超千米级CFRP与钢组合拉索斜拉桥动力性能分析

为研究超千米级碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合拉索斜拉桥动力性能,参考苏通大桥设计参数,选择优化的组合拉索面积比,分别建立1 400 m CFRP与钢组合拉索斜拉桥有限元模型以及全钢、全CFRP拉索斜拉桥2个对比模型.首先,对组合拉索斜拉桥以及对比模型的固有频率和振型进行计算.然后,选择典型地震波进行地震动响应时程分析,并分别研究一维激励和三维激励2种输入形式.最后,采用规范法,从颤振稳定性、静力扭转稳定性以及抖振振幅估计3个方面对抗风稳定性进行分析.结果表明:采用合理优化面积比0.35,可使CFRP与钢组合拉索斜拉桥的抗震性能不仅优于传统钢拉索设计以及价格昂贵的全CFRP拉索设计,而且其主要构件内力数值也较低;对于抗风稳定性,组合拉索斜拉桥略低于全钢拉索设计,但明显优于全CRFP拉索设计,可在减轻拉索自重的同时提高其经济性能.     

CFRP与钢组合斜拉索设计方案及理论研究

提出两种碳纤维增强塑料(CFRP)与钢组合的斜拉索方案:CFRP与钢组合截面斜拉索,以及CFRP与钢组合结构斜拉索.前者发挥CFRP材料的优异性能,同时避免CFRP材料的锚固难题,两种材料的截面面积比为关键设计参数;后者将CFRP斜拉索与钢斜拉索在同一桥梁不同跨度区域分别应用,优化了整桥经济性能,不同材料斜拉索合理跨度区域的确定是其设计关键.采用解析解形式的参数分析,给出不同情况下关键设计参数的推荐数值,从理论上初步证明了两种方案替代传统钢斜拉索的可行性.     

基于接触滑移理论的CFRP拉索黏结型锚具精细化仿真

基于接触滑移理论以及库仑摩擦模型,利用通用有限元软件ANSYS的接触分析模块,建立CFRP拉索黏结型锚具精细化有限元模型.根据既有试验数据以及客观规律对所提出的精细化分析方法进行准确性验证,并利用经过准确性验证的有限元模型进行参数分析,从而得到外套筒锥度、黏结材料弹性模量以及筋材表面粗糙度与锚具锚固性能之间的关系,确定不同破坏形式下CFRP筋材直径的选择原则,给出可用来指导设计锚具合理尺寸的锚具极限拉力-最小锚固长度关系曲线.根据定量定性分析结果给出锚具锚固性能的优化方向,为新型锚固设计方法提供理论依据.     

考虑减振器弹性刚度时拉索张力的计算分析

为了提高装置减振器斜拉索张力的测试精度,在考虑减振器弹性刚度影响的基础上,建立了装置减振器拉索的振动微分方程。利用Laplace变换即可方便求得拉索的振型函数,结合减振器弹性刚度的中间支承条件,可得到拉索的频率特征方程,利用此频率特征方程就可以求得拉索的频率或张力。由于该方法求得的是精确解析解,因此其计算结果可以用来检验其他工程近似方法的计算精度。研究结果表明:斜拉索的抗弯刚度对斜拉索张力计算的影响不大,所以斜拉索张力计算可以忽略抗弯刚度的影响;减振器弹性刚度对减振器弹性刚度"较大"的斜拉索张力计算影响较大,对减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算影响并不十分显著,因此在减振器弹性刚度"较小"的斜拉索张力计算中可以不计减振器弹性刚度的影响。     

大跨度CFRP缆索悬索桥的静力性能

基于分段悬链线法和通用有限元程序,提出了一套悬索桥静力性能分析的方法和步骤,并利用该方法对主跨为2 000~5 000 m的悬索桥静力性能进行了对比研究,验证了CFRP缆索悬索桥的静力优势和可行性。针对此类桥型刚度较小的缺点,对跨径为2 000 m的CFRP缆索悬索桥的刚度性能进行了参数分析,考虑的设计参数包括：桥跨布置方式、矢跨比、边中跨比、主梁抗弯惯矩、桥塔抗弯惯矩和中央扣。最后提出了改善结构刚度设计的建议。     

被动负刚度装置与线性滞回阻尼器组合对斜拉索 多模态振动的阻尼效果

提出了结合负刚度装置提升线性滞回阻尼器对斜拉索多模态振动控制效果的方 法 . 考虑被动负刚度装置与阻尼器在斜拉索上任意位置安装,采用斜拉索两点施控系统特征 方程,讨论了安装位置、线性滞回阻尼器参数、负刚度系数等对斜拉索多模态阻尼的影响 . 结 果表明,被动负刚度装置能有效提升线性滞回阻尼器对斜拉索的多阶模态阻尼比,其安装位 置越靠近阻尼器,阻尼提升效果越明显. 进一步,以苏通大桥某附有黏性剪切阻尼器的超长拉 索为例进行了实际设计,讨论了被动负刚度的可行性,并与结合惯容器的阻尼器进行了对比, 结果表明,被动负刚度装置对斜拉索-阻尼器系统多模态阻尼提升效果更好.     

基于灰色理论的斜拉桥拉索安全性评价

引用灰色加权关联分析和灰色变权聚类分析的概念,对斜拉桥某索面索力安全性进行整体评价,并以上海杨浦大桥索力变化为例计算分析。结果表明,这两种方法可较好地应用于斜拉桥索面拉索安全性状况的整体评估,结果可供有关养护部门参考。     

基于云理论的斜拉索耐久性风险评估

为了有效地避免事故的发生,给项目的安全提供前瞻性意见,提出一种基于云理论和ALARP准则的空间风险分析法.首先引入“可预兆性”作为风险指标,建立三维风险空间.随后定义了“风险界面”的概念,并以风险指标等级为变量建立界面方程.通过修改变量系数调整风险空间形态,实现不同评估需求下对风险指标的赋权.最后,根据云运算法则建立风险空间云模型和评估样本云模型,并基于样本云模型生成大量云滴,带入风险空间正向云发生器中计算平均确定度,作为确定最终风险评级的依据,实现了风险评估过程的完全量化.以斜拉索耐久性风险评估为例,验证了新方法与规范的相符性和可行性.     

基于云理论的斜拉索可靠性评价方法

为准确评估易损难修的斜拉索的可靠性,保证行车安全舒适,提出一种基于云理论的斜拉索可靠性评估方法.首先根据拉索力学特点和常见病害,以斜拉索的运营状态应力极值、恒载索力变幅、应力幅、基频、服役时间、PE护套开裂程度及阻尼系统完好程度为指标,建立了斜拉索可靠性评估指标体系.咨询专家意见建立权重云模型,并根据泛概念树的概念扩充原理实现权重的群决策.最后将指标对各等级的平均确定度与权重云模型加权汇总,得到可靠等级确定度的云模型并以此确定最终评级.规范评估结果与拉索实际病害情况对比验证了所提方法结果的合理性和可操作性.     

置入FBG传感器的CFRP加固RC梁在线监测技术研究

近年来，复合材料加固混凝土结构的健康监测已引起国际工程界的广泛关注．使用埋入式布拉格光栅（FBG）传感器可以实现对复合材料加固混凝土结构应变使用状态的远程实时监测．作者首先讨论了FBG传感器埋入碳纤维复合材料（CFRP）层间的界面传递特性，通过实验验证了固化于CFRP中的FBG传感器的应变传感特性．FBG传感器被埋入到用来加固钢筋混凝土（RC）梁的CFRP层间和梁内部受拉钢筋上，通过监测FBG光栅传感器波长的变化就会得到测点的应变值．实验结果表明，FBG传感器测量值与相同位置布设的传统电阻应变片测量值具有很好的一致性，同时测量值与有限元模拟值也十分一致．     

CFRP布加固圆形木梁抗弯性能的试验

对在实际工程中已经受损的木梁加固后的结构性能进行研究.通过对8根圆形木梁进行静力试验,研究碳纤维增强复合材料（carbon fiber reinforced polymer,CFRP)布加固受损木梁的抗弯性能,包括破坏特性、极限荷载、刚度、截面应变等结构性能.试验结果表明,CFRP布加固受损木梁具有良好的效果,能够有效提高木梁的承载力和刚度.研究结论对碳纤维工程加固的应用具有一定的参考价值.     

全封闭碳纤维与高强钢丝复合拉索的弹性模量

探讨了全封闭复合拉索的协调工作机理,即要求芯部高强钢丝束与碳纤维筋弹性模量接近或相等;研究了高强钢丝束捻距与弹性模量间的关系;推导了37股高强钢丝束弹性模量的计算表达式,通过有限元分析验证了表达式的正确性.试验表明,碳纤维筋弹性模量可以达到与高强钢丝束的弹性模量相近的要求.结论表明:复合拉索中的索力按照碳纤维筋与高强钢...     

国内首座CFRP索斜拉桥荷载试验及有限元建模

介绍了国内首座CFRP索斜拉桥荷载试验,建立了该桥基于梁壳杆单元的有限元分析模型,进行结构有限元模拟,并与实测结果进行了对比分析.分析结果表明,基于所建模型的结构静力学分析结果与试验结果基本吻合,该模型可用于CFRP索斜拉桥结构的静力学分析.同时,荷载试验结果表明,国内首座CFRP索斜拉桥结构在役刚度和承载能力符合设计要求,整体工作性能良好.文中试验及其相关分析结果可为CFRP新型缆索材料在桥梁工程中的进一步推广应用提供参考依据.     

施加预应力阶段CFRP布加固组合梁界面剪应力计算

在预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁过程中,CFRP布与钢的粘结力在很多情况下决定构件是否破坏.胶结层剪切模量和CFRP布弹性模量是影响粘结力的重要因素.利用弹性理论,结合预应力CFRP布加固钢与混凝土组合梁受力特征,建立了施加预应力阶段界面剪应力的计算公式.计算结果表明,加固时组合梁跨中界面剪应力最小趋于零,越靠近CFRP布端部界面剪应力增大越快,在CFRP布端部出现明显的应力集中现象;界面剪应力随胶结层剪切模量的增大而减小,随着CFRP布弹性模量和胶结层厚度的增大而增大.     

碳纤维布层数对榫卯接长木梁抗弯性能影响的试验研究

通过5根碳纤维布(CFRP)加固榫卯接长木梁的受弯静力试验,研究CFRP布层数对加固榫卯接长木梁抗弯性能的影响.试验结果表明,榫卯接长木梁在粘贴1~3层平行于梁轴方向的碳纤维布后抗弯承载力提高了29.1~30.9倍,原木梁(参照构件)为弯曲破坏,榫卯接长木梁经碳纤维布加固后由于碳纤维布与木梁剥离而发生破坏.因此,当平行与梁轴方向的碳纤维布层数从1层变化到3层时,木梁的抗弯承载力、刚度和能量吸收能力变化不大.     

碳纤维布加固混凝土框架静力非线性分析

从Euler梁控制微分方程出发,采用力插值函数和五结点Cotes积分推导了五区段变刚度梁单元刚度矩阵;通过比较分析,选择合适的混凝土应力-应变模型以模拟横向纤维箍对混凝土的约束效应,采用带下降段的四折线型弯矩-曲率本构模型并对其下降段刚度作了合理修正,分析了单元的刚度状态及状态转换。对试验框架进行的数值模拟表明,分析结果与试验结果吻合良好。     

CFRP加固钢筋混凝土简支梁桥的设计计算

由于碳纤维受力过程中特有的线弹性性质,粘贴加固计算时需判断加固截面的应变状态。结合某钢筋混凝土简支T形桥梁粘贴碳纤维片加固设计,应用碳纤维片加固受弯构件正截面强度计算公式,介绍了该公式在加固设计及强度复核中的应用方法及注意事项。加固前后的荷载试验结果表明,粘贴碳纤维片可大大提高主梁的抗弯刚度,增加主梁的承载潜力,有效抑制了混凝土的开裂。