高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应分析

以徐州至盐城新建高速铁路项目为依托,研究了高速铁路大跨度钢管混凝土系杆拱桥温度效应问题.采用有限元模型分析软件Midas Civil建立全桥有限元模型,在整体升温、梯度升温、拱肋纵/横向温差等温度效应工况下,温度效应对桥梁内力及变形的影响进行分析.结果表明:温度效应对弯矩影响较大,拱肋与梁体连接处为内力薄弱点,是最容易发生破坏的部位;对温度效应下桥梁关键部位应力进行分析,整体温度变化对主梁及拱肋应力影响较大,应力最大值均出现在拱脚;温度效应作用下,主梁和拱肋变形只在整体温度变化工况下有明显变化,主要表现在纵向和竖向变形;对温度效应下吊杆内力进行分析,整体升温和梯度升温对吊杆内力影响较大,较大紧绷出现在5号和10号吊杆;通过参数及敏感性分析,研究温度效应对桥梁结构的影响规律,在设计和施工中减少温度效应对结构的影响;通过对大跨度钢管混凝土系杆拱桥在温度效应下的力学特性分析,分析结果为同类型桥梁的温度效应分析提供依据和参考.     

基于稳健回归法的自锚式悬索桥荷载效率系数优化

为解决自锚式悬索桥荷载效率系数取值不合理问题,以珠海白石桥为研究对象,通过稳健回归法对自锚式悬索桥的荷载效率系数进行优化研究。研究了主梁、主塔的结构响应与荷载效率系数之间的关系,并确定合理的荷载效率系数取值。首先,基于白石桥的现场试验得到该桥主梁和主塔在分级加载下的响应值。其次,采用MATLAB软件建立荷载效率系数与结构响应的线性稳健回归模型,并对该数学模型进行可靠性分析。然后,利用该稳健回归模型对规范要求荷载效率系数下的结构响应(主梁挠度、应力以及索塔偏位)进行预测和误差分析,并以误差值最小时的荷载效率系数值作为最终优化值。最后,基于另外2座结构形式相同的自锚式悬索桥的现场试验数据对以上研究结果进行验证。研究结果表明:提出的稳健回归分析法得到的结构响应预测值与试验测试值具有较好的一致性,可对自锚式悬索桥主要构件的荷载效率系数进行有效优化;当自锚式悬索桥主梁的荷载效率系数小于0.68、主塔偏位荷载效率系数小于0.82时,其结构响应均为线性变化;当主梁荷载效率系数取0.68时,其结构响应的预测值与实测值的相对误差可控制在3%以内;索塔偏位荷载效率系数取0.82时,其预测值与实测值的相对误差也可控制在容许范围内,即自锚式悬索桥的主梁和索塔偏位荷载效率系数应分别优化至0.68和0.82。该方法可为自锚式悬索桥的快速评定提供有力理论支撑,并为后续相关规范的完善提供一定的参考依据。     

刚性吊杆拱桥主要受力构件冲击效应差异性

拱梁组合体系桥梁以主梁、吊杆和拱肋构成上部结构,为分析此类桥梁各主要受力构件的冲击效应差异性,对复杂桥梁的结构设计及承载能力评估提供冲击效应分析的方法参考,依托厦门天圆大桥,建立精细三维车桥耦合振动体系的分离迭代法,开展拱梁组合体系主梁、拱肋、刚性吊杆构件的冲击效应数值计算,分析行车速度、路面不平度、不同车辆模型、车辆行驶的车道位置等因素对各主要构件冲击系数的影响,并利用结构实测应变数据计算实测冲击系数,验证数值计算结果的可靠性.研究表明,拱梁组合体系桥梁3种主要受力构件的冲击效应存在显著的差异性,且比按照规范依据桥梁基频计算的冲击系数大;拱桥刚性吊杆尤其是短吊杆冲击效应较大,在桥梁运营及维护中应重视其动力问题引起的结构安全问题.     

日照作用下遂德高速不等跨径装配式桥梁的温度效应

山区不等跨径装配式桥梁在日照温差影响下存在较高程度的开裂风险，本文以遂德高速公路在建九岭岗大桥为工程实例，采用Midas civil数值模拟并结合现场温度场监测的方法，研究了在不等跨径桥梁结构中的温度效应问题，并与现行规范进行对比分析.研究结果表明：温度梯度沿主梁竖向变化显著，高温差主要位于顶板；温度梯度作用下主梁顶板下缘的拉应力最大，较大的温度应力易使混凝土产生纵向裂缝；温度梯度效应作用下，相邻不等跨径主梁支座截面应力大于跨中截面应力，截面梁高越高、跨度越大的主梁产生的温度应力越大；相邻不等跨径主梁因温度效应产生的内力和变形不同，活动端纵向位移最大，存在落梁风险.研究结论为山区日照温差影响下的桥梁工程建设提供一定的理论依据，对防治工程病害及提高结构耐久性具有参考价值.     

广州大桥主桥静载试验与分析

对广州大桥主桥进行了静载试验,将试验数据与ANSYS空间实体有限元模型的计算结果进行了对比分析,结果表明实测的桥梁纵向挠度分布曲线和各主梁应变横向曲线与理论计算结果一致,结构具有较好的变形恢复性能,该桥整体性能基本满足设计要求．     

桥梁运营监测数据相关性分析及温度效应剔除

针对某重载铁路桥梁运营监测数据,获取了温度、应变及挠度的基本特征,分析了结构温度与环境温度、结构应力以及结构挠度之间的相关性。进而将运营监测数据的组成分为荷载高频段和长波低频段,采用小波变换,将二者进行分离,分别得到了由温度效应和外部荷载所引起的桥梁应力及挠度数据,结果表明：桥梁结构温度变化主要依赖于其所处的环境温度;主梁截面温度较桥墩截面温度在趋势上更符合环境温度的变化;主梁在纵桥方向上的不同位置具有一致的温度分布形式;温度对桥梁应力和挠度均具有较强的相关性;剔除温度效应得到的列车活荷载作用下桥梁结构的响应结果更为精确,可为后续桥梁运营安全分析与评估提供科学数据和参考。     

混凝土厚壁箱形墩温度场观测与数值模拟

在现场实测温度资料的基础上,分析了某混凝土厚壁箱形墩在日照温差作用下的温度分布,并参照国内外规范及经验公式,用指数函数形式拟合出了最大温差时刻的温度梯度模式,分析结果对研究贵州地区混凝土墩柱结构的温度分布规律及同类型桥梁的设计和施工有一定的参考价值.采用有限元程序ANSYS对箱墩温度场进行了数值模拟分析,其理论计算结果与实测值吻合较好,从而证明了用ANSYS模拟温度场的可行性.该方法同样适用于同类型混凝土结构的温度场模拟.     

基于长期观测的混凝土箱梁温度与应变分析

基于对某预应力混凝土连续箱梁桥为期5年的温度与应变观测,系统地研究了混凝土箱梁截面内最大竖向温差以及各部位混凝土应变随时间长期变化的规律.基于相关性分析提出了一种由环境最高温度对无铺装层和有100 mm沥青铺装层的混凝土箱梁竖向正温差的极限值进行预测的方法,得到的有100 mm沥青铺装层的混凝土箱梁的日最大竖向正温差和箱外日最高温度的相关系数为0.73,在此基础上得到了相应的混凝土箱梁计算梯度温度模式.通过回归分析得到了混凝土箱梁应变增量和最大竖向正温差的关系式,得到的底板纵向日最大应变增量和日最大正温差的相关系数为0.64,由此可对混凝土箱梁应变增量的大小进行评估.     

混凝土箱梁水化热温度徐变应变分析

针对桥梁设计中混凝土箱梁水化热温度应变难以精确分析的现象,基于预制梁场混凝土箱梁水化热温度应变现场试验,采用初应变增量有限元法建立混凝土箱梁水化热温度应变的弹性徐变理论隐式解法数值模型,分析实测水化热应变、温度徐变应变及温度弹性应变三者之间的差异,研究混凝土箱梁水化热温度应变受徐变影响的规律。研究结果表明:拆模后箱梁顶板、底板水化热温度应变均为压应变且算术平均值基本一致;混凝土箱梁顶板水化热温度应变变化速率略小于底板水化热温度应变变化速率;徐变对混凝土箱梁水化热温度应力应变影响非常大,实际应变仅约为温度弹性应变的一半,因此,早龄期混凝土结构温度弹性应力减半更符合实际情况;混凝土箱梁水化热温度应变实测数据略大于温度徐变应变计算值,说明本文数值模型可准确有效模拟箱梁水化热温度应变真实状态、有助于桥梁分析设计。     

温差作用下钢筋混凝土压弯构件的应力分析

采用粘结滑移模型并考虑温差作用的影响,建立了压弯构件应力分析的计算模型及平衡方程,通过理论推导给出了方程的解答,导出了压弯构件的应力公式。进一步分析了在温差作用下压弯构件的应力分布规律,着重分析了不同的裂缝间距、温差等参数对钢筋混凝土应力的影响,得出了应力-裂缝间距分布曲线。     

基于监测数据的混凝土箱梁温度与应变多尺度相关性分析

不均匀的温度分布会使混凝土箱梁产生显著的应力和变形,进而危及结构安全。文章基于一座在役混凝土箱梁的温度与应变监测数据,分析了其温度分布特征及应变演化规律,研究结果表明：箱梁结构竖向以及沿顶板、腹板厚度方向均存在明显的不均匀温度分布;箱梁结构的温度和应变在年和日两个时间尺度上均表现出明显的周期性变化。此外,初步研究了温度与应变的相关性,发现二者的Spearman相关系数达0.91。在此基础上,利用小波变换将应变监测数据分离为不同频率组分,其中a6层和d6层分别与季节温度变化和日温度变化具有显著的关联性,从而进一步揭示了温度对应变的影响机理。研究成果对增强桥梁结构运营期间的安全性和耐久性具有指导意义。     

基于长期监测数据的桥梁局部时变可靠度分析

本研究提出了一个基于长期监测数据的桥梁局部时变可靠度分析方法。首先,对原始监测应变数据进行预处理,滤掉电磁干扰导致的异常数据;然后,考虑到季度温度效应对监测应变数据统计特征的影响,基于年温度监测数据,采用聚类分析法,对桥梁局部位置的监测数据进行统计时间段划分,实现了统计时间段内荷载效应数据对应统计特征的提取;进而,结合结构抗力经时变化模型,对桥梁结构考虑抗力衰减的抗力时变概率分布进行分析;最后,对在役桥梁局部监测点位置进行了全期局部时变可靠度分析。通过实桥数据分析,验证了所提方法的合理性和有效性,为桥梁结构局部时变可靠度分析提供了理论基础和应用方法。     

陕北榆林地区混凝土箱梁温度梯度分析

针对混凝土箱梁的温度作用效应直接影响施工过程的安全性及后期使用阶段的可靠性,结合陕西省府谷县华建大桥施工控制,对其箱梁连续3d的温度场及温度效应进行观测,以及对该桥进行温度参数识别,基于传热学经典理论,建立数值模型,采用瞬态热分析方法,得出相应的理论温度场。通过与实测温度梯度值的分析比较,采用回归分析方法,推导出适用于陕北地区冬季混凝土箱梁温度梯度计算模式。     

基于静动载试验的预制装配式T梁桥承载能力

为评价新建预制装配式桥梁的结构性能和工作状态,对遂德高速公路九龄岗大桥40 m T梁段进行单梁静载试验、全桥静动载试验以及有限元仿真分析。通过静载试验测试了单梁与成桥阶段控制截面的应变、挠度,并结合有限元计算结果对比分析,采用脉动试验和行车试验获得了桥梁的自振特性、不同行车速度下的动力效应和冲击效应。研究表明：单梁与全桥静载作用下结构应变及挠度校验系数均满足规范要求,卸载后相对残余应变及位移远小于规范规定的20 %,结构承载能力良好;边梁在各级加载下的挠度、应变值与荷载横向分布系数均大于中梁,总体上变形、应力分布较均匀,结构抗扭刚度与强度有一定安全储备;脉动试验实测阻尼比为1.139 %,小于规范规定的5 %,该桥动力特性良好,在结构体系振动过程中具有较好的能量耗散性能;行车试验中随着车速增加,结构动力效应越显著,动挠度、动应变与冲击系数有明显增大的趋势,实测冲击系数为0.065 ～ 0.133 ,表明该桥面平整度良好。     

钢-混凝土组合箱梁沥青摊铺温度场试验

为了解决沥青摊铺高温对桥梁结构影响的问题,结合在建中的跨线桥梁,在典型断面竖向钢筋混凝土桥面板及钢箱腹板内埋设了相关的温度传感器,在实桥沥青摊铺过程中对各断面的测点温度进行了全程的动态测量,收集了摊铺沥青混凝土引起的钢-混凝土组合箱梁内温度分布及其变化情况,得出桥面板内的温度梯度在距梁顶一定范围内呈双线性分布,拟合沿箱梁高度方向的温差曲线.并且对解决箱梁竖向的较大温差造成的不利影响提出了相关建议.     

桥梁长期健康监测大数据温度与应变特征及关联性分析

针对在珠江黄埔大桥北汊斜拉桥稳定运营阶段采集到的温度和应变大数据时间序列,进行特征分析,获取了温度和应变数据的基本特征,初步探索了二者的关联性。进一步利用傅里叶变换和小波变换对监测数据进行分析。结果表明温度与应变数据存在周期为24 h和12 h的频域成分,并且温度与应变之间有明显的正相关性。最后,建立了斜拉桥的整体和关键局部梁段有限元模型;结合小波变换的小波细节层信息,验证了24 h周期的温度与应变信号之间的关联性,证明了日温对应变有显著的影响。对桥梁长期健康监测温度和应变大数据所采用的数据分析方法及有限元验证方法可为桥梁长期健康监测数据的分析和数据挖掘提供有价值的参考。     

基于遗传算法的混凝土箱梁日照温度场的仿真分析

针对混凝土箱梁日照温度场仿真计算中材料参数难以准确取值的问题,建立了基于遗传算法的混凝土箱梁日照温度场计算模型。通过对某大型混凝土箱梁桥日照作用下温度场的模拟表明,该模型具有很好的适应性,虽然不一定能找寻出材料的真实性能参数,但可以较为准确地模拟日照辐射作用下混凝土箱梁的温度场。     

箱形梁桥横向内力计算的计算机方法

针对箱形梁桥设计中桥面板横向内力计算问题进行分析，探讨了考虑桥梁纵向挠曲作用对横向内力计算的影响，以及在横向框构中考虑材料在应力─应变的线性与非线性关系两种不同状况下内力分布的变化，提出了箱形梁桥横向内力在工程设计中的计算机分析方法，编制了计算程序，并对实例进行计算比较。     

单箱三室混凝土箱梁桥温度变形原位实验研究

为研究温度对桥梁支座位移的影响,以西安西咸新区红光路沣河大桥为研究对象,现场实测了箱梁截面的温度和支座位移。主桥为7跨变截面连续梁桥,截面为宽度达27 m的单箱三室箱梁。选择典型截面在混凝土表面布置了58个温度传感器,同时测量了7个位置的大气温度,以及在南北支座布置了2个位移传感器。分别于2015年9月5日和2016年4月18日进行现场实验研究。结果表明,由于箱梁截面的温度分布不均匀,在日温差仅为12.3℃,直接根据某一区域的温度进行支座位移计算的误差很大,误差最大甚至达931%;而根据形心点温度进行支座位移计算的误差相对较少,最大误差为35.9%。可供类似工程设计参考。