基于随机子空间的钢管混凝土拱桥模态参数识别

结构模态参数识别是结构健康监测领域研究的重点.基于随机子空间法理论,在环境激励下对某钢管混凝土拱桥拱肋进行模态参数识别,得到该桥拱肋的固有频率、阻尼比和振型等模态参数;用Midas-Civil有限元软件建立该桥梁的计算模型;对实测结果和计算结果进行对比,验证识别结果的可靠性.试验结果可作为该桥梁的损伤识别、使用状态评估和健康监测的基础.     

基于曲率模态的拱板结构损伤识别

以两边铰支的圆弧形拱板为研究对象,通过有限元数值模拟计算得到拱损伤前后的第一阶模态参数,然后运用中心差分法近似求得拱板面内两方向的径向位移模态曲率和转角位移的二阶导数,并用于拱板的损伤检测研究.结果表明:当布置有足够数量的振型测点时,拱板损伤前后径向位移两方向模态曲率差之和与转角位移两方向二阶导数差之和均可有效地用于拱板损伤的探测和定位,并大致判断其损伤程度.     

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.     

拱肋损伤肋拱桥动力响应试验研究

针对某服役40余年的钢筋混凝土旧拱桥制作了有机玻璃缩尺模型,结合实际工程结构中拱肋的损伤情况,利用切口在模型中拱肋截面的不同位置来模拟损伤,对拱肋截面不同位置发生不同程度损伤情况下的拱桥模型进行了动力模型试验研究,得到了各种损伤情况下结构频率、振型、拱肋上点的动应变;基于ANSYS有限元分析软件对各种损伤状态下结构的动力特性进行了数值模拟;探讨了动力损伤指纹（频率、振型、动应变）对拱肋损伤的灵敏性和变化规律.研究结果表明,结构的一阶水平自振频率对拱肋截面损伤灵敏度较高,1/8～1/4跨度拱肋范围内拱肋截面的损伤对结构自振频率影响较其他位置略微显著;结构振型曲线对拱肋跨中截面的损伤灵敏度较高;竖直方向的振型曲线较水平方向振型曲线对损伤的敏感性高;拱肋动应变对拱肋截面的损伤较为敏感.     

基于曲率模态的钢管混凝土拱桥吊杆损伤识别

为研究曲率模态参数在吊杆损伤状态下的响应情况,以某钢管混凝土拱桥为研究对象,进行基于曲率模态的吊杆损伤识别模拟.利用ANSYS软件建立桥梁有限元模型并得到其动力特性,模拟各种不同工况,比较结构曲率模态参数的变化情况.结果表明:采用曲率模态指标可以识别吊杆损伤位置,综合考虑多阶振动情况下的平均曲率模态指标可以提高识别的准确性,并初步估计损伤程度;多吊杆损伤情况可以看成单一吊杆损伤情况的累加.     

基于改进的模态往复pushover法的拱桥抗震性能评估

针对目前拱桥抗震性能评估方法的不足以及抗震设计规范的局限性,引入改进的模态往复pushover分析,利用Ghobarah隐式双参数指标进行拱桥结构损伤评估.建立了3组刚架拱结构的有限元模型,拱肋均采用跨度为5.4 m的钢管拱肋,桥墩分别为钢筋、钢骨以及钢管混凝土桥墩.对3组刚架拱结构采用倒三角荷载分布形式的侧向力,进行了OBG、SFS、TAR等3条地震波的MMCP法分析和动力时程分析,得到墩顶位移、滞回耗能和损伤指标曲线.研究结果表明:1MMCP法可用于拱结构的抗震性能评估;2MMCP法能够准确地预测拱结构整体的损伤情况;3MMCP法可与桥梁规范的设计反应谱相联系,使评估结果具有一定的普适性、安全度.     

滹沱河特大桥转体施工控制测量方案与实施

张石高速石家庄北出口滹沱河特大桥主跨为三跨中承式提篮系杆混凝土拱桥,主跨采用竖向转体施工,为了保证桥体的空间位置及桥体的合理受力,介绍了该桥钢管拱肋竖向转体过程中测量控制,提出了提篮式钢管拱桥在竖向转体施工中的空间定位关键技术.     

简支梁损伤的模态曲率差值试验分析

在模态曲率差理论的基础上,运用采集和实时分析软件DASP得到结构位移模态分析数据,分析不同损伤状况下简支梁结构的模态曲率差曲线及损伤前后结构的固有频率.试验结果表明:模态曲率差指标能很好地识别出单个单元损伤和多个单元的损伤位置;单点或多点损伤的一阶模态曲率差值曲线的识别效果较为准确,损伤程度与曲线峰值的大小能够相对应,一阶模态曲率差曲线对损伤位置敏感性较强;该方法的进一步完善使得对大型结构进行无损检测成为可能.     

采用应变模态柔度曲率差识别结构损伤

用随机子空间法从结构的响应信号中提取模态参数,构建模态柔度曲率差MFC进行损伤识别.通过简支梁线单元模型仿真算例,对比了位移模态与应变模态识别损伤的效果,并由实体单元模型仿真算例考察了应变信号采集位置对损伤识别效果的影响.结果表明,应变模态应用于损伤识别在抵抗噪声方面优于位移模态,但应变信号的测点需要靠近损伤的位置.     

斜拱肋倾角变化对斜靠式拱桥地震响应的影响

以某钢管混凝土斜靠式拱桥为例,建立了空间杆系有限元计算模型,研究了斜靠式拱桥斜拱肋倾角变化对拱桥基频、地震内力和位移响应的影响. 研究结果表明: 随着斜拱肋倾角的增大,斜靠式拱桥的侧向刚度显著提高、主拱肋和斜拱肋在横桥向地震作用下的轴力和面内弯矩均有不同程度的减小;而在纵桥向地震作用下,斜拱肋倾角变化对主拱肋的轴力和面内弯矩影响较小.     

桩-土-结构相互作用对大跨钢管混凝土拱桥风振响应的影响

以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为例,基于ANSYS软件建立了该桥的三维有限元模型,研究了考虑桩-土-结构相互作用对大跨度钢管混凝土拱桥风振响应的影响.结果表明:考虑桩-土-结构相互作用后,结构的自振频率减少,风振响应有所增加.     

钢管混凝土劲性骨架拱桥主拱圈施工方法进展

20世纪,劲性骨架拱桥逐渐由钢筋混凝土拱桥发展而来.劲性骨架由半刚性骨架向钢管-型钢劲性骨架、钢管混凝土劲性骨架发展.与传统的钢筋混凝土拱桥相比,钢管混凝土劲性骨架拱桥主要以钢管混凝土劲性骨架作为支架成拱.拱圈的施工阶段包括钢骨架的架设、管内混凝土的灌注、外包混凝土的浇注.总结了中国钢管混凝土劲性骨架拱桥,讨论了各施工阶段的具体施工方法.在跨径方面,钢管混凝土劲性骨架拱桥将实现明显的增长;拱圈施工控制的重要性日益突出,应进一步研究的工作包括分肋吊装的线形控制理论、外包混凝土分环、分工作面的最优设计准则及斜拉扣索调载理论.     

桩-土-结构相互作用对大跨钢管混凝土拱桥风致反应的影响

以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为例，基于ANSYS软件建立了该桥的三维有限元模型，研究了考虑桩一土一结构相互作用对大跨度钢管混凝土拱桥静风风致反应的影响。结果表明，当基础刚度得到保证后，采用拱脚固结模式进行抗风分析是可行的。     

大跨度钢管混凝土拱桥空间稳定与极限承载力的双重非线性分析

研究了大跨度钢管混凝土拱桥空间稳定与极限承载力双重非线性分析的有限元方法,开发了考虑核心混凝土拉裂的空间杆系有限元程序,弥补了大型通用软件的不足,并通过算例得到了混凝土拉裂对钢管混凝土拱桥稳定与极限承载力影响较大的结论。     

钢管混凝土圆弧拱平面内非线性稳定承载力

采用考虑屈曲前变形的弹性稳定公式,基于统一理论的钢管混凝土截面抗压承载力计算方法,研究了均布径向荷载作用下钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定承载力,并在分析中考虑了几何非线性、材料非线性和拱肋初始缺陷的影响.通过对比有限元结果和各国典型设计规范提供的稳定系数公式,提出了适合钢管混凝土圆弧拱的平面内非线性稳定系数,为钢管混凝土拱桥的设计提供依据.     

空心方钢管混凝土轴压力学性能的试验

通过对15个方钢管圆孔混凝土轴压短柱的试验研究,考察轴压短柱的承载力特性和破坏模式;基于外侧方钢管的横向变形的发展规律,探讨外围钢管对核心混凝土的套箍作用.试验表明,方钢管圆孔混凝土短柱的核心混凝土达到一定厚度时,圆孔混凝土在径向能形成较好的拱效应,可以有效地防止外壁钢管局部失稳破坏,使构件横向变形得到充分发展,提高轴向承载力.     

钢管初始应力对大跨径钢管混凝土拱桥稳定承载力的影响

在钢管混凝土拱桥施工过程中,采用不同施工方法合拢成拱,然后再向管内灌注混凝土,钢管中就产生了较大的初始应力．利用初始应力钢管混凝土的本构关系,分析钢管混凝土拱桥稳定承载力影响程度．计算结果表明,钢管初始应力的存在降低了钢管混凝土拱桥稳定承载能力,且不同的荷载工况影响程度不同．分析大跨度钢管混凝土拱桥稳定承载力时,应考虑钢管初始应力问题．     

钢管混凝土抛物线空腹拱平面内稳定性能

钢管混凝土抛物线空腹拱是在钢管混凝土桁架拱上取消斜腹杆的拱结构。本文采取理论推导和数值模拟相结合的方式,对钢管混凝土抛物线空腹拱的平面内稳定性能进行深入研究。首先,使用有限元软件建立钢管混凝土圆管拱模型,与实验进行对比,证明建模方法的正确性。其次,推导出钢管混凝土抛物线空腹拱的换算长细比,并基于ABAQUS的分析结果,采用考虑矢跨比的轴压稳定系数公式,发现该公式能预测有限元计算结果。再次,对跨中加载和半跨加载分别进行一阶线弹性分析,研究钢管混凝土抛物线空腹拱中压力和弯矩的变化规律,并分析不均匀轴力和不均匀弯矩对压弯设计公式的影响。最后,推导出空腹拱的全截面塑性弯矩公式,根据二分法原理利用python语言求出全截面塑性弯矩的数值,并根据有限元的计算结果,提出压弯共同作用下钢管混凝土抛物线空腹拱的设计公式,使其能用于指导工程实践。     

钢板笼约束混凝土组合柱正截面偏心受压承载力分析

在8根偏心受压钢板笼约束混凝土组合柱试验研究的基础上,基于箍筋的拱作用原理和方钢管混凝土承载力的计算方法,参考混凝土结构设计规范中偏心受压柱承载力计算的相关公式,提出钢板笼约束混凝土组合柱偏心受压情况下的正截面承载力计算方法,并将计算结果与试验数据进行对比.结果表明:可采用混凝土结构设计规范提供的方法计算钢板笼约束混凝土组合柱偏心受压承载力,理论计算结果和试验数据吻合地较好.     

百米中承提篮式钢管混凝土拱桥分析

概括地介绍了净跨百米的中承提篮式钢管混凝土拱人行天桥，并对该桥主拱圈作了空间结构分析，分析结果与实测值十分接近