桥在预应力降低的条件下跨中挠度的变化情况;并提出了顶底板的预留预应力束张拉位置的建议。     

基于不同载重与车速的简支梁桥动力响应

采用振型分解法求解车桥耦合振动方程,分析简支梁桥在不同载重和车速作用下的动力响应.车辆采用1/2车模型,简支梁桥采用欧拉梁,建立车桥耦合振动方程,运用Ansys软件,得出简支梁桥跨中挠度变化曲线.结果表明,车辆载重的增加导致桥梁跨中挠度增加,车辆标准载重及车辆超载100%时跨中挠度分别为0.028,0.049 m.随着车辆速度增加,简支梁桥跨中挠度在车速60 km/h时达到峰值,此时桥梁与车辆产生共振.     

基于无铰拱挠度影响线的上承式拱桥损伤识别研究

通过弹性中心法简化悬链线无铰拱体系力法方程,利用近似曲线拟合简化拱轴曲线积分,推导无铰拱结构拱顶冗力影响线解析表达式,研究了移动荷载与测点、损伤点相对位置之间的规律,得到结构损伤前后任意点的挠度影响线解析表达式,进而求解结构损伤前后挠度影响线差值曲率解析解.研究表明,当移动荷载作用于拱结构损伤区域内时,挠度影响线差值曲率曲线产生突变,从理论上证明了该指标可以用于无铰拱结构损伤识别,进而提出挠度影响线差值曲率损伤识别指标.以无铰拱桥主要受力构件拱肋为研究对象,通过构建不同损伤工况下挠度影响线差值曲率幅值曲线,拟合损伤程度—幅值关系公式,并反演损伤程度,实现损伤程度的精确定量,并结合某上承式箱型拱桥结构模型算例验证,表明所提损伤识别方法用于拱桥结构损伤识别效果良好,具有工程应用价值.     

基于过桥汽车动力响应的桥梁损伤识别

为了识别桥梁结构的损伤,提出了由过桥汽车的加速度响应识别桥梁损伤的灵敏度分析方法.将桥梁等效为等长的欧拉梁单元,汽车等效为单自由度3参数模型,将桥梁各单元抗弯刚度的减小(即损伤的程度)定义为损伤因子.根据损伤因子,采用最小二乘法和正则化方法,可用测试得到的汽车加速度响应识别桥梁损伤.结果表明:损伤识别结果对汽车参数变化比较敏感,汽车过桥行驶速度和采样频率对迭代次数有显著影响;损伤识别误差随着桥面不平顺和测试噪声的增加而加大.     

受硫酸盐腐蚀的锈蚀型钢混凝土梁抗弯刚度研究

型钢混凝土梁可能同时出现型钢锈蚀、混凝土受硫酸盐腐蚀的情况,为了研究此情况下的适用性问题,进行了四种不同情形(硫酸根离子浓度为0%、3%、6%、10%;型钢因锈蚀引起的失重率分别为0%、12%、28%、36%)下型钢混凝土梁受弯变形性能的试验研究。对各型钢混凝土梁进行了三分点处的集中加载,测得跨中挠度-荷载曲线与挠曲线,分析了延性性能的变化。结果表明,当混凝土受硫酸盐腐蚀及型钢锈蚀程度逐步加深时,跨中挠度-荷载曲线的非线性段逐步提前出现,梁的延性逐步增大,极限挠度值逐步降低,梁的抗弯刚度B_s也下降。进一步分析了出现这些规律的主要原因,并基于跨中挠度-荷载关系获得了梁短期抗弯刚度B_s的确定方法,可用于适用性中变形条件的验算。     

车辆参数对车-桥耦合系统变截面连续梁桥损伤识别的影响

文章研究车-桥耦合系统的非线性振动特性,采用有限分段思想,建立1/4车辆模型和变截面连续梁桥的车-桥耦合振动方程,在MATLAB环境下编制基于Runge-Kutta算法的车-桥耦合振动数值分析程序,得到桥梁跨中位移响应;以某三跨混凝土连续梁桥为算例,分析车桥质量比、车辆速度、车辆弹簧刚度、信噪比4组参数的变化对变截面连续梁桥损伤识别的影响。结果发现：车桥质量比和信噪比较大时,桥梁损伤识别效果较好;较低的行车速度有利于桥梁的损伤识别研究;车辆弹簧刚度的影响非常小,可忽略不计。     

基于梁格法在用简支梁桥荷载横向分布应用研究

基于梁格理论建立在用简支梁桥空间梁格有限元计算分析模型,分析了纵梁间不同横向连接形式的模拟及虚拟横梁间距、截面特性值的取值对荷载横向分布的影响特征和规律.同时,提出了基于梁格法调整纵梁间横向弯矩传递有效值及虚拟横梁截面特性值的在用简支梁桥荷载横向分布实用计算方法,并通过与实际桥梁结构静载试验的挠度、应力等结果的对比,验证了方法的正确性.