随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索疲劳可靠度研究

鉴于我国《公路斜拉桥设计规范》未对部分斜拉桥拉索的允许应力值作具体规定，因此，为定量地研究车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索的疲劳可靠度，在分析斜拉索应力时程的基础上，依据等效疲劳损伤原理，对车辆荷载作用下部分斜拉桥拉索疲劳可靠度进行了研究。通过假定结构疲劳寿命服从威布尔分布，推导出了疲劳可靠度公式和疲劳可靠指标β值，得到了运营车辆组成的模型车辆荷载频值谱，并以某部分斜拉桥为实例进行了验证。结果表明，部分斜拉桥设计中，拉索强度允许应力值是合理的，不会对拉索产生疲劳破坏，因此，可供其他桥梁疲劳设计或疲劳损伤验算时参考。     

特大跨径斜拉桥

本文通过对斜拉桥的结构分析，对此悬索桥的距越能力，提出了建设１００ｍ以上特大跨径斜拉桥的可行性，并对特大跨径斜拉桥的总体及索塔，主梁，拉索等要素存在的问题提出了解决方法，并提出斜拉桥和悬索桥或缆索桁构系统相结合的新构思。     

基于悬链线形的斜拉桥极限跨径

该文通过建立斜拉索的平衡微分方程,将沿索长分布的均布荷载转化为沿跨度分布的等效均布荷载,并对方程进行求解,得到斜拉索的悬链线形方程。该方程可用于较精确地计算斜拉索性能。基于该方程,研究了斜拉桥的极限跨径。研究结果表明,斜拉桥的极限跨径与塔高有关,在可接受的塔高范围内,斜拉桥的极限跨径为3 000 m左右,若采用CFRP拉索可提高到6 000 m左右。     

大跨度结合梁斜拉桥温度场及温度效应分析

为研究大跨度结合梁斜拉桥的温度场及所产生的效应,以望东长江公路大桥为背景进行分析。基于该桥结构健康监测系统1年的温度监测数据,分析该桥日照温度场分布规律,提出结合梁、桥塔竖向温度梯度以及斜拉索与桥塔、主梁温差的计算模式;采用该计算模式得到的温度荷载,对结构的温度变形效应进行有限元分析;最后通过EMD法提取主梁主跨跨中受温度影响的挠度响应。结果表明:钢主梁的竖向温差较小;斜拉索与桥塔、主梁的温差较大,对主梁挠度温度效应起决定作用;采用空间杆系单元建立的斜拉桥模型在温度荷载作用下的挠度计算值偏保守。     

BOTDA光纤传感技术监测钢筋锈蚀损伤的试验研究

基于钢筋锈蚀后钢筋及其周围混凝土的应力、应变发生变化的事实,提出了一种混凝土中钢筋腐蚀监测的新方法,即应用基于布里渊光时域分析计(BOTDA)的光纤传感技术监测钢筋混凝土结构的应变,通过应变分布的变化实现对钢筋锈蚀的监测.通过试验梁对该方法的可行性进行了验证,并对比分析了钢筋局部锈蚀对应变分布的影响,对试验梁的锈蚀位置进行了识别.结果表明,利用BOTDA系统的识别效果与荷载大小,锈蚀位置,锈蚀长度有关,荷载越大,锈蚀段长度越大,越靠近跨中,识别效果越好.因此,BOTDA光纤传感技术能够识别钢筋的锈蚀损伤,实现混凝土结构中钢筋锈蚀的分布式监测.     

斜拉桥施工期取代临时墩的拉索平衡结构体系研究

斜拉桥上部结构双悬臂施工时,可采用临时拉索平衡结构体系代替传统的临时墩来抵抗不平衡荷载作用。为分析施工期拉索平衡结构体系下大跨度斜拉桥的结构受力和抗风性能,以港珠澳大桥青州航道桥为背景进行研究。基于平衡措施设计的基本原则,在桥梁边、中跨主梁与桥塔承台间设计了临时拉索连接的结构体系,采用MIDAS Civil软件建立全桥模型,分析双悬臂施工中最不利工况下的桥梁受力,并进行了比例为1∶70的全桥气动弹性模型风洞试验。结果表明:拉索平衡结构体系能够增强大跨径斜拉桥双悬臂施工状态下抵抗各种不平衡静荷载作用的能力,提高桥梁抵抗动风荷载作用的能力,降低施工期的抖振响应;拉索平衡结构体系下的桥梁受力和抗风性能均满足要求,该体系能够保证斜拉桥在上部结构施工中的结构安全。     

基于挠度及索力监测的斜拉索损伤敏感性分析

由于斜拉索的锈蚀断丝等损伤必然导致索力及结构内力状态的改变,主梁的挠度也将随之发生变化,本文以一座独塔斜拉桥为例,从主梁挠度及索力的监测方法出发,以拉索损伤的敏感性分析为手段,探讨基于主梁挠度及索力监测的斜拉索损伤识别的方法及其适用性.     

预应力混凝土斜拉桥主塔运营过程变形监测技术

斜拉桥运营监测主要集中在主梁及拉索等监测上,分别采用连通管和加速度仪等成熟设备,而对主塔变形监测的研究较少。某跨越富春江的中央索面斜拉桥主跨径256m,成桥后安装了监测系统,包含监测主梁变形的连通管传感器、监测桥塔变形的GNSS传感器和倾角传感器。其中为了优化传感器布局,采用了平面正三角形布局。本研究基于GNSS技术对某已建成运营5年的斜拉桥主塔变形进行了实时监测,分别从不同的时间尺度研究了温度和车辆荷载对其变形影响,比较了理论分析结果和实测结果。经过将近1年的监测表明,对于中小跨径的斜拉桥,主塔刚度的贡献不容忽视,其变形监测在结构运营监测中不可或缺。     

车辆活载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形长期影响的研究

桥梁下挠是评价其刚度的主要指标,也是评价桥梁健康状况的一个重要参数,对其长期实时监测,可以及时了解桥梁的健康状况。影响大跨径预应力混凝土斜拉桥主梁下挠的因素复杂,相互耦合,长期影响机理尚未完全掌握。因此,本研究对某预应力混凝土斜拉桥结构变形进行长期监测分析,从不同角度分析监测数据,总结车辆荷载对预应力混凝土斜拉桥主梁变形的影响规律。     

基于荷载试验的斜拉桥加固结构承载能力评估

利用荷载试验方法对某协作体系混凝土斜拉桥箱梁局部腹板加固后的结构承载能力进行评估。首先,建立加固部位局部有限元模型;基于荷载试验应变数据,评估加固部位的损伤程度,通过截面折减模拟损伤影响,建立考虑局部损伤后的整体单主梁模型;最后,结合试验数据及理论对比分析,评估加固后局部和整体结构的工作性能。试验与理论分析表明,为考虑损伤影响,加固部位原A型腹板厚度应乘以折减系数0.7。加固后,桥梁各控制截面强度和结构总体刚度均满足规范要求,桥梁承载能力满足正常使用荷载的通行要求。     

贵溪大桥主桥设计与施工

根据无臂索斜拉桥的受力特点,考虑各种荷载作用,确定了贵溪大桥主桥的设计参数;根据桥位处地形、地质条件,对桥梁跨径和结构布置、主梁、拉索、索塔等进行了设计;介绍了桥梁各部分的施工技术及关键问题。     

斜拉索腐蚀损伤下斜拉桥体系可靠度研究

拉索腐蚀疲劳累积损伤是威胁斜拉桥运营安全的关键因素,导致斜拉桥运营期的换索次数多且换索成本高。为了准确评定斜拉索腐蚀疲劳损伤对斜拉桥结构安全的影响,从结构体系可靠性角度探索拉索腐蚀疲劳损伤的概率传递模型。分析了斜拉索腐蚀疲劳损伤对结构体系可靠度的影响规律,从而为换索决策提供依据。研究结果表明,疲劳和疲劳腐蚀效应共同作用下的拉索在20 a服役期内的强度系数分别为0.928和0.751,斜拉索抗力退化将导致斜拉桥主要失效路径变化,主梁索间距为30 m的斜拉桥在服役期的13 a,主要失效模式从由主梁弯曲失效转移至斜拉索强度失效,导致后期的结构体系可靠指标快速下降。     

拉索调整对曲线形部分斜拉桥主梁扭转的影响

为研究曲线形部分斜拉桥的扭转受力性能,建立了考虑悬臂浇筑施工全过程的有限元模型,分析了主梁在永久作用和可变作用下的主梁扭矩分布规律以及扭矩与中跨圆心角的关系。在此基础上提出了调整曲线内外侧斜拉索的面积和索力分布以改善曲线形部分斜拉桥主梁扭矩分布的方法,并对此进行了实例验证。分析结果表明：拉索调整是一种改善曲线形部分斜拉桥主梁扭矩分布的有效方法。     

UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁模型试验

基于超高性能混凝土(UHPC)的优异性能及其在混凝土结构抗弯加固中的应用成果，提出了采用配筋UHPC加固受损混凝土斜拉桥主梁的方法，由此开展了UHPC加固受损严重主梁的混凝土斜拉桥节段模型试验研究，以探究主梁加固后斜拉桥体系的受力性能。试验结果表明：UHPC加固混凝土斜拉桥主梁施工方式整体协同工作性能良好，UHPC层与原混凝土间未发生脱黏破坏；UHPC加固后，主梁开裂荷载较原未损伤主梁提升了79.9%,且UHPC层裂缝呈现数量多、间隙小及宽度细的特征，并可有效抑制原主梁裂缝发展，说明受拉UHPC层显著提高了加固后主梁的抗裂性能；不同主梁裂缝宽度工况荷载作用下，斜拉桥体系变形恢复较好，残余变形很小，且当主梁出现严重损伤时，该体系仍具有很好的受力性能；UHPC加固后，主梁的抗弯强度有一定程度提高，但不控制斜拉桥体系的极限承载力，主梁破坏时斜拉索应力为其极限强度的70.2%,斜拉索仍然具有一定承载力富余；UHPC加固后，主梁严重受损的斜拉桥体系刚度得到有效提升，主梁开裂前体系刚度较未损伤原主梁及灌浆加固后主梁分别提升了11.3%和29.5%;采用UHPC对混凝土斜拉桥主梁进行抗弯加固具有较大...     

大跨径斜拉桥主梁选型及分析

首先基于积分法推导得到了斜拉桥各部件的造价和主梁应力计算公式，其次对比分析了5种不同主梁类型的斜拉桥技术及经济性，最后以传统组合梁斜拉桥为例进行参数分析。结果表明：采用UHPC材料代替传统的混凝土能极大地提高组合梁斜拉桥的极限跨径；主跨在300~750 m的斜拉桥主梁选用传统组合梁经济性最优，主跨在750~1 200 m时主梁选用钢箱梁经济性最优；斜拉桥的平方米造价指标随着桥宽的增加而相应减少；但对桥面以上塔高与跨径比的变化不敏感，经济合理的边中跨比和桥面以上塔高与跨径比分别在0.5和0.3左右。     

波形钢腹板部分斜拉桥受力性能分析

为探讨200m跨径范围内波形钢腹板部分斜拉桥的适用性,采用有限元分析,对比研究了跨径布置相同、承受荷载能力相当的波形钢腹板部分斜拉桥、混凝土部分斜拉桥、波形钢腹板斜拉桥和波形钢腹板连续刚构桥4种结构形式桥梁各主要构件的受力性能。结果表明:波形钢腹板部分斜拉桥主梁的结构形式及受力特性介于波形钢腹板连续刚构桥和波形钢腹板斜拉桥之间,更接近于连续刚构桥;与同跨径混凝土部分斜拉桥相比,波形钢腹板部分斜拉桥自重减轻,主梁结构更轻型化;混凝土部分斜拉桥与斜拉桥的界定方法和斜拉索容许应力的取值方法同样适用于波形钢腹板部分斜拉桥。     

大跨径斜拉桥非线性静风稳定性全过程分析

在综合考虑静风荷载与结构非线性性影响的基础上，采用增量与内外两重迭代相结合的方法对大跨径斜拉桥静风稳定性进行了全过程分析。以一座主跨１０００ｍ的斜拉桥为例，验证了该方法的可行性。最后，探讨了初始攻角、斜拉索的垂度效应等因素对大跨径斜拉桥静风稳定性和影响。     

V字形矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析研究

V字形矮塔斜拉桥是一种独特新颖的桥型结构，为了探明该桥结构参数变化对成桥状态的影响，获取参数的敏感性规律，以G310南水北调V字形矮塔斜拉大桥为背景，采用Midas/Civil有限元软件建立全桥有限元杆系模型，引入结构参数的敏感因子理论，总结出敏感性划分尺度，对该桥相关结构参数进行定量的敏感性分析，研究主梁自重、主梁刚度、主塔刚度、拉索刚度、索塔温差以及拉索初张力等结构参数对成桥状态下的桥梁线形、主塔内力和成桥索力的敏感程度。结果表明：拉索初张拉力对成桥状态下所有控制目标影响较大，为成桥状态的敏感参数；索塔温差对主塔内力与线形影响较大，为成桥状态的次敏感参数；主梁容重与主梁刚度对主梁线形与成桥索力影响较大，为成桥状态的次敏感性参数；而主塔刚度与拉索刚度对成桥状态影响较小，为非敏感参数。研究结果可为同类型矮塔斜拉桥施工控制提供参考。     

斜拉桥钢箱梁索梁锚固区域应力应变分析

斜拉桥斜缆索的水平分力对主梁产生轴向压力，这种作用力可以增强预应力混凝土主梁的抗裂性，同时也增加了钢梁的局部失稳危险性。要保证拉索与主梁连接的强度、刚度和可靠性，应将集中承担的力合理地分散到全截面。本文就广东省汕头市混合型斜拉桥大桥钢箱梁锚固区的传力路径和应国应变状态，进行了结构试验和理论分析。