竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理

为揭示竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理,以主缆变形理论为基础研究了其竖向荷载下的变位特征,并得出了其竖向及纵向位移解析解;在此基础上,分析了竖向荷载作用下传统悬索桥和设有中央扣悬索桥的纵向变位特征及加劲梁纵向位移,揭示了中央扣纵向约束机制,并分别推导了加劲梁在竖向荷载下的纵向位移计算公式;最后,通过算例分析验证所提位移计算公式计算精度. 结果表明：由于主缆的几何非线性特征,竖向位移与纵向位移相互耦合,在非对称竖向荷载作用下,主缆发生非同步纵向位移,而加劲梁主要以类似“摆锤体”发生刚体的纵向位移;跨中处主缆、加劲梁及中央扣因中央扣的存在形成一个“刚域”区,从而导致加劲梁纵向位移减小;所提计算方法与有限元数值解法在不同竖向荷载工况下吻合良好.     

适用于中小跨径桥梁频率识别的移动检测车辆参数研究

为了实现对大规模中小跨径桥梁群体的快速检测,提出了一种参数可调的移动检测车辆,并通过理论推导、试验验证和参数分析对车辆参数的合理取值进行研究. 首先,通过车-桥耦合振动理论推导出“拖车-双挂车”过桥振动响应的解析解;其次,利用有限元模型和车桥耦合计算程序的数值计算结果,以及一座简支梁桥的现场试验结果对理论解析解进行验证;最后,基于推导的理论解析解进行参数研究,分析了检测车辆的动力参数、车速以及桥梁参数对间接法识别精度的影响. 结果表明：当车桥频率比在0.8~0.9（或1.1~1.2）之间变化时,桥梁频率识别效果较好;在利用间接法进行桥梁频率识别时,建议移动检测车辆的车速不宜取太大;根据桥梁的截面面积、截面形状和跨度对检测车辆参数进行合理的选取,可提高桥梁频率识别的准确性. 研究结果可为基于车辆响应的桥梁频率间接识别提供参考.     

水泥混凝土桥面铺装层间黏结性能研究

研究了水泥混凝土桥面铺装层间黏结性能随温度的变化规律,同时探究了黏结层的温度性能以及直剪与斜剪剪切强度之间的关系. 对比分析了4种涂膜黏结层（SBS改性沥青、WTR改性沥青、WTR/APAO改性沥青、AMP-100二阶反应型黏结涂料）和3种改性沥青碎石黏结层（SBS改性沥青碎石、WTR改性沥青碎石、WTR/APAO改性沥青碎石）的拉拔及剪切强度差异. 采用回归分析法获得层间强度随温度的变化规律;计算不同温度下层间强度与常温（20 ℃）下层间强度的比值,用于黏结层剪切强度和拉拔强度的温度敏感性对比分析;分析不同温度下斜剪强度与直剪强度的比值关系. 结果表明：层间拉拔强度、层间剪切强度与温度均满足单指数函数关系,拟合优度R2达0.970以上. WTR/APAO改性沥青黏结层及WTR/APAO改性沥青碎石黏结层力学性能优良,在不同温度下的拉拔和剪切强度值均高于同类型黏结层. AMP-100黏结层拉拔和剪切强度对温度的敏感性最低. 建立了20~45 ℃的层间强度比值表,用于层间强度预估. 斜剪强度显著高于直剪强度,同时斜剪强度对温度的敏感性低于直剪强度,当温度处于20~45 ℃时,斜剪强度与直剪强度比值范围为1.165~2.990.     

建设项目随机离散型工期-成本优化算法的改进

针对建设项目随机离散型工期-成本优化问题的求解,一般采用遗传算法为外循环、蒙特卡罗模拟算法为内循环的双层循环算法框架. 为减少内层循环中按期完工概率约束条件检验所耗费的计算资源,根据按期完工概率估计值（采用蒙特卡罗模拟方法）的概率特性,提出一种计算资源的高效、动态分配策略,以提升现有算法的计算效率. 通过算例验证,本文建议的改进优化算法可高效、稳定地求解建设项目随机离散型工期-成本优化问题.     

旁侧基坑开挖对超大直径盾构隧道变形影响分析

密集城市区近接基坑工程易引发超大直径（>15 m）盾构隧道变形、结构开裂及渗漏水.当前超大直径盾构隧道建设处于起步阶段,基坑影响下隧道变形响应规律不明,合理的影响分区匮乏.本文采用有限元软件建立超大直径隧道旁侧基坑开挖的三维有限元模型,分析超大直径隧道的结构变形响应机制,并探讨隧道埋深、隧道-基坑间距、基坑开挖深度等因素影响规律.结果表明,基坑开挖引发地层朝向基坑的“鼓肚子”水平位移和“勺子”状竖向位移;与小直径隧道相比,超大直径盾构隧道表现出较小的纵向变形和较为显著的横向变形;隧道变形随隧道-旁侧基坑围护结构距离增大而减小、随埋深增大先增大后减小、随基坑开挖深度的增大而增大.通过基坑开挖深度归一化后,隧道最大变形与隧道-基坑间距可用指数函数高精度拟合.提出归一化后的影响分区图,为实际工程超大直径隧道结构保护提供重要的参考.     

大跨桥梁分离式三箱梁附加攻角效应研究

为研究附加攻角效应对分离式三箱梁颤振性能的影响,结合节段模型风洞试验和理论计算方法获得初始风攻角下的附加攻角,并通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值模拟方法求解初始风攻角下的颤振临界风速. 结果表明,分离式三箱梁的初始风攻角及箱梁之间的横梁对附加攻角有较大影响,节段模型在0°~+7°风攻角下存在十分显著的附加攻角效应,且表现为扭转振幅快速增大的硬颤振. 节段模型自由振动风洞试验难以直接获得分离式三箱梁在小风攻角下的准确颤振临界风速. 对于主跨3?300?m的悬索桥,0°初始风攻角下在颤振失稳前的静风附加攻角达到+7°以上,颤振临界风速大大降低,气弹稳定性得不到充分发挥. 因此,对于采用分离式三箱梁断面的超大跨径桥梁,在抗风设计中应对其附加攻角效应予以重视.     

基于双层Euler梁理论的土工格室加筋体变形计算

针对路堤工程中车辆荷载直接作用于路面板,再经路堤填土传递作用于土工格室加筋垫层的荷载传递实际,并考虑路堤填土刚度、地基土的排水固结效应对土工格室加筋体受力变形的影响,将土工格室加筋体视为置于Kelvin地基上的下梁、路面板视为置于Winkler地基上的上梁,基于双层Euler梁理论,建立考虑路面板-路堤-土工格室加筋垫层-地基土相互作用的上下梁挠曲变形微分方程并求解.将本文解答所得格室加筋体内力位移与传统弹性地基梁法计算结果进行比较,两者吻合良好.在此基础上,分析了格室体刚度、路堤填土刚度、地基反力系数、地基土固结度等因素对路面板及格室体挠曲变形的影响.结果表明:路面板及格室加筋垫层的挠曲变形会随着格室体刚度的增大及地基反力系数的增大而减小,随地基土固结度的增大而增大;此外,路堤填土刚度增大会减小路面板的挠曲变形但会增大格室加筋垫层的挠曲变形.     

建筑外墙最佳保温厚度及环境影响研究

建筑外墙保温能有效地减少建筑能耗,从而减少因能源消耗而引起的环境污染问题.本文用多层墙体非稳态传热模型进行能耗计算,并用P1-P2经济性模型分析居住建筑外墙的生命周期成本,预测4个朝向2种常用保温材料的最佳保温层厚度和节能效益.同时,提出等价燃煤量方法,分别计算最佳保温层厚度和不保温情况下的CO_2和SO_2排放量,并分析应用最佳保温层厚度的减排潜力.以长沙地区为例,结果表明,保温层最佳厚度范围为0.08~0.13m,生命周期最大净现值为116.26~133.45元/m~2,投资回收年限为3.1~3.5年.根据性价指标,膨胀聚苯乙烯比挤塑聚苯乙烯更具经济优越性.当采用最佳保温层厚度时,CO_2的排放量减少了17.4~19.51kg/(m~2 a),SO_2的排放量减少了0.036~0.04kg/(m~2 a),污染气体的排放量能减少了75.8%~78.6%.     

UHPC矮肋桥面板抗弯性能研究

为研究UHPC矮肋桥面板的抗弯性能并验证其在多跨大跨连续梁中的适用性,以滨州黄河大桥为背景,提出两种UHPC矮肋板方案（平均板厚分别为16.4 cm和14.3 cm）.首先建立实桥有限元模型,得到实际荷载作用下桥面板UHPC应力和栓钉剪力.接着,进行足尺抗弯试验,获得矮肋板从加载至破坏的过程中裂缝萌生与发展特征、荷载-位移曲线和应变分布规律等.试验表明,底部钢板的设置可以有效限制UHPC裂缝的发展,在钢板屈服前裂缝宽度呈线性发展;两种方案开裂应力分别为16.8 MPa和15.6 MPa,经过实桥有限元计算得到两种桥面板方案的纵向受力安全系数分别为2.2和1.5;钢板屈服后主裂缝迅速出现,最终桥面板纵肋受拉裂缝快速发展,顶面出现受压裂缝,认为试件破坏;然后,考虑UHPC材料受拉贡献,结合UHPC规范对结构抗弯承载能力进行验算,结果表明,当采用截面非线性方法并使用材料实际性能参数时,可以预测UHPC矮肋板的极限弯矩,计算值和试验值的比值分别为0.95和1.01.最终,对结构关键设计参数进行分析,结果表明,UHPC抗拉强度对极限弯矩的影响较小,增加钢板厚度是提高其极限弯矩的有效途径,窄而高的纵向加劲肋具有更高的受力效率.     

钢-薄层UHPC轻型组合桥面结构抗弯疲劳及剩余承载力试验研究

为探明栓钉间距对钢-UHPC轻型组合桥面结构受力性能的影响规律,完成了3个钢-UHPC组合梁试件变幅疲劳试验,主要试验变量为栓钉间距（100 mm、150 mm、300 mm）.在疲劳试验中,重点考察了栓钉间距对轻型组合桥面结构疲劳性能的影响,并关注了栓钉焊趾处钢面板受拉-短栓钉受剪耦合作用下的疲劳性能;而在疲劳后的剩余承载力试验中,探明了栓钉间距对疲劳后UHPC裂缝发展规律及抗弯承载力的影响.疲劳试验结果表明,当栓钉间距为300 mm时,单位荷载下的钢-UHPC界面滑移明显高于其他两个试件,但在疲劳加载过程中,界面滑移增长并不明显;对于U肋受压区底板应变,当栓钉间距为100 mm和150 mm时,整个疲劳试验过程无明显变化,而当栓钉间距为300 mm时,应变呈现微小的增大趋势;为分析试件中栓钉根部的钢面板拉-剪耦合疲劳受力状态,基于《公路钢混组合桥梁设计与施工规范》（JTG/T D64-01—2015）中的计算方法进行了分析,结果表明,该方法能够获得偏保守的计算结果.此外,疲劳后的剩余承载力试验表明,栓钉间距越小,试件的塑性变形能力越强,截面的抗弯承载力相应提高.分别按弹塑性理论和塑性理论计算了试件的剩余承载力,发现试件虽然经历了疲劳加载,但测承载力仍大于计算承载力,且基于塑性理论的计算结果更接近实测结果.