简支体系实际刚度分布推算方法

以正确识别简支梁桥实际刚度分布为目标,建立了集中荷载作用下单梁区段刚度与挠度间的关系方程组,结合位移互等定理推导了全梁多区段的实际刚度分布表达式;建立了标准双轴车与三轴车移动过桥时其跨中挠度曲线向集中荷载作用影响线转换的关系方程,从而凭借双轴车与三轴车低速行驶过桥时采集的跨中挠度时程曲线推导简支梁桥纵桥向的实际刚度分布状况,分析全桥实际病害分布范围及损伤程度;编制了配套计算软件,对比验证了桥梁刚度分布识别算例与相关研究资料。研究结果表明:由于损伤原因的多样性及复杂性,简支梁各区段损伤程度各不相同,梁体实际刚度分布沿纵桥向呈非线性变化,不宜采用设计规范提出的全梁整体刚度作为在役简支梁桥运营过程中局部损伤和病害的评判计算标准;给出算法得到的简支梁桥纵桥向实际刚度分布与实际工程受损情况吻合良好,可应用该方法快速、真实、可靠地反映在役桥梁整体损伤状况,锁定简支梁桥损伤范围并正确估算其损伤程度。     

冲击荷载作用下高强钢筋混凝土梁性能试验

为深入探讨冲击荷载作用下高强钢筋混凝土(RC)配筋梁的抗冲击性能,利用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,分析了不同冲击锤质量和冲击能量下高强钢筋混凝土梁的抗冲击行为.采用高速摄像机记录了各试件在冲击过程中裂缝发生的过程,记录并分析了冲击力、支座反力和跨中位移时程曲线的特征.结果表明:冲击荷载作用下,剪切机理在结构整体反应中发挥重要作用,静态抗弯设计的梁也会出现明显的对称剪切裂缝,试件基体混凝土强度对整体反应影响不大,但能减小试件局部破坏程度;在已有数据与相关文献的基础上,建立了一个冲击荷载作用下试件最大跨中位移与试件本身抗弯承载能力之间的关系,用于验证两端简支的配筋RC梁(剪弯比1)的抗冲击性能;冲击荷载作用下,在外力传导至支座处之前的初始反应阶段,RC梁承受的冲击力基本被自身的惯性力所抵抗.结构自身的刚度和跨度是影响构件抗冲击能力的一个重要因素.     

CFL增强RC梁的疲劳累积损伤模型

通过碳纤维薄板(CFL)增强钢筋混凝土(RC)梁的三点弯曲疲劳试验,得到了构件疲劳寿命曲线及其跨中挠度、抗弯刚度的演化规律;采用增强梁的剩余抗弯刚度来定义损伤变量,建立了描述其损伤、断裂过程的疲劳累积损伤模型,并对CFL增强RC梁的疲劳损伤演化历程进行了数值分析.结果表明,文中提出的疲劳累积损伤模型能够准确地描述包括混凝土开裂、CFL与混凝土剥离、钢筋屈服等破坏模式在内的CFL增强RC梁的疲劳损伤、破坏过程.     

纤维复合材料布加固钢筋混凝土梁的截面刚度

为了准确计算正常使用阶段纤维复合材料(FRP)加固钢筋混凝土梁的复合刚度,以材料力学理论推导为基础,结合数值模拟,研究了加固梁的刚度性能。通过曲率引入曲线方程,建立挠度、刚度和弯矩三者之间的关系;然后运用有限元软件模拟加固梁,观察梁在不同荷载下的跨中挠度,预测了加固梁的复合刚度。研究结果表明:模型计算值与文献中的实验值吻合较好,使用该模型可以有效地预测加固梁的刚度。     

基于数字图像关联技术的沥青应变计

提出一种基于DIC(digital image correlation)技术的沥青混合料表面平均应变测量方法,以之作为基准比对不同种类沥青应变计的测量准确度.首先基于DIC技术实现试件表面亚像素级位移场识别,进而研发基于二次曲线拟合的沥青混合料平均应变基准值算法.校准该算法后比对两种常用应变计的测量准确度.研究结果表明,有不低于95%的置信度认定DIC法测量应变误差小于12×10-6,通过比较应变计测量结果与DIC法平均应变基准值之间的差异,能够比对不同应变计测量准确度优劣.此外研究结果也证实,荷载模式对测量准确度具有影响,移除塑性应变或建立校准方程校准应变计测量结果均能够提高应变计测量准确度.     

基于BP神经网络的桥梁移动荷载识别精度

为了识别作用于桥梁结构上的移动荷载,基于反向传播神经网络方法,开展了输入参数对荷载识别精度影响的分析.首先利用ANSYS模拟移动集中力通过简支T梁桥,得到了主梁跨中位移、速度和加速度时程曲线;其次基于MATLAB建立反向传播神经网络结构,分别将桥梁结构的位移、速度和加速度动态响应数据作为反向传播神经网络的输入参数,移动荷载大小作为输出参数,研究不同输入参数对荷载识别精度的影响;然后分别选取位移和速度、位移和加速度、速度和加速度以及三者组合的工况进行多参数输入的优化设计;最后,以某4跨预应力混凝土连续T梁桥工程为背景,以重车下的竖向加速度实测数据验证了该反向传播神经网络用于识别实桥上简单移动荷载的可行性.结果 表明:利用反向传播神经网络进行移动荷载大小识别时,单输入参数的识别精度由高到低依次为加速度、速度、位移,建议在实际工程中采用较易获取的加速度数据作为输入参数进行荷载识别;多参数组合输入可以提高移动荷载的识别精度,其中速度和加速度组合可以实现较优的识别效果;实测数据证明了该反向传播神经网络用于简单的实桥荷载识别是可行的.相关研究结果可为桥梁载荷识别及桥梁结构的性能评价提供参考.     

基于ABAQUS纤维梁的钢筋混凝土材料模型二次开发

目的研究ABAQUS纤维梁钢筋混凝土材料本构模型,以解决软件中缺乏可用的三维梁单元约束混凝土材料模型及软件自带金属塑性材料模型无法考虑加卸载过程中刚度退化等问题.方法采用FORTRAN语言,基于经典混凝土和钢筋单轴材料本构模型,开发用于显式模块的钢筋混凝土梁单元材料子程序.首先,通过对钢筋的变幅值拉伸试验和素混凝土柱往复拉、压过程的模拟对子程序的有效性进行了初步验证;其次,分别采用不同的材料本构模型对钢筋混凝土梁、柱拟静力试验进行数值仿真,验证子程序用于构件分析的准确性和有效性;最后,以一个12层方钢管混凝土平面框架结构为例,分别建立二维和三维有限元模型,并进行地震作用下动力弹塑性时程分析.结果钢筋混凝土梁、柱试验的数值模拟结果与试验结果吻合良好,对比误差均小于4%,对钢管混凝土平面框架结构弹塑性地震反应分析结果也较为理想.结论采用不同钢筋加载规则得到的构件荷载-位移骨架曲线大致相同,但滞回捏拢行为有显著改变.与ABAQUS自带材料本构模型相比,笔者所开发的材料子程序可以更好地反映循环荷载作用下钢筋混凝土构件及结构的力学特性,可用于构件及结构的非线性分析.     

循环加载对钢筋混凝土梁抗剪性能影响研究

腹板斜向裂缝是钢筋混凝土梁中出现最多的裂缝形式之一,尤其是承受振动荷载的结构构件．目前循环荷载作用下构件抗剪承载力的试验较少,为此,在19根钢筋混凝土梁抗剪试验的基础上．分析了循环加载损伤对斜裂缝宽度和斜截面承载力的影响,试验主要变化参数为配筋率、剪跨比、循环荷载次数．研究表明：随着循环荷载次数增加,钢筋混凝土梁斜截面承载力显著降低,斜裂缝宽度明显增大．基于试验数据和采用不同规范计算值进行对比研究．给出了循环荷载作用下钢筋混凝土梁斜截面承载力损伤折减系数．该计算方法与现行规范计算分析有较好的结合．便于在工程实际中应用,为损伤后的钢筋混凝土梁斜截面承载力的评估提供了依据．     

FRP布加固钢筋混凝土梁截面刚度的分析

为了准确计算正常使用阶段纤维复合材料(FRP)加固钢筋混凝土梁的复合刚度,本文以材料力学理论推导为基础,结合数值模拟,研究了加固梁的刚度性能。通过曲率引入曲线方程,建立挠度、刚度和弯矩三者之间的关系,然后运用有限元软件模拟加固梁,观察梁在不同荷载下的跨中挠度,预测了加固梁的复合刚度。研究结果表明：本文模型计算值与文献中的实验值吻合较好,使用该模型可以有效的预测加固梁的刚度。     

冷弯薄壁方钢管混凝土梁的荷载-位移滞回性能研究

进行6根冷弯薄壁方钢管混凝土简支梁在循环荷载作用下的试验,研究了试件的破坏形态,并对其荷载-位移滞回关系曲线及其骨架曲线进行分析,研究其在不同参数下的滞回性能、延性等重要抗震性能指标.得到的主要结论如下：⑴冷弯薄壁方钢管混凝土简支梁荷载-位移滞回曲线呈梭形,较为饱满,没有出现明显的捏缩现象,表明构件具有较好的延性和耗能能力.⑵宽厚比越小,滞回曲线梭形越饱满;跨高比越小,滞回曲线梭形也越饱满,构件的塑性变形能力越强,具备更好的地震吸收能力和优越的抗震能力.⑶比较荷载-位移滞回曲线的骨架曲线,不同参数对冷弯薄壁方钢管混凝土梁的竖向承载力影响很大.     

冲击荷载作用下钢纤维混凝土配筋梁性能试验

为探讨冲击荷载作用下掺有端钩型钢纤维的配筋混凝土梁的抗冲击性能,对6根简支的有不同钢纤维体积掺量和不同配箍率的试件进行了落锤冲击试验,冲击点为跨中.分析了不同钢纤维体积掺量和不同配箍率对钢筋混凝土梁的抗冲击能力的影响,并采用高速摄像机记录了各试件的开裂形态.详细分析了试件的开裂形态、跨中位移时程曲线、试件中纵筋和箍筋应变时程曲线的特征.结果表明:在相同冲击荷载作用下,配箍率较高的试件中钢筋发生屈服乃至失效的几率相对较小,随着配箍率的增加,试件承受冲击荷载时产生的最大裂缝宽度减小;在冲击荷载作用下,提高钢纤维体积掺量对构件混凝土基体强度的影响相对不大,但对于试件刚度的影响较为明显;同时,钢纤维含量的增加,会减少梁中箍筋的应变,使得钢筋混凝土梁中钢筋发挥更好的作用;钢纤维体积掺量的增加,可以明显减少试件在冲击荷载作用下裂纹的发生与开展,并改变梁本身的开裂形态,使得裂缝发生的区域相对集中,形成主要集中在试件跨中的竖直裂纹,而支座附近裂纹相对减少.     

预应力组合斜撑型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能数值模拟

为了研究内置预应力组合斜撑型钢混凝土短肢剪力墙抗震性能,采用有限元软件DIANA通过与试验实测的滞回曲线、骨架曲线、预应力施加后混凝土主应变分布及峰值荷载时裂缝分布进行对比,建立了精细化的数值模型.基于校准模型,分析了预应力值、剪跨比和斜撑形式对该类构件荷载—位移曲线、刚度及承载力的影响.研究表明,内置X形预应力组合斜撑的型钢混凝土短肢剪力墙具有较好的抗震性能;随着剪跨比增加,构件的初始刚度和承载力降低,变形能力增强;增加预应力值能够提升构件正常使用阶段的抗侧刚度,但会导致构件承载力有轻微降低,建议控制预应力值在0.6f_y左右;X形和A形斜撑对构件的初始刚度和峰值荷载影响不大,但延性变化明显,其中低矮墙时X形斜撑优于A形,中高墙和高墙时相反.     

基于数字图像关联技术的沥青应变计测量准确度比对方法

提出一种基于DIC(digital image correlation)技术的沥青混合料表面平均应变测量方法,以之作为基准比对不同种类沥青应变计的测量准确度.首先基于DIC技术实现试件表面亚像素级位移场识别,进而研发基于二次曲线拟合的沥青混合料平均应变基准值算法.校准该算法后比对两种常用应变计的测量准确度.研究结果表明,有不低于95%的置信度认定DIC法测量应变误差小于12×10~(-6),通过比较应变计测量结果与DIC法平均应变基准值之间的差异,能够比对不同应变计测量准确度优劣.此外研究结果也证实,荷载模式对测量准确度具有影响,移除塑性应变或建立校准方程校准应变计测量结果均能够提高应变计测量准确度.     

利用位移影响线对曲线桥进行损伤识别的影响因素研究

基于位移影响线的特点,首先对简支曲线梁进行模拟,通过分析得出,曲线梁位移影响线对损伤具有很好的识别效果。然后通过对车辆移动荷载进行模拟,得出荷载速度越低损伤识别效果越好,且影响线损伤识别效果受到影响线取值间距的影响,选取适当的位移取值间距能够提高损伤识别的敏感性。进一步对曲线梁不同的支撑形式进行模拟分析,得出损伤指标随着支座约束的增加而增大。研究结论可以为曲线梁桥的设计及检测研究提供方向及技术支持。     

混凝土人字形折板式网壳结构的弹性稳定分析

弹性稳定是结构非线性分析时考虑缺陷影响的基础。对混凝土人字形折板式网壳结构基于对称性作简化分析,导得结构弹性失稳临界荷载计算的超越方程并给出临界荷载-肋梁刚度比曲线。采用有限元方法计算结构的失稳荷载,给出了低阶失稳模态;并考虑边梁、脊线和肋刚度及矢跨比的影响计算弹性失稳临界荷载,上述刚度改变通过调整构件截面高度实现。结果表明:结构的低阶弹性失稳模态关于脊线对称,其中一阶模态为半波反对称变形;矢跨比是影响弹性失稳临界荷载的重要因素,建议矢跨比不低于1/6;增大边梁的截面高度并不能有效提高其抗扭刚度,因此不能显著影响弹性失稳临界荷载;脊线刚度对弹性失稳临界荷载的影响较小;肋刚度的增加可以大幅度提高结构弹性失稳临界荷载。     

脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明：中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和...     

基于构件重要性的RC框架结构鲁棒性的快速评估方法

为了快速评估钢筋混凝土(RC)框架结构鲁棒性,通过广义应变能表征构件的易损性以反映构件属性,通过失效柱对应的梁板子结构承载力表征荷载传递路径.基于构件易损性和荷载传递路径指标建立可快速评价三维RC框架结构中构件重要性和单构件失效后受损结构鲁棒性的方法,该方法仅需整体结构线弹性分析和理论计算便可快速实施.针对一个基于中国建筑规范设计的典型规则框架结构的有限元分析,考虑了楼层数、层高、跨长的影响,验证所提方法针对三维规则结构鲁棒性评价的可行性和合理性.此外,通过2种典型竖向不规则结构的有限元分析,验证了该方法针对不规则结构柱在不同楼层下重要性识别的有效性.结果表明,所提出的评价方法可以快速、准确评估三维结构构件的重要性和单柱失效后受损结构的鲁棒性.对于规则框架结构,在给定单柱失效工况下,层高对结构位移响应的影响大于楼层数,但远弱于跨度的影响.     

不锈钢芯板梁受弯性能有限元分析

不锈钢芯板梁是一种新型夹层结构,由面板和芯子组成,其芯子由薄壁圆管按照一定间距排列组成,面板和芯子应用铜钎焊焊接.采用非线性有限元的分析方法,对这种新型组合截面梁在不同截面参数下的屈曲模式、变形过程、荷载-竖向位移曲线等方面进行分析,全面研究新型受弯构件的力学性能.研究表明:截面宽厚比、高宽比对不锈钢芯板梁的抗弯承载力影响较大,跨高比对极限承载力影响较小;由于芯子对面板的约束,构件腹板局部变形小,材料能够得到充分的应用,抗弯承载力高;但超过一定限度,增大芯子刚度不会再提高构件的极限承载力;研究分析结果可以为工程设计提供参考依据.     

钢筋混凝土箱型墩的双向恢复力特性

为了建立钢筋混凝土箱型墩在双向地震作用下弹塑性响应的简化分析模型,对其在双向反复荷载作用下的荷载位移恢复力特性进行了研究.首先介绍了钢筋混凝土箱型墩双向拟静力试验的基本情况及其破坏模式.其次,结合双向压弯作用下钢筋混凝土箱型截面的弯矩曲率分析,建立了箱型墩构件峰值位移、极限位移和残余变形的计算方法,并提出了钢筋混凝土箱型墩荷载位移三折线骨架曲线和卸载刚度的计算公式,建立了相应的理论恢复力模型.最后,利用试验结果,对理论恢复力模型进行分析和验证.结果表明,钢筋混凝土箱型墩在双向荷载作用下以弯曲破坏为主,实测和计算骨架曲线、滞回曲线吻合良好,考虑双向荷载作用的理论恢复力模型能够反映钢筋混凝土箱型墩的基本抗震性能.     

火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能的计算分析

为研究火灾后钢筋混凝土连续梁力学性能,对已有试验结果进行理论分析,并提出计算火灾后构件力学性能简化算法.试验设置1根受火梁及1根对比梁,依据ISO834标准升温曲线对受火梁开展升温试验,静置后,进行受火梁及对比梁常温静载试验.根据实际升温曲线,利用有限元软件对受火梁温度场进行计算,结合常温及火灾损伤后材料力学性能,分析出截面弯矩曲率关系,得出截面抗弯刚度,继而计算出受火连续梁及对比连续梁的弯矩及位移.结果表明:当截面受压区直接受火时,刚度及承载力都有较大降低,其中刚度下降更加显著,当截面受拉区直接受火时,刚度及承载力变化较小;受火梁与对比梁相比,梁弯矩明显更多地向加载点分配,最终导致梁出铰顺序不同,随着荷载增加,常温梁中支座先屈服,继而加载点截面屈服,而受火梁加载点截面先于中支座截面屈服.计算结果与试验结果吻合较好,同时对比分析了传统的计算连续梁的方法,表明其不适用于预测火灾后损伤的连续梁力学性能.