基于RSM的连续刚构桥预应力损失不确定性分析

针对现行规范计算得到的预应力损失与工程实际存在偏差的问题,考虑施工因素、材料性能和环境条件的随机性对预应力损失的影响,将响应面法引入到预应力损失的预测中.以某特大跨连续刚构桥为工程背景,选择建设期随机误差较为常见的8个主要结构参数,进行Bucher试验设计,构造不含交叉项的二次多项式响应面模型,将预应力损失与各随机参数之间的复杂隐性关系通过显式函数近似地表达出来;基于逐步回归进行基函数的显著性分析与筛选,运用F检验和修正的决定系数进行响应面模型的显著性和精度检验;同时,采用秩相关系数,分析各参数对预应力损失的敏感性;最后,结合Monte Carlo抽样技术,对预应力损失进行概率意义上的预测,得到一定置信概率下的预应力损失区间.     

新建并行道路对高铁桥墩位移响应的可靠性研究

为了研究软土地区新建并行道路对既有高铁桥墩位移的时变影响,以沪宁杭高速铁路某工程为背景,构建三维有限元模型并进行桥墩位移的参数敏感性分析,利用时变响应面法得到桥墩位移与敏感系数较大的土体参数的相关关系,根据响应面函数进行桥墩位移的概率分布计算,并评估桥墩位移的可靠概率。研究结果表明：桥墩位移对土体泊松比、回弹曲线斜率、临界状态斜率的敏感性系数较大;高铁桥墩位移响应面函数预测值与有限元模型计算值的相对误差在5%以内,响应面函数预测结果可靠;随着土体固结时间延长,桥墩最大横向位移不断减小,稳定后大部分桥墩的横向位移保持在2 mm以内;通过时变响应面函数拟合有限元计算结果,可以提高计算效率,获得考虑软土固结效应时既有高铁桥墩位移的可靠概率,为类似桥墩位移的预测提供一种较实用的方法。     

斜拉桥非线性随机静力分析

对于大跨径斜拉桥来说,几何非线性效应比较显著,材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性,对斜拉桥的结构响应影响较大.应用响应面法对大跨径斜拉桥进行了非线性随机静力分析.研究表明响应面法是斜拉桥非线性性随机静力分析的有效方法,在斜拉桥的静力分析中,有必要考虑材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性.     

重型车荷载对公路斜拉桥振动响应的影响

为分析重型车荷载对高速公路大跨度斜拉桥振动响应的影响,以一辆六轴重型车和鄱阳湖二桥为研究对象,考虑车身质量和车速的随机性,求解重型车偏载行驶的斜拉桥振动响应.研究结果表明:斜拉桥振动响应最大值与车身质量的随机性有很大关系,两者的概率分布特征相同,而车速的随机性对斜拉桥振动响应最大值的影响并不明显;在重型车荷载作用下,纵梁的竖向振动响应、桥塔的纵向振动响应和斜拉索的面内振动响应明显大于其他方向的振动响应;各拉索轴向振动响应随着拉索长度的增加而增大,面外振动响应因拉索长度不同而各异,主跨较长拉索的面内振动响应幅值相差较大,其他拉索的面内振动响应幅值相差较小.     

强震作用下独塔斜拉桥模型的非线性动力响应分析

建立了基于隐式积分和显式积分的2种有限元模型,对独塔斜拉桥振动台试验中得到的地震响应特性及其破坏模式进行了模拟.然后,利用基于隐式积分的有限元模型,分析了行波效应和索塔梁耦合振动对独塔斜拉桥地震响应特性的影响.结果表明:基于隐式积分的有限元模型可以有效地模拟斜拉桥发生破坏前的地震响应特性,而基于显式积分的有限元模型则可用于模拟独塔斜拉桥在地震作用下发生破坏的全过程;由于输入地震波频谱效应以及视波速各异,行波效应对独塔斜拉桥地震响应特性的影响各不相同;在强震作用下,模型会发生索塔梁耦合振动,导致主塔的纵桥向位移响应明显增加.     

弛张筛面动态特性数值模拟及参数优化

针对弛张筛筛面破损问题,考虑筛面的装配形式和工况条件,建立实际安装状态下的筛面有限元分析模型,分析工作条件下筛面不同位置的变形及应力分布;将响应面法与优化技术相结合,以安装半径和弯折角度为设计变量,通过中心复合试验设计,构建反映筛面设计参数与筛面应力关系的二阶响应面近似模型,分析各设计变量对筛面工作应力的影响规律;结合目标规划优化方法和NSGA-Ⅱ遗传算法对响应面近似模型进行寻优,获得筛面最佳几何参数。研究结果表明:筛面剪切应力主要分布在弯折区域中心部位;优化后,当弯折半径为22.5 mm,弯折角度为150°时,筛面剪切应力取得最小值,并较初始值降低12.6%。     

重型车荷载作用的公路斜拉桥振动响应分析

为了分析重型车荷载对高速公路大跨度斜拉桥振动响应的影响,以一辆六轴重型车和鄱阳湖二桥为研究对象,考虑车重和车速的随机性,基于车桥耦合振动理论,按照最不利荷载作用位置,采用Newmark-β数值方法求解重型车在行车道偏载行驶时的斜拉桥振动响应。研究结果表明：全桥结构的横向刚度大于竖向刚度。斜拉桥振动响应最大值与车重的随机性有很大关系,两者的概率分布特征相同,而车速的随机性对斜拉桥振动响应最大值的影响并不明显。纵梁的竖向振动响应最大,纵向振动响应次之,而横向振动响应最小,竖向振动响应最大值超过90 mm的概率为1.7%。桥塔的纵向振动响应大于横向和竖向振动响应,纵向振动响应最大值超过30 mm的概率为1.2%。斜拉索面内振动响应大于轴向振动响应,而面外振动响应最小;各拉索轴向振动响应随着拉索长度的增加而增大,面外振动响应因拉索长度不同而各异,主跨较长拉索的面内振动响应幅值相差较大,其他拉索的面内振动响应幅值相差较小;最长拉索的轴向、面外、面内振动响应最大值分别分别超过32 mm、2 mm、40 mm的概率为1.7%、2.4%、0.4%。     

基于响应面法和麻雀搜索算法的结构有限元模型修正

为了获取准确可靠的结构有限元模型,提供结构运营期间健康监测和状态再分析的基准参照,提出了一种基于响应面法(response surface method,RSM)和麻雀搜索算法(sparrow search algorithm,SSA)的结构有限元模型修正方法.首先,基于响应面法,采用拉丁超立方设计方法进行试验设计获取样本点,以简单低阶数学模型代替特征量与参数间复杂的映射关系,构造结构宏观响应与各参数的解析表达式,基于逐步回归分析进行基函数显著性检验,运用方差理论检验模型精度获取最优响应面模型,并联合结构动力响应残差和构造目标函数;其次,基于麻雀搜索算法,对目标函数进行优化求解得到各参数最优解,代入初始有限元模型中,实现对初始有限元模型的修正;最后,基于RSM-SSA有限元模型修正方法对高维局部损伤悬臂梁数值模型实施修正,验证所提方法的可靠性和可行性,并与基于其他新兴群智能优化算法的有限元模型修正结果进行对比.结果 表明:采用该方法修正的参数和频率误差均值分别为6.549％、0.279％,修正效率和精度较其他算法有显著提升,修正后的有限元模型具有较高的精度,可真实反映结构实际力学行为.该方法为结构有限元模型修正提供一种新思路.     

计入结构几何非线性影响时斜拉桥可靠度分析

应用响应面法,考虑斜拉桥的几何非线性效应以及材料、几何尺寸、外部荷载等的随机性,分析了斜拉桥正常使用极限状态下的可靠度,研究表明响应面法是求解斜拉可靠度的有效方法,不计入几何非线性,结构计算结果偏于不安全,因而,在斜拉桥的可靠度分析中有必要计入结构几何非线性的影响。     

多塔斜拉桥力学特性及其关键力学参数研究

采用有限元分析理论,应用三维有限元分析软件ANSYS,建立3～6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉桥有限元分析模型,分析了典型工况下4种方案的内力和变形,研究了索塔数对多塔斜拉桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了索塔数对多塔斜拉桥活载挠度、塔顶纵向位移等关键力学参数的影响规律.分析结果表明：索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大47.1%,主梁弯矩最大增大39.9%,边塔塔顶位移增加15%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加4.3%;主梁边跨竖向挠度比中间跨大11%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

考虑随机变量相关性的桥梁地震易损性分析

引入Nataf变换,结合均匀设计响应面法,提出了一种综合考虑地震动和结构不确定性及结构参数相关性的桥梁地震易损性分析方法.以一多跨连续梁桥为研究对象,分别对算例桥梁在考虑与不考虑结构参数相关性情况下进行了地震易损性分析.同时,分析了考虑结构参数变量相关性对结构易损性分析和响应面模型精度的影响.结果表明:本文方法可以有效考虑结构参数之间的相关性,且考虑变量相关性后建立的响应面能够更好地拟合结构真实的极限状态函数曲面;桥梁结构在各个破坏状态下的失效概率均有一定程度的降低;忽略结构参数相关性的影响,可能会低估桥梁结构在地震作用下的抗震性能.     

风雨共同作用下斜拉桥纵桥向反应特性研究

目的研究强/台风雨对斜拉桥结构纵桥向反应特性的影响.方法应用谐波叠加法模拟风荷载时程曲线,以此为基础,提出斜拉桥雨荷载计算方法.利用Midas Civil建立斜拉桥空间有限元模型,对其自振特性进行分析,采用单独风荷载作用及风雨共同作用对全桥纵桥向进行动力响应分析.结果主梁沿顺风向发生"漂浮";考虑雨荷载影响后,主梁竖向位移、竖向加速度、索塔塔顶加速度和梁端加速度的最大增大量分别约为11%、10%、10%和13%.并且随着风级的增加,雨荷载的影响程度呈减小的趋势.结论考虑雨荷载影响后,主梁竖向位移和加速度、主梁梁端水平加速度和索塔塔顶加速度均有不同程度的增加.在桥梁设计时,应该考虑雨荷载对桥梁结构的不利影响.     

断索对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响

为研究拉索断裂对钢-混组合梁斜拉桥力学性能的影响,以某在建钢-混组合梁斜拉桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,将该模型的各参数与设计值及现场实测值进行对比以验证有限元模型的合理性,分析不同位置、不同数量的拉索断裂后主梁线形、拉索索力及索塔位移的变化规律。研究结果表明：边跨断索对主梁挠度、索塔位移的影响大于主跨断索,主跨断索对拉索索力的影响大于边跨断索;长索断裂对主梁线形、拉索索力、索塔位移的影响均为最大;拉索沿主梁跨中对称断裂时,主梁线形、拉索索力、主塔位移表现出对称变化的规律,且两对索断裂时全桥索力符合叠加原理。     

矮塔斜拉桥上部结构构件刚度敏感性研究

以某在建矮塔斜拉桥斜拉索索力、主梁和桥塔内力、结构位移和结构基频等为评价指标,对矮塔斜拉桥索塔、主梁及斜拉索三者的刚度敏感性进行对比分析,并计算了3个主要构件的敏感性因子,提出三者刚度设计的次序安排,为同类矮塔斜拉桥的设计过程提供理论参考和设计参数.     

基于均匀设计的组合梁斜拉桥施工控制多参数敏感性分析

为确定影响钢混组合梁斜拉桥结构响应的主要因素及其影响程度,依托某在建钢-混组合梁斜拉桥进行参数敏感性分析。采用MIDAS/Civil建立有限元仿真模型,从试验设计和统计学角度出发引入均匀设计试验、多元线形回归分析并结合统计检验方法,以成桥状态下主梁线形、主塔位移、拉索索力为结构目标响应,选取主塔和主梁混凝土梁弹性模量、斜拉索弹性模量、拉索初张力、桥面板容重、桥面板钢束张拉控制应力等参数进行敏感性分析。结果表明：拉索初张力、桥面板容重和斜拉索弹模为成桥线形、成桥塔偏的敏感参数且拉索初张力的敏感程度远大于其他两个参数,成桥索力的敏感参数为拉索初张力、桥面板容重;引入的方法可准确的获取该桥成桥状态下结构响应的敏感性参数。     

大跨度部分地锚斜拉桥力学分析与参数研究

为分析大跨度部分地锚斜拉桥受力特征,合理确定其设计参数,进行了解析方法研究和参数分析.基于斜拉索面膜化假定,推导了大跨度部分地锚斜拉桥的平衡微分方程,求得其近似解;推导了若干关键力学响应的计算公式,并与有限元计算成果进行了对比;通过解析计算公式,对边中跨比、塔梁高跨比、主梁刚度、索塔刚度和地锚锚索支承刚度等参数进行了研究,提出了大跨度部分地锚斜拉桥的若干设计建议.计算结果表明,所推导公式的误差均小于15%,可满足概念设计时的精度要求.参数分析表明,大跨度部分地锚斜拉桥边中跨比可取0.3左右,塔梁高跨比可按传统斜拉桥取值;主梁、索塔自身刚度对结构整体受力影响较小,而地锚索支承刚度影响较大.     

单指标分析在抗震支座参数优化中的应用

建立了大跨度斜拉桥和抗震支座的空间有限元模型,采用时程分析方法计算了铅芯橡胶支座不同参数条件下斜拉桥的地震响应.提出把单指标分析和正交设计方法用于大跨度斜拉桥的抗震支座参数优化.研究表明把单指标分析用于铅芯橡胶支座的参数优化,能够以较小的计算量获得各因素的主次关系及较优水平组合;在斜拉桥铅芯橡胶支座的3个参数中,铅芯直径是主要的控制性因素,橡胶直径是次要因素,而橡胶剪切模量则是影响最小的因素;铅芯能耗散地震产生的能量,减小主梁纵向位移和塔顶位移的同时,又能有效减小塔根弯矩,相比普通弹性连接装置能更加有效的减小斜拉桥地震响应.     

随机车流作用下多塔斜拉桥总体荷载响应特性

结合车辆荷载研究技术,以三塔斜拉桥为例,分析了该结构在随机车流作用下的总体荷载响应特性,深入研究了实际汽车荷载响应与规范荷载模型计算值差别,探讨了车流随机特性参数对结构响应特性影响.结果表明:我国《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2004)的汽车荷载模型对多塔斜拉桥估计过高,交通运营状态和日均交通量、重车混入率交通特性等参数对汽车荷载响应影响显著,对不平衡加载敏感不同的效应显示出对随机车流不同的响应特性.说明现有规范基于影响面确定加载范围的极端加载方式及荷载取值无法反映多塔斜拉桥的实际汽车荷载响应状况,建立反映实际状况的荷载模型可考虑引入多参数多级别的性能设计思想.     

设置纵桥向粘滞阻尼器的斜拉桥的简化动力模型

漂浮体系斜拉桥的桥塔和主梁之间通常设置纵桥向粘滞阻尼器来控制梁端位移,合理的阻尼器参数需通过全桥有限元模型进行反复试算得到.文中基于此类桥梁的显著动力响应特点,即主梁纵漂振型的贡献占绝对优势,利用结构动力学基本原理提出了考虑附加粘滞阻尼器的漂浮体系斜拉桥三质点简化动力模型.修正了两质点模型在力学模式上的缺陷,并推导出在近断层脉冲型地震作用下的动力响应计算公式,最后以一实际桥梁工程为例,通过比较各简化模型与全桥模型的差异,证明了三质点简化模型不仅可以有效地计算出脉冲型地震作用下斜拉桥的动力响应,还能提供塔梁之间更为精确的相对位移差和速度差,有利于更合理和准确地设计阻尼器参数,验证了三质点模型的合理性.     

基于遗传算法的斜拉桥基准模型参数修正方法

健康监测对于斜拉桥结构全寿命的安全使用十分重要,而使用传感器采集斜拉桥数据进行健康监测存在盲区.结合Benchmark模型对桥梁结构进行监测,能够在给定状态下,比较和评价不同的健康监测方法标准,对桥梁的设计、运营以及管养等方面有重要意义.本文基于背景工程,提出用于斜拉桥结构健康监测的基准模型.首先,使用Matlab建立斜拉桥的鱼骨梁简化有限元模型,并建立斜拉桥的板壳单元精细模型,作为简化补充模型和模态矫正模型;其次,采用正交试验设计,对建模过程中的待修正参数进行斜拉桥动力特性参数的显著性分析;最后,基于遗传算法对模型参数进行修正,提出了动态自适应技术和并列选择的方法优化遗传算法结构,干涉遗传选择过程,并赋予初始种群更高的离散性,与调用GA函数的方法对模型进行修正进行比较,验证了改进后的遗传算法具有更高的计算效率,模态参数误差较小.