基于监测数据的拱桥吊杆疲劳寿命评估方法及其应用

目前拱桥吊杆都是基于恒载及活载静力强度准则设计的,没有考虑车辆荷载的动力疲劳安全系数。本文引入概率和统计学的概念与方法,对吊杆疲劳强度进行了可靠性分析与设计,建立了拱桥吊杆基于极限应力模式的疲劳动态可靠度模型与分析方法。结合实际桥梁监测的数据和疲劳模型试验,给出了拱桥吊杆腐蚀疲劳动态可靠度的计算步骤,并对实际桥梁的某一根吊杆腐蚀疲劳可靠度进行了评估,评估结果与实际结果基本吻合,证明了此方法适用于拱桥吊杆腐蚀疲劳寿命预测。     

悬索桥主缆索寿命期内可靠度指标确定方法∗

以某工程为背景,应用Midas civil并基于主缆面积、弹性模量和极限强度的时变模型对主缆进行腐蚀模拟,其后,在车辆疲劳荷载作用下得到疲劳应力幅,并对Manson-Coffin公式进行修正得到主缆在寿命期内的S-N曲线,由此估算出主缆关键位置在寿命期内的疲劳寿命,利用Matlab编制主缆关键位置在寿命期内的失效概率和可靠度指标计算程序。研究表明:除锚固和索塔位置外,主缆其它位置应力均呈对称分布;在寿命期为100年时,索塔位置疲劳应力幅变化量最大,锚固位置疲劳寿命最低且可靠度指标退化最快;主缆可靠度指标与使用年限、当地环境、主缆长度以及基准长度存在一定关系,最终给出了悬索桥主缆索在腐蚀条件下的可靠度指标计算公式。     

地震作用下大跨度悬索桥几何非线性影响分析

大跨度悬索桥几何非线性主要来自3个方面:缆索垂度效应、梁柱效应、大位移引起的几何形状变化。鉴于地震波高频成分振幅大,低频成分振幅小的特点,很难对地震作用下大跨度悬索桥几何非线性的影响做出定性判断。目前大跨度桥梁的几何非线性研究主要集中在斜拉桥,且不同的学者得出了不同的结论。本文以逐级加大振幅的Ⅳ类场地多条地震波为激励,通过对称与非对称的2座典型大跨度悬索桥的几何非线性影响对比分析,探讨了几何非线性对大跨度悬索桥重要地震响应量的影响程度及其原因,并提出了相应的抗震设计参考建议。     

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。     

基于实测车流的悬索桥吊杆钢丝寿命期内的疲劳评定

将过桥实测车流数据与数值模拟分析结合起来,以江阴大桥的吊杆为研究对象,考虑不同车道对吊杆疲劳寿命的影响,建立了大跨度悬索桥疲劳车辆荷载模型和吊杆钢丝寿命期内的疲劳评估实用方法以及基于S-N曲线的吊杆寿命期内的疲劳损伤评定方法。研究结果表明,跨中短吊杆的疲劳退化快于桥塔附近的长吊杆,短吊杆是疲劳养护的重点;在吊杆的20年寿命期内,不需要考虑疲劳更换,但需要对跨中短吊杆采取监视措施。该方法可用于悬索桥吊索的安全评估与剩余寿命分析,能为吊杆的检测、维护与管理提供决策依据。     

大跨度多肢屋盖风荷载特性试验与模拟研究

我国现有建筑荷载规范对复杂大跨度结构的风荷载取值缺乏明确规定。因此,以成都某超大跨度多肢屋盖形式的航站楼为例,采用刚性测压模型风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究了该超大跨度屋盖在24个风向角下的风荷载分布规律,并对比验证了现有计算流体动力学方法对复杂大跨屋盖风荷载模拟的有效性和准确性。结果表明:大跨度多肢屋盖上表面基本为负压,各分肢由于外挑屋檐弧度大、转角多、顺风深度窄,屋盖负压值较其他区域更大,是此类屋盖设计时应重点加强的部位;270°为最不利风向角,由于迎风宽度较大,C指廊迎风向屋檐转角处平均风压系数达到-1.4。0°风向角下由于周边建筑高度较低,进深较短,尾流对试验段航站楼影响基本可以忽略;负风压系数负值沿屋檐外轮廓曲线变化呈两端大中间小的趋势。数值风洞对平均风压系数的模拟结果与试验结果吻合较好。     

桥梁吊索高强钢丝疲劳裂纹扩展试验与数值模拟

反复车辆荷载作用下,斜拉桥斜拉索及拱桥吊杆疲劳损伤问题日益严重。针对大跨桥梁中常用的镀锌高强钢丝,开展了应力比R分别为0.1、0.2、0.3的疲劳裂纹扩展试验,研究了应力比及应力幅对钢丝疲劳裂纹扩展性能的影响,每种应力比下的应力幅分别为140.4、152.1、163.8、175.5MPa。采用分步加载方法,设计不同加载应力幅在试件断裂面留下裂纹扩展时的条纹特征,利用光学显微镜对疲劳断口的疲劳条纹进行观测,得到了不同应力比下裂纹扩展深度与疲劳循环次数的a—N曲线,拟合了高强钢丝的疲劳裂纹扩展速率模型。试验结果表明:钢丝疲劳裂纹呈三阶段扩展,随着应力比R的增大,Paris公式中参数C变小,m变大。运用有限元软件ABAQUS模拟了裂纹扩展过程,定量分析了裂纹扩展径向与表面方向的关系,试验结果与有限元结果吻合较好。试验得到的疲劳裂纹扩展速率曲线,可用于大跨桥梁吊索的抗疲劳、防断裂设计及疲劳寿命评估。     

大跨度斜拉桥主梁颤振动力可靠性分析

针对大跨度斜拉桥主梁易发生颤振失稳的问题，基于现有的桥梁颤振分析及结构可靠性理论，将主梁颤振临界风速视为结构抗力变量，以主梁处随机风速为荷载变量建立了桥梁颤振动力可靠性分析的极限状态方程，并采用JC法对天津某桥主梁颤振可靠性进行了分析，得到了颤振失效概率，并得出了竖向刚度是影响颤振可靠度的一个关键指标的结论。     

桥梁结构健康监测的数据融合框架

大型桥梁结构健康监测系统需要安装大量各种类型的传感器,如何有效利用这些实时采集的信息以保障桥梁的连续安全运营是一个核心课题,而数据融合技术是解决这一问题的一个新方向。本文对近几十年来数据融合技术的发展做了全面综述,介绍了常用的数据融合模型,评析了各种常用融合算法。基于对健康监测系统的细致分析,在前人工作基础上,提出了桥梁结构健康监测的数据融合框架,对框架内的各个功能模块进行了功能定位,并给出了相应阶段适宜的融合算法。     

疲劳荷载后锈胀RC梁抗弯刚度计算模型

腐蚀和疲劳作用影响钢筋混凝土梁的服役性能,降低结构的剩余使用寿命。为研究疲劳后锈蚀钢筋混凝土梁的刚度退化规律,采用电化学快速锈蚀试验得到了6根不同锈胀程度的钢筋混凝土梁,研究了不同疲劳荷载次数后梁在分级荷载下的荷载—挠度关系、混凝土裂缝发展规律、失效模式,分析了锈蚀水平对钢筋混凝土梁疲劳寿命的影响。试验结果表明,钢筋混凝土梁的挠度发展分快速上升—稳定—失稳三个阶段,混凝土锈胀对梁疲劳寿命的影响较大。引入刚度修正系数,发展了疲劳荷载后锈胀钢筋混凝土梁抗弯刚度计算方法,该方法可考虑疲劳作用、锈胀、混凝土弹性模量退化等因素的影响,并通过本文试验及现有文献中的试验结果进行了验证,可用于日后老化钢筋混凝土桥梁在疲劳荷载作用下的挠度计算和寿命评估。     

采用GPS与全站仪对大跨斜拉桥进行变形监测

在桥梁运营期间,由于各种原因,会造成其不同程度的损伤和破坏。为了保证既有桥梁的安全运营和尽可能延长它的正常使用年限,应对其进行实时健康监测与安全性评估。以东营黄河胜利大桥为背景,提出了采用 GPS与全站仪相结合的健康监测方法,阐述了整个监测方案的具体实施过程并对观测数据进行了初步分析,对试验进行了总结,并对未来研究方向提出了建议。     

基于SHMS的润扬悬索桥桥址区北风特性的研究

气象研究表明,作用在润扬悬索桥上的强风荷载主要是夏季台风和冬季偏北大风。运营近三年来,润扬悬索桥结构健康监测系统(SHMS)中的风速仪记录了经过该桥址区的大量强风样本。本文通过对北京时间2007-03-10 T13:00～2007-03-10 T16:00期间的实测强北风风速风向数据的分析,得到了该时段的风速和风向、紊流强度、紊流积分尺度、紊流功率谱密度函数等强风特性。结果表明,桥址区实测北风风速风向较稳定;顺风向紊流功率谱密度函数与Kaimal谱吻合较好;紊流强度较规范偏高。     

声发射技术在桥梁结构健康监测中的应用研究进展

声发射技术作为一种被动的、动态的监测手段,在工程和材料领域得到了广泛的应用,正日益受到桥梁结构健康监测研究者的关注。本文回顾了近年来国内外基于声发射技术的桥梁结构健康监测研究状况。首先,简要介绍了声发射的基本原理和声发射信号处理方法;其次,详细分析了声发射技术在桥梁结构健康监测中的研究成果,包括钢筋混凝土桥、钢结构桥、桥梁结构关键构件和无线声发射传感器及其网络等;最后,分析了声发射技术在桥梁结构健康监测领域应用中存在的一些问题,并对声发射技术的应用前景进行了探讨。     

厚软场地上大跨径桥梁设计反应谱研究

大跨径桥梁塔高、跨径大、自振周期长,深厚、软弱场地的长周期地震动对桥体结构影响较大。我国《公路工程抗震设计规范(JT J004-89)》也只适用主跨不超过150 m的梁桥和拱桥,国内长期以来没有一个适用于大跨径桥梁的抗震设计规范或指南。本文结合大跨径桥梁工程实例,根据场地土层静、动力性能参数的原位测试和动三轴试验结果,进行厚软场地土层地震反应分析,研究厚软场地的地震动效应,讨论了不同地震动强度时厚软场地的设计反应谱特征,分析了现行规范设计反应谱应用的局限性,成果对相关工程有重要指导意义,对大跨径桥梁抗震设计规范的制定也有借鉴作用。     

多点激励下连续桥梁地震响应特性研究

地震动在强度和频率等方面均具有非平稳特性,导致多跨桥梁的动力响应非常复杂.为了研究多跨连续桥梁在多点地震动激励下的反应,首先提出了评价多点地震动非平稳性的3个指标:幅值绝对值的标准差、方向离散度和穿零率.根据桥梁多点激励运动方程的特点,阐述了广义振型参与系数矩阵的意义,及其与传统振型参与系数矩阵的联系和区别.根据多点地...     

桥梁震害预测方法

总结并探索了桥梁震害的预测方法,包括经验统计法,规范校核法、Pushover法和大跨度桥梁震害预测方法,通过引入的桥梁分类标准,建立了桥梁震害预测的一般流程,最后,结合福州市区重要桥梁震害预测,简要介绍了各类方法的应用。     

计算机仿真技术应用于奥运场馆火灾安全分析

以奥运场馆旧馆改造项目为背景,利用计算机技术,采用性能化防火分析手段,建立了对奥运场馆进行性能化防火分析的软件系统.该系统采用数值模拟的方法,将火灾场景模拟与结构分析综合为一体,完成了性能化防火分析思想的软件实现,利用该系统模拟了被指定为北京奥运会比赛用馆的某已建体育馆在设定火灾下的火灾场景和结构温度场分布,并对该场馆的火灾安全提出了进一步分析的建议,通过分析结果可以得到网架结构的最危险区域的温度.实例分析表明,该系统功能强大,运行方便,充分体现了计算机仿真技术在建筑防火分析中的优越性.     

结构抗震分析中的计算机仿真技术

结合已有的研究成果和应用实例,介绍了计算机仿真技术在结构抗震设计、既有结构抗震性能评估、极端外部作用下结构反应分析、区域抗震规划与评估等领域的应用现状及最新进展。强调了能够解决不连续、大变形问题的数值分析方法在这一领域的意义。指出建立或完善构件层次的滞回本构模型和多参数破坏准则,研究结构解体前后的阻尼机制,探讨数据库技术在仿真系统中的应用,发展新型结构体系的分析模型以及具有初始损伤结构的地震反应分析方法,引入并行计算技术等对推动计算机仿真技术在结构抗震分析中的应用具有重要的意义。另外,仿真分析方法必须经工程实例或结构试验验证。