基于拉格朗日体系的典型桥梁断面风-雨耦合作用数值模拟

对典型桥梁断面风-雨耦合作用下的静三分力进行了CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究.对计算流体动力学软件进行二次开发,采用DPM(Discrete Phase Model)模型结合UDF(User Defined Function)函数施加源项的方法来研究风-雨耦合作用对桥梁断面静三分力系数的影响.将空气作为连续相通过欧拉法求解,采用基于拉格朗日体系的离散相模型对雨滴运动轨迹进行求解,引入离散随机游走模型来考虑旋涡对雨滴运动的影响,并通过冲量定理得到风-雨耦合下的雨滴对主梁断面的冲击载荷.通过与文献结果比较来验证方法的正确性,然后研究了风-雨耦合作用对典型桥梁断面三分力系数的影响,以及三维风-雨耦合作用对典型桥梁断面的作用机理,为研究桥梁风-雨耦合荷载提供了基础理论方法.     

混凝土桥梁构件服役期的抗力概率模型

构件的抗力概率模型是进行混凝土桥梁服役期的动态可靠性研究的基础之一．结构的抗力随时间的变化是一个随机过程问题．结合实桥数据建立了桥梁构件中混凝土强度的历时变化模型,讨论了因锈蚀导致的钢筋强度和钢筋截面积的退化．在此基础上,研究了在不修复情况下桥梁构件抗力的概率模型应满足的基本条件,采用独立增量过程作为抗力的概率模型及采用回归拟合方法确定了混凝土桥梁构件服役期抗力的均值函数、方差函数和自相关系数,并进行了参数敏感性分析．     

弯剪加固锈蚀梁抗弯性能试验

为探究锈蚀RC梁弯剪加固前后的力学行为,通过外加恒电流加速腐蚀的方法制作7根锈蚀梁,进行锚贴钢板弯剪加固后受弯试验,分析保护层厚度、二次锈蚀以及弯剪加固对试验梁的变形、应变以及承载力的影响。在此基础上,利用Combin39单元考虑钢筋与混凝土的黏结退化,对加固梁进行有限元数值模拟,并将变形、应力的计算值与试验值进行比较分析。结果表明:弯剪加固能有效提高锈蚀梁刚度以及承载力,二次锈蚀和保护层厚度对早期刚度的影响较小;各片试验梁加固前的承载力相差较大,经弯剪加固后,其承载力较为接近;二次锈蚀对加固梁的影响主要体现在锈蚀程度和不均匀性,锈蚀不均匀性会改变破坏形态并影响其使用性能;刚度的退化以及极限承载力的降低主要受锈蚀率影响,而保护层的作用较小;加固前后梁的应变基本表现为线性趋势,保护层厚度对中性轴高度的影响较弱;锈蚀严重时锚固作用较弱,导致梁底应变略有滞后,中性轴高度降低,而轻微锈蚀则能使钢板性能更好地发挥;基于黏结滑移降低系数所建立的有限元模型能够较好地模拟其试验值。     

桥梁用混凝土钢筋腐蚀动力学机理

应用塔菲尔极化曲线和开路电位等电化学方法,研究了钢筋混凝土试件在不同直流电压和不同质量分数的氯化钠溶液环境中快速锈蚀过程,分析处于混凝土环境中的钢筋快速锈蚀的动力学机理.研究结果表明,在外加电压分别为1,2V的快速锈蚀中,钢筋混凝土在腐蚀的0～5h时,腐蚀速率随着时间增加逐渐增大;当腐蚀时间在15～20h时,腐蚀速率达到最大;腐蚀速度随氯离子质量分数的增加而增大,当外加电压为2V且氯离子质量分数为5%时,其腐蚀速率高达83.89mm/a.     

基于裂纹扩展的锈蚀拉索疲劳寿命评估

将平行钢丝索视为一个多裂纹竞争的串-并联模型,通过点蚀不均匀系数确定锈蚀钢丝的初始裂纹尺寸. 基于疲劳裂纹扩展速率模型各参数的概率分布,采用疲劳失效全过程Monte-Carlo模拟法计算了不同断丝率下拉索的疲劳寿命,并通过试验数据对计算结果进行了验证. 结果表明：拉索断丝率随疲劳次数增加符合幂级数的增长规律,当拉索的断丝率达到10%之后,拉索的断丝率迅速增长而失去抵抗疲劳荷载的能力. 纤维束模型中串联钢丝单元划分越多,拉索的疲劳寿命越短,但这种趋势会随着钢丝单元数的增加而逐渐趋于稳定. 锈蚀拉索的疲劳寿命服从Weibull分布,点蚀效应缩短了钢丝裂纹萌生寿命,随锈蚀程度的增加,拉索疲劳寿命均值大幅下降,变异性减小,其抗疲劳性能快速劣化. 通过雨流计数法将随机荷载历程转化为疲劳荷载谱块的重复作用,基于钢丝的腐蚀发展规律计算了不同腐蚀程度拉索的疲劳寿命,建立了随机荷载作用下拉索腐蚀程度与疲劳寿命劣化之间的关系模型. 根据P-dc-N曲线可对锈蚀拉索服役期的疲劳可靠性进行评估,应用时需要准确掌握拉索钢丝的缺陷或腐蚀细节信息.     

锈蚀RC梁斜截面受剪抗力退化概率模型

针对氯盐环境下混凝土桥梁中钢筋锈蚀引起构件抗剪承载力退化问题,考虑混凝土、箍筋和斜筋对RC梁抗剪承载力的贡献,结合钢筋锈蚀的时变效应,基于Monte Carlo数值模拟方法,建立了RC梁抗剪承载力退化概率模型,对比了基于不同规范建立的受剪抗力退化概率模型的异同,分析了受剪抗力退化对保护层厚度、氯离子浓度等的敏感性.研究...     

圆形水池底板与池壁的相互作用

考虑圆形水池池壁剪切变形的影响,基于底板对池壁的径向约束作用和弯曲约束作用,将圆形水池底板与池壁的相互作用简化成端部受切向弹性约束和转动弹性约束下的弹性地基Timoshenko梁.利用自编程序和Ansys对底板环形简支的圆形水池在均布荷载作用下的受力进行分析,比较考虑以及不考虑池壁剪切变形影响、底板与池壁相互作用共4种工况的受力状态.研究结果表明:圆形水池底板与池壁的相互作用明显,对内力和变形影响巨大,池壁剪切变形影响较小.     

基于随机响应面法的斜坡基桩水平承载可靠性分析

斜坡效应和参数不确定性均会影响斜坡段桥梁基桩水平承载特性及安全可靠性.首先,建立考虑斜坡效应的基桩简化受力模型,推导其内力分析的有限差分解;其次,基于随机响应面法,建立斜坡基桩水平承载可靠性分析的极限状态函数,利用一次二阶矩法求解可靠度指标和失效概率,并对理论方法和程序的合理性进行对比验证;最后,结合工程实例探讨桩径、...     

确定斜坡地基比例系数m值的模型试验研究

为研究斜坡坡度及水平荷载作用角度对斜坡地基比例系数m值的影响,设计并完成了一系列斜坡地基刚性桩水平承载室内模型试验,测得了不同斜坡坡度及水平荷载作用角度下地基比例系数m值.试验发现:斜坡地基比例系数m值随地面处桩身水平位移x、斜坡坡度α及水平荷载作用角度β增加呈非线性减小,当x10mm时,m值几乎保持为一定值,并据此建立了斜坡地基比例系数m值与坡度α及荷载作用角度β之间的拟合关系式.理论与试验对比分析表明:根据考虑斜坡空间效应影响确定的斜坡地基比例系数m值,计算得到的桩身内力、位移与实测结果最接近,最大计算误差小于10%;斜坡桩基设计时,建议取地面处桩身水平位移x=10mm对应的m值.     

模型及参数不确定下钢筋锈蚀率动态演进分析

为合理预测钢筋锈蚀状况,综合考虑均匀锈蚀、局部锈蚀及其影响因素的不确定性,提出钢筋锈蚀率动态演进分析方法。该方法以Bayes理论为基础,利用桥梁检测数据,来实现锈蚀率物理模型选择及其参数的更新;结合一座既有实桥,分析锈蚀率的时变规律,并对理论结果进行实验验证。研究结果表明:模型的不确定性对预测结果的影响不容忽视;基于检测数据的信息更新可使预测结果更接近实际,检测数据越多、更新频率越高,对提高预测准确度越有利;在桥梁管理过程中,应注重检测数据积累和养护管理系统的完善。