车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一。为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响。首先建立了三维车桥耦合振动模型,并采用美国AASHTO桥梁设计规范中的Ⅰ形简支钢-混凝土组合梁桥、强度设计车辆荷载模型和疲劳设计车辆荷载模型作为算例进行分析。然后,基于建立的车桥耦合振动程序、S-N曲线和雨流计数法,获得不同桥面状态下强度设计车以不同车速过桥时产生的动力冲击系数和疲劳设计车以不同车速过桥时产生的疲劳损伤累积和最大应力,并根据卡方检验对在不同桥面状态和不同车速下获得的这3个参数的分布类型进行检验。最后,基于剩余强度理论,利用AASHTO规范中规定的桥梁承载力设计方程,建立能考虑桥梁全寿命周期内桥面处于不同状态时车辆过桥产生的累积疲劳损伤对钢主梁极限承载能力折减的极限状态方程,并以此对钢主梁极限承载力的可靠指标进行研究,获得其与疲劳设计车日均通行量的关系。研究结果表明：桥梁极限承载力可靠度会随着疲劳设计车日通行量的增大而降低;钢主梁疲劳累积损伤对其极限承载力折减具有重要影响。提出的方法为准确评估在役桥梁的极限承载能力提供了更为有效的途径。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。     

钢桁梁斜拉桥主梁施工期结构稳定性分析

以某钢桁梁斜拉桥(46+134+400+134+46) m主桥为工程背景,采用数值模拟与理论分析相结合的研究手段,对施工最大单悬臂、双悬臂及成桥等关键阶段的第一类稳定性和第二类稳定性展开研究。研究结果表明:①该桥施工期第一类和第二类稳定性安全系数均满足规范要求,且运营阶段结构稳定性也是安全的。②结构非线性稳定性安全系数比弹性稳定性安全系数要小得多,确定结构极限承载力时,应考虑非线性因素对结构稳定性的影响。③钢桁梁斜拉桥承载力丧失的直接原因是部分斜拉索应力先达到其破断强度并退出工作,随后更多斜拉索应力达到破断强度,主桁受力突然增大,塑性变形快速增长,塑性区范围扩大,在杆件上形成塑性铰,从而结构达到其极限承载力。研究成果可为大桥建设提供有力的技术支撑,同时为同类桥梁设计、施工提供有价值的参考。     

公路网状吊杆拱桥极限承载力研究

为明确公路网状吊杆拱桥的极限承载力特性，以G40江淮运河大桥为背景工程，采用通用有限元软件Ansys对结构极限承载力进行了研究，得到了结构在施工阶段裸拱状态、使用阶段恒活载共同作用下以及单根吊杆断裂极端工况下的稳定承载力。结果表明：上述工况下，结构稳定性均满足相关要求，具有一定安全储备。考虑双重非线性影响时，结构极限承载力比线弹性情况下降低57%,说明非线性效应对结构极限承载力有较大影响。研究论证了网状吊杆拱桥的受力优势及其在公路桥梁中应用的适用性，为公路网状吊杆拱桥的推广应用提供了参考。     

在役混凝土桥梁安全性评估目标可靠指标研究

通过规范环比法分析比较了建国以来我国颁布实施的6部公路桥梁设计规范的安全度,结果表明,早期规范公路桥梁设计规范中钢筋受拉破坏控制构件的安全系数高于85规范和04规范,但混凝土受压破坏控制构件安全系数基本一致。进而对单一安全系数极限状态表达式进行了可靠度分析,并回归得出了单一安全系数与可靠指标的关系。以此为基础,确定了历版规范对应的承载能力极限状态目标可靠指标。最后根据国内相关规范及研究成果,确定了在役混凝土桥梁安全性评估目标可靠指标,为合理评估在役混凝土桥梁安全性能提供了依据。     

桥梁基础冲刷对结构静动力特性的影响分析

本文依托象山港大桥分析了基础冲刷对桥梁结构静动力特性的影响,建立了考虑下部结构桩土耦合作用的精细化全桥有限元模型,计算了最大冲刷深度状态下,大桥在极限静力工况时桩基础的最不利荷载效应,验算了单桩的轴向受压承载力及并进行了桩身截面抗力验算,评估了冲刷对桩基础的的影响,对不同冲刷深度下结构的动力特性进行了特征值分析,研究了冲刷深度对各阶模态频率的敏感程度。     

基于可靠度的结合梁桥评估

系统可靠度可以作为既有桥梁结构有效评估的重要工具。主要研究桥梁结构系统,如结合梁桥的系统特性,目的是识别荷载及抗力参数,确切地阐述极限状态函数,提出作为结构系统的全桥的可靠度分析步骤。对桥梁单独构件(主梁)进行了可靠度计算,并与桥梁的系统可靠度进行比较。得出的系统可靠度可以用作合理的桥梁设计及评估的依据。     

混凝土简支桥梁的体系延性与可靠度研究

目前对于桥梁结构的单梁在各类荷载作用下可靠度研究很多,但其很少涉及桥梁结构体系的整体可靠度问题,而单个桥梁构件的失效并不一定使得整个桥梁结构发生整体破坏。通过建立有限元模型并将其与基本的可靠度理论相结合,讨论和计算结构系统承载力的延性,从而建立一套可以考虑体系延性的可靠度计算方法。研究发现,仅仅考虑单梁失效的构件可靠度与实际体系的可靠度会有很大区别,进行可靠度分析时应进行体系分析,能够更为准确地评估桥梁结构的性能。     

中欧桥梁混凝土结构设计规范的若干问题研究

根据可靠度和设计基准期之间的关系以及棱柱和圆柱混凝土试件轴心抗压强度的转换关系,揭示了在相同标准下中欧混凝土桥梁设计规范的可靠度及抗力分项系数。通过重构构件的极限承载力和抗裂弯矩、抗挠弯矩计算公式,定量剖析了随材料配置、尺寸变化条件下中欧规范构件设计承载力的差异及其变化规律。综合分析表明中国混凝土桥梁设计规范的结构安全度和裂缝控制更为严格。     

考虑环境腐蚀的海上施工栈桥承载性能分析

为研究环境腐蚀对波流共同作用下的海上施工栈桥承载性能的影响,以平潭海峡公铁大桥海上施工栈桥为背景,建立考虑杆件弹塑性、节点局部柔性和环境腐蚀的栈桥有限元模型,采用非线性分析方法计算栈桥在不同波流条件、不同腐蚀时间下的承载力,对其波流承载性能进行分析。结果表明:栈桥极限波流承载力随着腐蚀时间增长而减小,腐蚀时间为20年时承载力下降48%并趋于稳定;通过提出的腐蚀时间与极限承载能力的数学关系可快速获取不同影响参数下海上施工栈桥的损伤临界线,提高了评估效率;考虑腐蚀后,在相同重现期波流荷载作用下,结构损伤程度会明显加重。该栈桥在100年一遇波流作用下,服役6年内只会出现轻微损伤,服役7年后可能会出现中度损伤,11年后可能会出现严重损伤。     

左家堡大桥实桥承载力破坏试验及分析

基于实际桥梁的承载力破坏试验是验证桥梁极限承载力的最直接的方法,以山西省左家堡大桥为试验对象,介绍了此钢筋混凝土简支T梁桥破坏性试验的方法及加载过程,通过试验获取了桥梁的实际极限承载力,同时也获得了在破坏试验过程中挠度、裂缝及刚度退化等随加载变化的规律,明晰了桥梁的破坏机理,并且基于有限元软件ABAQUS建立了左家堡大...     

漳州战备大桥极限承载能力分析

为深入研究部分斜拉桥的极限承载能力,以国内第1座已建混凝土部分斜拉桥——漳州战备大桥为例,对其进行极限承载能力分析。运用ANSYS有限元分析软件,采用基于非线性连续介质力学理论的全过程分析方法,假定混凝土为理想的弹塑性材料,采用Drucker-prager屈服准则,钢筋为多线性等向强化材料,采用Mises屈服准则,建立了有限元U.L.列式的几何非线性与材料非线性耦合空间分析模型。分析结果表明:当活载系数λ3时,部分斜拉桥结构的非线性特征不明显。部分斜拉桥达到极限承载力时,其破坏模式属材料强度达极限状态这种类型,此时结构还未出现极值点失稳现象。决定其极限承载力的主要因素是混凝土材料非线性。中跨布载时结构极限承载力最小,活载系数λ=7.8,极限安全系数k=1.78。     

大跨度混合梁斜拉桥弹塑性极限承载力分析

为研究混合梁斜拉桥的弹塑性极限承载力,基于连续体三维虚功增量方程,建立空间薄壁梁单元的U.L.列式增量平衡方程,采用分段分块变刚度法计算单元的弹塑性刚度矩阵,并编制相应的斜拉桥弹塑性极限承载力空间分析程序ULCA.采用ULCA对某主跨480 m的双塔三跨空间双索面混合梁斜拉桥成桥进行弹塑性极限承载力分析,分析结果表明:该桥的荷载安全系数k=3.146 5,因混凝土主梁受压区破坏而达到极限状态;材料非线性对边跨位移、索力及桥塔位移的影响远大于对中跨的影响;极限荷载作用下,材料非线性对主梁和桥塔的轴力基本无影响,但弯矩重分布比较明显.     

基于蒙特卡罗数值模拟的大跨桥梁状态评估

为了定量地研究大跨桥梁在多种随机因素下的可靠度,采用蒙特卡罗数值模拟方法,对润扬长江公路大桥(中国跨度最大的悬索桥)在温度、风、车辆荷载、车辆冲击等随机变量作用下的结构可靠度进行计算。通过对大桥在正常运营和损伤状态下的可靠度分析,获得了大桥主缆应力、吊索应力、桥塔位移以及钢箱梁线形等重要指标的可靠度和累积分布函数,其分析结果形象直观,提高了评估的效率,使维护决策的制定更加客观准确。     

在役PC桥梁承载力可靠度评估

为了评估承载能力极限状态下在役预应力混凝土桥梁的可靠度,建立在役预应力混凝土桥梁构件的受剪、受弯抗力概率模型,建立了恒载、汽车荷载效应概率模型。结合在役桥梁构件基于可靠度指标的分级原则,对一座服役23年的预应力混凝土梁桥进行可靠度评估,评定的桥梁等级与规范评定结果一致。本文方法可为在役预应力混凝土桥梁的可靠度评估提供参考。     

基于随机性的混凝土碳化寿命预测

基于影响混凝土碳化深度的各类因素,提出了混凝土桥梁的碳化时变随机模型。现以混凝土碳化深度达到钢筋表面这一状态作为结构的耐久性失效的极限状态,建立混凝土桥梁碳化程度时变可靠度分析及剩余寿命预测模型,并现以福建一座服役中混凝土桥梁为例,进行碳化可靠度分析和剩余寿命评估。该方法得到的结论对实际桥梁的耐久性评价和桥梁日常维护决策提供了依据。     

施桥运河大桥荷载试验分析与承载力评定

为了检验施桥运河大桥成桥后桥梁承载能力是否满足正常使用状况的要求以及评估实际结构的动力性能,对全桥展开荷载试验分析,研究结果表明,施桥运河大桥的受力性能和正常使用状态极限承载力满足设计荷载等级公路-II级要求,结构工作状况良好。     

基于逆可靠度法的三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑安全系数研究

为合理评估三塔悬索桥主缆与中塔鞍座抗滑安全系数,提出了一种基于逆可靠度法的主缆与中塔鞍座抗滑安全系数计算方法。在考虑结构参数变异性前提下,通过一次逆可靠度方法将目标可靠指标和抗滑安全系数联系起来,进而评估结构的安全性。运用所提方法评估了某算例的抗滑安全系数,并进行了参数分析。计算结果表明:抗滑安全系数随着目标可靠指标的增大而减小;参数随机性对抗滑安全系数影响较大,忽略参数随机性求得抗滑安全系数偏大;摩擦系数、结构恒载、均布活载对抗滑安全系数影响较大,而抗滑安全系数对主缆弹性模量和主缆面积不敏感。     

既有桥梁可靠度与安全使用寿命的综合评估

常用的桥梁技术状况评估方法以静力强度为主要指标,所得评估结论一般难以对既有桥梁的可靠度和安全使用寿命做出评估。将结构疲劳损伤的发展速率和构件的冗余度作为影响桥梁可靠度和安全使用寿命的主要指标,提出运用层次分析法(A H P)的基本原理,通过建立基于疲劳损伤评价方法的综合评价模型,评判既有桥梁技术状况。以禹门口公路黄河大桥吊索的综合评估为例,对该方法的实际应用予以说明。     

基于可靠度的船撞桥梁倒塌概率分析

针对大型复杂桥梁,运用可靠度理论对船撞桥梁倒塌概率进行计算是船撞评估方法发展的必然趋势.基于可靠度理论,将VC++与通用有限元软件ANSYS结合,编制了ANSYS-响应面法船撞桥梁可靠度计算程序.并采用该方法对嘉陵江黄花园大桥的船撞桥梁倒塌概率及可靠度灵敏度指标进行了计算.结果表明:当桥区水位处于174 m常水位时,船撞桥墩的倒塌概率较大;影响桥梁在船撞作用下倒塌概率的主要因素是容重、船舶撞击速度、船舶撞击角度、混凝土抗压强度.