混凝土箱梁桥零号块水化热过程分析研究

结合黄沙港大桥工程实际,以箱室内外温度测试数据作为边界条件,根据混凝土水化过程的热传导方程,应用有限元分析程序ANSYS,对浇筑期间预应力混凝土连续箱梁零号块结构的温度场进行了仿真分析,并将仿真计算结果与混凝土连续箱梁的实测结果进行了比较。然后,应用ANSYS软件,采用增量法,动态模拟浇筑过程中水化热温度场变化引起的结构应力变化,得到了施工过程中应力场的时间和空间分布规律。分析表明,由于顶板和底板厚度较薄、内外温差较大,温度引起的残余应力也相对较大,而腹板最终的残余应力较小。因此,应该通过覆盖保温材料,控制厚度较薄的底板和顶板的内外温差,以改善内部混凝土后期受力状况,同时要注意控制预应力张拉时间和张拉力的大小。     

基于F⁃J⁃M法的桥梁温度与地震作用效应组合研究∗

目前铁路桥梁设计逐渐由容许应力法向极限状态法转变,而《铁路桥涵设计规范（极限状态法）》（Q/CR 9300—2018）并未提及地震作用与温度等可变作用的联合作用,给高寒高烈度区桥梁结构抗震设计带来了较大困难。为了推进桥梁以更经济的抗力方式抵御外荷载作用,通过目标可靠度指标确定其最优地震设计状况荷载组合分项系数,从而对现行桥梁设计规范抗震设计进行优化。建立了高寒地区某桥温度作用效应概率模型,使用Ferry Borges荷载组合理论探究地震和环境温度作用的效应分布特征,并基于JC 法和多灾害荷载系数设计法（MH-LRFD）建立地震、温度作用荷载系数的表达式。依托某桥梁工程实例分别探究了地震、温度以及两者共同作用下的桥梁的失效概率。研究结果表明：环境温度引起的桥梁温度内力响应、主要构件材料特性变异均能显著影响桥梁的失效概率;对于高寒大温差地区,现行规范忽略环境温度效应将显著低估桥梁在地震作用下的失效概率。本文提出的F?J?M（FerryBorges+JC+MH-LRFD）方法计算地震、温度作用组合系数,可为高寒地区桥梁抗震设计提供必要理论依据。     

一种BOTDR光纤温度传感器试验研究

BOTDR适于大尺度分布式健康监测,但对于结构点位的监测效果却不是很理想。本文研发一种基于布里渊光时域散射原理的光纤温度传感器,本传感器由裸光纤封装而成适用于结构点位监测。实验分析了BOTDR各项性能指标相同的条件下封装长度不同时对温度的灵敏度以及可重复性的影响。确定了当BOTDR所设参数一定时光纤温度测量段长度选择。验证了BOTDR温度传感器器检测结构局部点位温度的可行性,实验表明光纤温度传感器线性度和实验的重复性都很好。     

温度-应力联合作用下的不稳定岩块稳定性分析

在温差较大的区域,温度是诱发薄型不稳定岩块崩落的重要因素之一。考虑温度与应力联合作用下对不稳定岩块稳定性的影响,首先基于传热学方法,将x,y两个方向的温度传递分别进行计算,然后通过叠加原理建立了不稳定岩块内温度场和不稳定岩块主控结构面处的温度应力解析计算方法。考虑温度应力、不稳定岩块自重、地震和裂隙水压力联合作用下,基于断裂力学建立了不稳定岩块主控结构面的应力强度因子的计算方法,并根据不稳定岩块主控结构面的联合应力强度因子和断裂韧度构建了不稳定岩块稳定性分析方法。通过算例对比分析,结果表明,温度应力对薄型不稳定岩块的稳定性有着重要的影响,温度刚开始升高时不稳定岩块的稳定系数下降较快,随着温度进一步升高,不稳定岩块的稳定系数变化变缓;揭示了温度和主控结构结构面贯通长度联合作用下不稳定岩块稳定性的变化规律。所建立的不稳定岩块稳定系数计算方法可为温差较大地区的薄型不稳定岩块稳定性分析提供新的方法。     

混凝土水化热对钢筋应力影响的FBG监测研究

以江苏省海安船闸项目为工程背景,运用布拉格光纤光栅(FBG)应变感测技术,对船闸闸首底板钢筋结构在施工过程中的应力状态进行了监测;运用布拉格光纤光栅温度感测技术对船闸闸首底板结构的温度变化进行监测,并由此对钢筋应变监测结果进行了温度补偿,分析了闸首底板钢筋应力的变化规律。结果表明:船闸闸首底板钢筋混凝土结构中钢筋应变过程与混凝土水化热温度释放规律正相关,其应力状态主要受混凝土水化热释放引起的温度应力影响,钢筋轴向呈拉应变分布。该研究成果验证了基于FBG光栅传感技术在船闸等大型水工结构施工监测中的可行性,并对光纤传感技术的应用研发和大型船闸水工结构的设计参考及施工工艺的改进具有重要意义。     

冬季混凝土桥梁施工监控中温度参数的识别

混凝土桥梁温度场设计参数是影响桥梁施工误差的主要因素之一,施工过程中对其进行有效的识别直接关系到混凝土桥梁的结构安全。目前我国尚缺少各季节、各地区的混凝土桥梁温度场监测资料。为了分析冬季施工过程中混凝土桥梁的温度场分布,对榆林地区某斜拉桥进行了箱梁室内外温度和温度效应监测,根据热传导理论,建立了数值模型,采用瞬态热分析方法,得出了该地区冬季理论温度场。通过与箱梁相应温度测量值的比较,基于MATLAB平台,对82组数据进行了指数拟合,得出了适用于榆林地区冬季混凝土桥梁的温度场分布图。     

小半径预应力混凝土箱梁腹板应力分析

预应力混凝土箱梁结构广泛应用于大跨桥梁和立交工程中,但是箱梁腹板普遍存在裂缝的问题。对于小半径预应力混凝土箱梁,腹板更易出现裂缝。为了研究小半径预应力混凝土箱梁的腹板应力状态,本文以港沟互通立交工程为例,选取F10匝道箱梁建立有限元模型,对各工况下箱梁腹板应力进行分析。分析表明孔道附近最大拉应力出现在腹板预应力筋张拉锚固工况,预应力度对预应力混凝土箱梁腹板的应力状态影响较大。     

洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析实验研究

目前对于洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的研究,是通过对桥梁整体结构的稳定性做受力分析,没有考虑到桥梁各个部位受力情况对桥梁损毁的影响,无法对桥梁抗洪性能的改进给出合理化建议。该文提出一种新的洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析方法,通过考虑洪水漫过桥面和在桥面以下两种情况,分析桥梁在各关键部位的水平方向及竖直方向的受力情况计算出相应的力矩和位移,进一步求得正应力与剪应力,通过与最大正应力和剪应力的比较分析,实现对洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的研究,并建立洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析实验模型来验证方法有效性。实验结果表明,桥梁各个部位的受力情况不同,会对桥梁整体的抗毁性产生不同程度影响,并给出了提高桥梁抗毁性能的建议,证明该方法对洪水冲击下桥梁抗毁性受力分析的结果有效。     

海岛环境条件下超长灌注桩温度光纤监测研究∗

为了弥补传统监测手段的不足,更好地掌握海岛环境条件下超长灌注桩温度分布规律,采用了布里渊光时域反射（BOTDR）技术,在海岛环境条件下将光纤温度传感器安装在灌注桩上,对气温变化下 116 m 长的灌注桩进行了长期温度监测试验。监测结果表明：本次用于超长灌注桩桩体温度测量的光纤传感器均存活,说明传感器布设工艺的合理性,同时从测试结果来看,光纤温度传感器基本上没有受到外力的干扰;采用 DB5 小波对光纤测试数据进行降噪;从桩体温度变化曲线来看,海岛环境条件下的超长灌注桩桩体温度变化非常复杂,桩头位置温度变化量最大,随着深度增加,温度变化量逐渐减小,至 18 m 深度处温度基本不发生变化;桩体温度场的变化存在时间效应。     

不同应力-温度路径下平面钢框架火灾反应的非线性分析

采用考虑温度—应力路径影响的高温下钢材的应力—应变关系,对火灾中钢框架结构的反应进行了非线性分析,旨在尝试提出一种更加符合实际情况的钢结构抗火反应分析新方法。根据已有的试验结果,对高温材性试验数据进行了回归分析,得到了Q235钢在升温恒载、升温加载、升温降载3种基本应力—温度路径下单向拉压时的本构关系式,进而得到不同应力—温度路径下热非弹性应力—应变增量关系式。利用虚功原理,推导出不同应力—温度路径下平面钢框架有限元分析的单元热非弹性刚度方程的显式。同时,对增量迭代法进行了修正,提出升温恒载路径、升温加载路径及升温降载路径3种路径之间切换的判断准则,为结构抗火全过程分析提供了理论基础。     

考虑水-土-桥梁动力相互作用的大跨桥梁地震反应分析

为了研究地震动作用下动水压力对深水桥梁的影响,基于局部动力人工边界、流体边界及流固耦合理论方法建立了水-土-单桩整体模型,通过水平地震作用下的动力时程反应分析,同简化的Morison方程法模拟方式及无水模型进行对比分析,研究考虑桩土作用前提下工程简化方法和考虑流固耦合的整体方法的差异,以及桩土作用下动水压力对单桩结构动力反应的影响。在此基础上,以某跨海大跨连续刚构桥为背景,首次建立了水-土-桥梁系统的整体动力有限元模型,研究水-土-桥梁系统的地震动力反应,分析了桥梁各构件的内力幅值和分布规律,并与未考虑动水作用下的桥梁结构进行对比,分析了动水压力对深水桥梁的地震反应的影响规律。结果表明,动水作用受地震波频率影响较大,但规律相近,相同外部环境下,由于上部结构和桩土相互作用的不同,动水压力对单桩的影响大于大跨桥梁桩基础的影响。对于大跨桥梁,动水作用对处于水中桩基础的影响较大,水中部分的桩基础内力增幅最大,对水位以上的桥墩影响稍小,考虑动水作用后主梁轴力增加,弯矩减小。     

火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析北大核心CSCD

实际结构从正常使用到遭受火灾作用,至火灾后进行维修加固,其结构受力经历了常温、升温、降温和火灾后4个阶段(简称结构受力全过程)以及火灾升、降温作用阶段(简称火灾作用全过程)。基于上述结构受力和火灾作用的全过程,建立了全过程火灾作用下型钢混凝土柱力学性能分析的有限元模型,分析了全过程火灾作用下型钢混凝土柱的温度—时间关系、轴向荷载—位移关系和截面内力分布等。研究结果表明,不考虑外荷载和火灾升、降温共同作用得到的火灾后剩余承载力和对应的峰值位移结果偏于不安全;在结构受力全过程和火灾作用全过程中,型钢混凝土截面各材料之间发生了应力重分布。     

基于多级模糊综合理论的桥梁抗震安全性评价

在对影响桥梁抗震性能的因素进行分析的基础上,选取了26项对桥梁抗震安全性影响较大的子因素作为评价指标,从桥梁结构、基坑设计、维修养护、抗震设备和场地条件等5个方面,建立了桥梁抗震多级模糊综合评价体系,并对广州市某一特大桥抗震安全性的进行了分析。结果表明,多级模糊综合理论评价方法的计算结果与实际桥梁服役情况相符合,维修养护是此桥梁抗震安全性的薄弱环节,多级模糊综合理论的评价方法为建筑及其他工程抗震防灾方面的提供参考和借鉴。     

火灾下型钢混凝土柱的受力全过程分析

实际结构从正常使用到遭受火灾作用,至火灾后进行维修加固,其结构受力经历了常温、升温、降温和火灾后4个阶段(简称结构受力全过程)以及火灾升、降温作用阶段(简称火灾作用全过程)。基于上述结构受力和火灾作用的全过程,建立了全过程火灾作用下型钢混凝土柱力学性能分析的有限元模型,分析了全过程火灾作用下型钢混凝土柱的温度—时间关系、轴向荷载—位移关系和截面内力分布等。研究结果表明,不考虑外荷载和火灾升、降温共同作用得到的火灾后剩余承载力和对应的峰值位移结果偏于不安全;在结构受力全过程和火灾作用全过程中,型钢混凝土截面各材料之间发生了应力重分布。     

台风期间润扬悬索桥模态参数环境相关性研究

为给大跨桥梁结构损伤识别和安全性评价提供可靠的模态参数,利用润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)记录的主梁加速度响应,基于希尔伯特黄变换(HHT)方法开展了该桥的模态参数识别分析,并进一步研究了"麦莎"台风期间该桥模态参数与所测环境的风速、温度因素间的偶联关系。研究结果表明:基于HHT识别的低频段阻尼比值普遍要大于高频段,阻尼比总体随着频率的增大而减小;识别结果与成桥试验所得现场实测参考值以及有限元值几乎吻合,验证了该方法的可靠性;台风期间各阶模态的频率相对稳定,受风速、温度影响程度小;模态阻尼比的波动性则较为明显,受风速、温度影响较大。研究结果可为更好地掌握台风期间大跨度悬索桥的动力特性及其全过程变化规律提供参考。     

考虑时间及位移相关土压力的地下连续墙成槽变形分析

土层中地下连续墙开槽容易引起较大的地层变形,且与地层侧向土压力的变化特征有较大关系。基于弹性理论,考虑侧压力与时间及位移相关条件下,建立了地下连续墙开槽引起地层应力和位移变化的理论计算方法。结合地下连续墙开槽的特点,考虑极限情况下,开挖初期作用于地下连续墙槽段周围的有效土压力分布情况,得到与时间和位移有关的土压力计算公式;地下连续墙槽段开挖完成后在远场应力的作用下,槽段周围的应力将重新分布,利用变分原理和保角变换方法,计算得到重分布后的应力计算公式;在此基础上,综合分析地下连续墙矩形槽段施工过程中的水平方向的应力转移问题和竖直方向向下的荷载转移问题,建立了地下连续墙槽段周边沉降量的计算模型,并结合Mindlin解得到三维应力状态下的地表沉降量解析解。通过仿真,将理论成果应用于依托工程,与实际监测结果相对比表明该理论结果正确可行,为规避地下连续墙施工风险提供了理论依据。     

饱和砂土地基相变桩的热力学特性试验研究

能源桩是一种新型的能源地下结构,相变材料能够改变自身状态来提供潜热。制作相变混凝土能源桩来实施室内大尺寸模型试验,将直径为0.2 m,长度为1.5 m的相变能源桩放入长宽高分别为2.45 m×2.45 m×2 m的模型箱中,模型箱中为饱和砂土地基。随后对能源桩施加三次循环温度荷载,测量桩体内部以及桩周土体温度的分布,并对相变能源桩的力学特性进行监测和分析,研究了循环温度荷载下相变能源桩的应力应变以及桩顶位移。研究结果表明:① 能源桩在循环温度荷载作用下产生的温度变化会给桩周土体带来一定的温度累积;② 沿桩身深度方向及桩体内部同一平面内都存在着不均匀的应力应变分布;③ 桩顶位移随温度循环过程变化,温度循环结束后会产生不可恢复的塑性位移。     

不同减隔震支座组合对连续梁桥抗震性能影响分析

针对连续梁桥设置了不同组合的减隔震支座,采用动力时程分析方法探讨桥梁结构的抗震性能,对比分析了不同支座的减隔震效果。研究发现采用板式橡胶支座组合时,桥梁结构的各项地震响应均相对较大,支座承受的水平剪力相对较小;采用高阻尼橡胶支座组合时,支座的滞回耗能使地震作用下的主梁位移以及桥墩墩底弯矩、剪力、墩顶位移均有所减小,桥梁结构的抗震性能相对较好。减隔震设计能在一定程度上减小地震引起的桥梁结构损伤。     

受火混凝土温度场的试验与数值模拟研究

对火灾下预埋温度传感器的混凝土试件进行高温试验,研究了单面受火和三面受火两种工况下温度在混凝土内部的传播以及分布规律。在试验的基础上采用大型通用软件ANSYS对混凝土试件内部的温度场进行了数值模拟,数值模拟结果与试验结果吻合较好。结果表明:混凝土单面受火或三面受火时,同时间下不同截面高度处的温度值不同,说明温度沿截面高度的传递存在时差;在两种受火工况下,当混凝土内部温度达到100℃时会出现温度平台,试件表面会伴随出现潮湿现象;两种受火工况下混凝土内部的温度随时间的增长规律类似,但是距受火面相同高度处的温度值不同。     

库岸复杂滑坡体形成机制的数值分析

三峡库区黄土坡滑坡已历经了几十年的勘察,但对其复杂滑体结构的成因机制仍有待研究。论文从分析黄土坡滑坡体I号崩滑体的原岩结构特征及岩体风化泥化过程入手,通过数值模拟研究了斜坡发育过程中滑坡的演化机制。模拟结果表明,斜坡表层拉应力的分布及深部夹层剪应力的集中有利于岩体的风化泥化。数值分析结果较好地解析了黄土坡滑坡复杂滑体结构的形成机制,指出前缘断层发育与斜坡岩体深部夹层泥化是其形成演化的关键因数。数值分析也表明三峡水库蓄水对滑坡整体稳定性的影响较大,模拟结果还表明,潜在滑带由深部泥化夹层控制。