采用PPC设计的斜拉桥模型疲劳试验研究

为了研究部分预应力混凝土(PPC)斜拉桥体系的抗疲劳性能,对某PC(预应力混凝土)斜拉桥的缩尺模型进行了B类预应力混凝土的设计并进行了相关疲劳试验,从3个维度(主梁位移、索力变化、刚度)综合验证了部分预应力设计在斜拉桥设计上的可行性。研究结果表明:采用部分预应力设计的斜拉桥主梁在正常行车状态下,拉应力控制较好的情况下,混凝土在拉压区交替变化时不会产生损伤开裂。几乎不对主梁刚度造成退化,同时位移与索力的恢复较好。还发现边界条件对于整个体系影响较大,承受了较大的荷载,因此优化边界条件,可以改善斜拉桥的荷载分配,从而改善受力性能。表明了混凝土斜拉桥采用部分预应力设计是可行的,可为后续PPC斜拉桥的研究提供思路。     

服役斜拉索疲劳状态的全场域在线实时监测与智慧感知

为了能对斜拉桥拉索的服役性能进行更为准确和及时的评估,提出了一套服役期拉索疲劳状态评估的全场域实时监测与智慧感知技术方案。该方案首先给出了基于拉索横向动刚度分析理论的拉索全场域、全应力时程的实时感知方法,其次利用Miner线性疲劳累计损伤理论评估拉索全场域的疲劳损伤状态;最后,将其应用于一座斜拉桥的拉索的振动监测信息处理上,证明了所建议的技术和方案可实现服役拉索疲劳状态的全场域实时监测和智慧感知。具体结论如下:在拉索疲劳应力幅的组成中,由外荷载引起的索端位移产生的索力变化所产生的应力占比最大,当拉索发生较大幅度振动时,振动附加索力变化产生的应力也不可忽略;通过对拉索疲劳应力幅的统计分析发现,与长索相比,短索对外荷载更加敏感,通常会引起更大和更频繁的索力变化,故在斜拉桥拉索疲劳分析中,应对短索给予更多的关注;在拉索疲劳损伤分析时,弯曲应力和腐蚀的影响非常显著,若要使拉索疲劳寿命的预测更接近实际工程情况,需要考虑弯曲应力和腐蚀的影响;在应力幅较大的区域,对应循环次数较少,但拉索疲劳损伤度较大,在应力幅较小的区域,虽然循环次数较多,但拉索的疲劳损伤度较小,所以,在疲劳分析中,拉索应力幅比循环次数更值得关注。     

超大跨径斜拉桥钢结构疲劳监测与评估

该文以某斜拉桥为研究背景,基于钢箱梁疲劳监测结果,研究了超大跨径斜拉桥钢箱梁疲劳性能。结果表明:在车载的累积作用下,钢箱梁顶板和U肋腹板易出现疲劳裂纹;索梁锚固区钢锚箱各板件的应力幅均较小,但在长期交通荷载作用下,箱梁外腹板亦有可能出现疲劳裂纹。而底板、底板U肋、索塔钢锚箱的应力幅值较小,不会出现疲劳损伤。     

定侧压混凝土双轴拉-压疲劳累积损伤试验研究

在对有限预应力混凝土桥梁结构进行损伤分析与剩余寿命估算时,为了解混凝土在双轴波动拉-压应力作用下的疲劳强度和损伤特性,通过室内小尺寸的变截面棱柱体试件的双轴疲劳试验,得到了定侧压下混凝土等幅和变幅重复荷载作用下的轴心拉-压疲劳方程和疲劳变形特性。由等幅疲劳变形模量定义了损伤变量,拟合试验结果得到了相应的损伤演化方程;依据损伤演变与损伤状态、加载条件间的相关性,建立了相应的疲劳损伤模型。研究表明:极限疲劳割线模量衰减率可作为混凝土发生拉-压疲劳破坏的标志;用规范化的疲劳变形模量定义损伤变量,建立的损伤累积模型,用于疲劳损伤分析和剩余寿命预测时具有较高的精度。     

交通荷载对混凝土梁桥疲劳损伤的影响分析

为研究交通荷载对混凝土梁桥疲劳损伤的影响规律,基于7 d的动态称重(WIM)数据,采用Matlab加载程序,获取最不利截面底板钢筋的疲劳应力谱,并根据疲劳累积损伤理论进行不同交通荷载状况下的疲劳损伤分析。研究结果表明:交通量与疲劳损伤近似呈线性关系,超载及荷载水平提高引起疲劳损伤呈非线性增长,荷载水平提高引起的疲劳损伤远大于交通量增长及超载。在运营管理过程中,应密切关注交通量及荷载水平变化,严格控制超载车辆通行。     

沥青路面的双向疲劳损伤

疲劳损伤是沥青路面技术体系中的一个重要问题，各种设计方法中都建立了相应的疲劳设计模型。为研究全寿命周期内沥青路面的疲劳演化行为，基于RIOHTrack足尺环道开展了6 000万次加载试验，获得了19种不同结构形式的疲劳损伤状态，研究提出了沥青路面的双向疲劳损伤模式，即：在行车荷载作用下，沥青路面同时产生自上而下和自下而上的疲劳损伤。其中：自上而下的疲劳损伤是由压剪荷载造成的，根据路面结构形式的不同，一般表现为T-D横向疲劳裂缝与车辙变形的对偶式损伤；自下而上的疲劳损伤是由整体性材料结构层的层底弯拉荷载引起的，是一种传统的疲劳损伤模式。需要指出的是，单一某个结构层的弯拉疲劳破坏并不会导致整体结构的破坏，即某一结构层的疲劳寿命并不等于整体结构的疲劳寿命。针对自下而上的疲劳损伤模式，提出疲劳寿命逐层累积的分析方法，以完善沥青路面弯拉疲劳寿命的评估。     

预应力混凝土梁疲劳预应力损失探索性试验

为了探索性地研究预应力混凝土梁的疲劳预应力损失问题,设计制作了4根后张有粘结预应力混凝土简支试验梁,对其进行了位移等幅疲劳试验.通过在预应力混凝土简支梁的跨中预压区埋置应变传感器,测量疲劳试验过程中混凝土的应变变化量,确定预应力混凝土梁的疲劳预应力损失量.试验结果表明,预应力混凝土梁在动荷载作用下会发生疲劳预应力损失;疲劳预应力损失主要发生在动荷载作用的初始阶段;疲劳预应力损失与疲劳循环次数基本符合指数函数的变化规律.研究成果有益于预应力混凝土桥梁设计理论的进一步完善.     

温度作用对悬索桥成桥状态的影响分析

悬索桥刚度较小,对荷载较敏感,特别是温度荷载。文中以湖北棋盘洲长江公路大桥为背景,分析温度作用对索塔偏位、主缆线形、主梁线形、梁端纵向位移、吊索索力的影响。结果表明,温度作用对索塔偏位、主缆线形、主梁线形、梁端纵向位移的影响较大,对吊索索力的影响较小。     

钢-混凝土组合梁疲劳性能试验研究

为研究以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳破坏机理及疲劳损伤过程,制作3根钢-混凝土组合梁试件进行疲劳试验,研究组合梁在疲劳荷载作用下的破坏过程、挠度以及混凝土和栓钉应变的变化规律。结果表明:钢-混凝土组合梁的疲劳寿命对疲劳荷载相当敏感,疲劳荷载幅及荷载峰值都会显著影响组合梁的疲劳寿命;以栓钉剪切破坏为表征的钢-混凝土组合梁的疲劳损伤可以分为3个阶段,第1阶段,部分剪力较大的栓钉发生疲劳损伤,但栓钉群的整体抗剪性能无显著变化,组合梁的挠度无显著变化,第2阶段,随着疲劳荷载持续作用,部分栓钉发生严重疲劳损伤甚至断裂,栓钉群的抗剪性能劣化,组合梁的挠度明显增加,第3阶段,大部分栓钉被剪断,钢梁与混凝土板退出协同工作模式。     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

斜拉桥施工索力控制

斜拉桥是高次超静定结构,且施工技术复杂,需要精确的施工控制。斜拉索是斜拉桥的主要受力构件之一,是斜拉桥施工控制中的重点和难点,因此很有必要对拉索施工控制进行详细的研究。以实桥为背景,对拉索施工控制的方法做了详细描述。     

斜拉索索状态的精确计算

介绍了计算斜拉索的3种方法：悬链线法、抛物线法和有限元法，推导了悬链线法弹性伸长的计算公式，推导出了斜拉索精确的计算公式。结合长沙洪山庙大桥实际施工中的挂索问题，运用3种方法对3根代表性的索进行了计算，分析了3种方法的优缺点。     

斜拉索索状态的精确计算

介绍了计算斜拉索的3种方法:悬链线法、抛物线法和有限元法,推导了悬链线法弹性伸长的计算公式,推导出了斜拉索精确的计算公式.结合长沙洪山庙大桥实际施工中的挂索问题,运用3种方法对3根代表性的索进行了计算,分析了3种方法的优缺点.     

斜拉桥拉索减振阻尼器对拉索索力测量的影响研究

针对采用频率法测量拉索索力时拉索外加阻尼器对索力测量精度影响的问题,提出了考虑拉索垂度的拉索-阻尼器系统模态频率的分析方法,研究了阻尼器安装的相对高度、拉索的计算长度、阻尼系数等对拉索模态频率的影响程度和规律,获得了消除拉索减振阻尼器对索力测量精度影响的办法。研究表明,外加阻尼器对拉索低阶模态频率影响很大,采用高阶模态频率测量拉索索力时,索力测量能获得很好的精度。随着拉索-阻尼器系统相对安装长度和阻尼系数的增大,阻尼器对拉索模态频率的影响也越大,当阻尼系数增加到一定程度后,拉索的高阶模态频率基本与阻尼系数无穷大时的频率接近,阻尼器相当于固定支撑。以岳阳洞庭湖大桥A11号拉索为例,验证了该方法合理可行。     

吉林兰旗松花江大桥主缆、索夹、吊索的设计

吉林兰旗松花江大桥的设计本着安全、经济、适用、美观的原则,尤其是其悬吊系统的设计较有特色。该桥建成后,将成为国内最大的混凝土自锚式悬索桥。主要介绍了其悬吊系统的设计,重点是主缆、索夹、吊索的构造。     

吉林兰旗松花江大桥主缆、索夹、吊索的设计

吉林兰旗松花江大桥的设计本着安全、经济、适用、美观的原则,尤其是其悬吊系统的设计较有特色.该桥建成后,将成为国内最大的混凝土自锚式悬索桥.主要介绍了其悬吊系统的设计,重点是主缆、索夹、吊索的构造.     

天津永和斜拉桥换索后的索力调整

结合天津永和斜拉桥的换索与调索实践,在分析换索后全桥结构性能变化的基础上,阐述索力调整的目标、原则,利用平面杆系有限元程序和影响矩阵法基本原理,采用试算法确定出索力调整方案,分析索力调整的效果。调索过程中的监测结果表明,索力调整后,全桥索力接近目标值,索力分布趋于均匀,桥面线形、塔位均得到明显的改善,调索并未引起主梁混凝土产生过大的拉应力,试算法是一种实用性较强的可行方法。调索方案的优选应考虑尽量避免使运营多年的老桥结构受力状态发生突变,以保证调索过程中结构的安全。天津永和斜拉桥的调索实践为今后PC斜拉桥的调索工程提供了较为重要的参考。     

基于两次等效索长的斜拉桥索力测量

采用频率法测量索力,索长的取值和频率的测量精度决定了索力的测量结果,频率的测量较为方便且精度可以满足工程要求,索长的确定成为该法测量索力的关键;由于阻尼器等因素的影响,使得索长的取值难以确定,从而致使用频率法测量的索力结果误差较大;在对斜拉索施工张拉过程及阻尼器安装前后索力测量数据分析的基础上,提出两次等效索长的概念,...     

大跨度悬索桥成桥主缆线形及内力识别研究

由预制平行高强钢丝索股组成的主缆,不仅可以通过其自身弹性变形,而且可以通过其几何形状的改变来影响体系平衡,表现出大位移非线性力学特征。为了获得大跨度悬索桥成桥主缆的真实线形及其内力分布,基于有限单元法,从主缆的几何形状出发,推导了与主缆形状一致的位移场,然后通过对节点水平方向和竖直方向平衡方程解藕,推导出主缆线形与结构系统参数的关系,在此基础上,进一步推导了主缆内力与结构系统参数的关系。将计算理论编译成MATLAB程序,并应用于某大跨度悬索桥成桥主缆线形及其内力识别,主缆计算线形与实测结果吻合良好。采用本文方法计算的主缆内力分布与通用有限元相应的计算值比较相近,从而验证了本文方法能够较准确地识别出成桥主缆的线形及其内力分布,另外具有易编程实现的优点。     

斜拉索无应力索长的快速算法

在确定斜拉索的无应力索长时,悬链线理论虽然可以精确地考虑斜拉索的非线性力学效应,但迭代计算繁琐,不便于工程应用;基于简化假设的E rnst等效弹性模量理论虽然计算简单,但对于长柔索的计算精度有所不足。本文基于悬链线理论,通过近似求解索张力的水平分力,避免多次迭代计算,即可高精度地快速确定无应力索长,可供工程设计和施工中使用。