FRP工程结构多尺度不确定性分析研究进展

纤维复合材料(FRP)结构在桥梁工程中的应用日益增多，但其采用复杂的制造工艺导致FRP材料属性及其构成结构性能存在较大的离散性，同时不确定性参数的多层级、非均质和种类多等特点使得其结构可靠性较难准确量化。为推动FRP结构不确定性分析方法和应用研究的进一步发展，从FRP结构不确定性来源、材料力学性能概率预测方法、结构可靠性分析方法3个方面梳理国内外FRP结构不确定性分析方法的研究进展，并探讨其不足和发展趋势。不确定性来源方面，从复合材料制造缺陷分类出发，详细阐述典型制造缺陷的成因、对FRP力学性能的影响及其引起的不确定性。材料力学性能概率预测方法方面，综述了基于均匀化理论的摄动随机有限元法和谱随机有限元法等概率均匀化方法的适用范围，并介绍了上述方法在细观尺度不确定性对宏观力学属性的影响程度和敏感性分析中的应用。结构可靠性分析方面，分别综述了用于FRP结构静力分析、动力分析和屈曲稳定分析的多尺度不确定性分析方法以及可靠性分析方法的研究。研究结果表明：FRP结构显著的几何多层级和复杂的制造工艺不可避免地产生各种缺陷而造成力学性能下降和离散性，采用试验、细观力学模型和均匀化方法并结合随机有限元...     

FRP 在人行天桥上的应用研究

纤维增强复合材料（FRP）是一种新型结构材料,具有高强、轻质、耐腐蚀等优点。根据成型工艺的不同,该材料运用于桥梁结构可分为拉挤型 FRP 桥梁、灌注型 FRP 桥梁。对拉挤型、灌注型 FRP 成型工艺,国内、外拉挤型 FRP 桥梁、灌注型FRP 桥梁工程实例,树脂注入式螺栓连接技术和3D 编织玻纤织物在 FRP 桥梁应用上的新探索进行介绍,同时提出 FRP 桥梁应用在结构连接安全性及耐久性、桥梁刚度和成本等方面要解决的问题。     

含局部焊接细节的桥梁钢桁架模型试验研究

从桥梁结构多尺度损伤有限元模拟的研究需要出发,结合桥梁工程项目背景,利用相似模型试验的理论、方法,从试验研究的角度探讨了含局部焊接细节的桥梁钢桁架结构静动力响应规律;并利用Ansys软件对拟试验的钢桁架模型试样进行了有限元建模,进行了结构模态和应力响应的初步计算分析,并和试验结果进行了对比,结果表明实测信息可以满足研究的需要。     

体外预应力结构及FRP索在桥梁工程中的应用

体外预应力结构作为既有桥梁改造的一种方法,在工程领域得到广泛的应用,本文总结分析了其特点和存在的问题。针对体外预应力结构存在的问题,分析了FRP索的特点,探讨其成为体外预应力索代用品的可能性。FRP索的使用使得体外预应力重新成为新的、具有发展前途的桥梁加固改造方法。     

基于非参数核密度估计的桥梁结构地震易损性分析

针对桥梁结构构件常用地震易损性分析方法的不足,提出桥梁构件地震易损性分析的核密度估计方法。基于结构地震易损性条件概率的基本定义,重新定义易损性函数,采用概率统计中的非参数估计的核密度估计思想,实现地震动和抗震需求的联合概率密度分布函数、地震动边缘分布概率密度函数的估计,据此构建桥梁结构构件地震易损性的核密度估计算法。用Bootstrap重抽样方法验证所提易损性算法的正确性和可靠性。以一座刚构-连续组合体系桥梁为例,结合桥梁结构抗震设计规范,构建基于OpenSees软件平台的有限元模型,考虑结构参数不确定性和地震动的不确定性,基于增量动力分析和核密度估计,分析桥梁构件的地震易损性。同时分别用结构易损性分析参数估计的最大似然估计法和概率地震需求分析法、非参数估计的蒙特卡罗法计算结构地震易损性曲线,对比讨论4种结构地震易损性分析方法的结果,验证所提方法的正确性和可靠性。研究结果表明:相同计算精度条件下,所提桥梁结构地震易损性分析的核密度估计方法具有较好的计算效率,可用于桥梁结构构件的地震易损性分析中。     

复合材料桥面板的应用和研究进展

纤维增强复合材料(FRP)桥面板重量轻,可大大降低桥梁上部结构的重量,进而减轻下部结构的工程量。FRP桥面板耐腐蚀,抗疲劳和耐久性。它可大大减少建桥现场组装的时间,降低建造成本,节约维修费用,使用寿命长。作为新一代桥梁承重结构,FRP桥面板在桥梁建设和桥梁维修与改造工程中具有十分广阔的应用前景。本文介绍两类FRP桥面板 拉挤复合材料粘合结构桥面板和夹芯结构复合材料桥面板,对已有的几种FRP桥面板产品性能进行分析,介绍国内外在FRP桥面板的研制、工程应用和研究的进展状况。     

一种新型自行式全旋转桥梁检修车在桥梁工程中的应用

桥梁结构在进入验收阶段,为了对桥梁结构的状态有一个全面、客观的了解,需进行结构检测,若查出问题,则对存在问题的部位进行维修施工,确保桥梁结构稳固。检修过程中,由于桥梁底面处于临空状态,工作人员很难就位对其进行检修,尤其是对于大型桥梁的翼缘板底面和腹板上部位置,更是处于检修的盲区,在桥梁施工阶段上述问题更加突出。本项目大部分地处山区,桥梁众多,本文所述行走式桁架检修机就是在综合考虑了本项目实际情况,通过实践应用创造出来的。     

FRP在桥梁结构中的应用与发展

简要阐述了FRP复合材料应用于桥梁结构中的重要意义及现状,总结了国内外关于FRP的制作工艺、锚具、预应力技术、混杂技术、组合桥面板的最新研究成果和工程应用情况,重点探讨了FRP组合桥面板的结构形式及连接技术,对组合FRP复合材料在桥梁结构中的应用前景做了展望。     

桥梁复合随机地震易损性分析方法研究及应用

影响桥梁地震安全的不仅是地震强度,还包括桥梁结构材料强度、结构尺寸,以及其离散分布特征等,这些因素也不是唯一确定的,而是随机的。传统的桥梁地震易损性分析方法已无法满足要求,需要充分考虑地震、材料等因素的随机性。为了更加全面而充分地确定在多种不确定因素综合影响下,桥梁结构的地震易损性分布及影响规律,采用全概率方法进行桥梁地震易损性分析。针对目前结构地震易损性分析方法的不足,引入人工神经网络和蒙特卡罗技术,采用动量增量分析方法和推倒分析方法,同时考虑了桥梁结构参数的随机性和地震动输入的随机性,提出了桥梁复合随机地震易损性分析方法。主要分析步骤为:首先,分别对随机桥梁结构的抗力和随机地震响应进行特征统计,在此基础上,再应用蒙特卡罗和神经网络技术对桥梁结构在不同损伤状态下的超越概率进行统计,绘制桥梁结构复合地震易损性曲线。复合随机地震易损性分析方法从全概率的角度比较全面地反映了桥梁结构的地震易损性,并具有以下特点:(1)采用神经网络仿真结构随机性的非线性分析,大大提高了计算效率;(2)采用充足地震波进行动量增量分析,从而考虑了地震强度的随机性;(3)采用蒙特卡罗随机抽样分析方法,避免了求解析解的困难。     

浦卫公路浦南运河折弦钢桁架桥设计

钢桁架桥有架设速度快、跨越能力大、结构刚度大、桥面建筑高度低等优点,适用性较高。然而由于其杆件较多,造型单一,景观效果较差,目前在城市桥梁中应用较少。浦卫公路浦南运河钢桁架桥选用了折弦华伦式钢桁架,并通过对腹杆、节间距、桥门架等设计,在结构受力和景观造型均取得了较好的效果,对在城市桥梁中使用桁架结构提供了较好的借鉴。     

极端荷载作用下公路桥梁荷载概率模型研究

我国桥梁设计规范中对极端荷载组合系数没有明确的规定,在以结构可靠度为基础的概率极限状态设计法中,由于公路桥梁各种作用比较多且大多随时间变化的范围比较大,各种作用的组合也比较复杂,所以必须选择合理的概率模型才能保证计算出真实合理的结构可靠度。通过查阅文献并结合WIM系统统计的车辆数据分析,建立了公路桥梁永久荷载及其效应概率分布模型;基于Matlab软件,在汽车车重总体服从多峰分布的基础上对实测数据进行训练拟合,建立了汽车荷载效应的概率模型并确定了汽车荷载分级加载方式,为公路桥梁可靠度研究和求解极端荷载组合系数奠定了基础。     

既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态的可靠度分析方法

分析了既个钢筋混凝土桥梁正常使用权限状态可靠度分析的特点；研究和讨论了既有钢筋混凝土桥梁正常使用极限状态的模糊随机可靠度分析方法和考虑中介状态的可靠度分析方法，并根据一座实际桥梁的实测资料进行了具体的计算分析。     

基于响应面法的钢管混凝土组合桁梁桥多尺度有限元模型修正

为建立适用于钢管混凝土桥梁的高效、高精度有限元分析模型，提出一种基于响应面法的全桥多尺度有限元模型修正方法。首先以一座钢管混凝土组合桁梁桥为工程背景建立包含全桥、组合桁梁桥面板以及钢管混凝土桁架杆件3个尺度的ABAQUS全桥多尺度有限元模型。在考虑钢管混凝土结构的特点和施工误差的基础上选取桥面板混凝土弹模、厚度，桁架弦杆内混凝土弹模，钢材弹模以及加载车辆荷载5个影响因素作为待修正参数；根据实桥试验条件选择中跨跨中挠度、下弦空管弦杆应力、墩顶钢管混凝土弦杆应力、墩顶受压腹杆应力以及桥面板顺桥向应力5个目标函数。其次采用中心复合设计方法生成了待修正参数的样本集，并将每组参数样本代入有限元模型进行计算。进而采用响应面法建立待修正结构参数和目标函数的2次多项式函数关系，结合参数显著性分析得到响应面方程。最后结合实桥试验结果对多尺度有限元模型3个尺度上的结构参数进行同步修正。结果表明：修正后的参数变化情况与依托工程的实际施工情况相符；采用修正后的参数建立的多尺度有限元模型计算值与实桥试验结果吻合良好；修正后的有限元模型具有较高的精度，可真实反映实际工程中桥梁结构的受力状态。该修正方法可为桥梁结构运营期间的健康监测、状态评估、损伤检测提供可靠的分析手段。     

恒载性超载对在役桥梁受弯构件可靠性的影响规律

为深入研究恒载性超载对在役桥梁安全性的影响程度,以加固后桥梁名义恒栽效应与原名义恒载效应之比作为恒载超载系数,详细分析了在役桥梁受弯构件可靠指标随恒载超载程度的变化规律.鉴于新老桥梁设计规范极限状态设计表达式的不同,采用<公路工程可靠度设计统一标准>建议的抗力与荷载效应的统计参数,分别计算了与不同恒载超载系数对应的受弯构件可靠指标.计算结果表明,随着恒载标准值效应所占比重的增加,恒载性超载对桥梁结构安全性的影响愈明显.桥梁结构或构件隐含的可靠度越高,相应结构或构件的抗恒载性超载能力越强.在满足目标可靠指标要求的前提下,结构或构件容许一定程度的超载作用.     

钢筋混凝土柱式桥墩抗车撞可靠度分析研究

目前桥梁车撞以确定性指定事件分析居多,鲜有研究探讨车撞下桥墩的失效概率和可靠性,而制约其发展的主要原因是大样本下碰撞分析计算时的效率和精度问题。为此,探讨将简化分析模型与响应面、蒙特卡洛相结合的可靠度分析方法。首先,建立精细化的车辆撞击跨线桥梁模型,讨论了关键的混凝土本构参数取值问题,给出相应的修正方法。通过与全桥模型进行对比,研究不同简化桥梁结构分析模型的合理性,给出合理的简化桥梁结构分析模型,提高了计算效率。将建立的简化分析模型与响应面方法相结合,合理设置试验工况,通过精细化仿真分析建立车撞后桥墩剩余承载能力的响应面公式。采用建立的响应面作为替代模型,通过蒙特卡洛抽样方法对主要变量进行抽样,计算不同参数情况下的撞后剩余承载能力,基于撞后剩余承载能力的损伤指标,给出了不同损伤状态的失效概率和可靠度。研究结果表明：采用规范公式计算桥墩初始承载能力将会低估撞后桥墩损伤及相应的失效概率,偏于不安全;建立的响应面公式预测精度高,可作为车撞桥墩的替代模型,是一套完整、合理的车撞桥墩可靠度分析方法,可为柱式桥墩抗车撞可靠度设计提供参考。     

既有钢筋混凝土桥承载能力退化和维修需求分析

综合混凝土碳化模型、钢筋锈蚀模型,运用随机有限元方法,对既有钢筋混凝土桥梁设计基准期内的结构失效概率、可靠度进行分析,提出综合目标可靠度和维修成本效益的桥梁维修需求预测模型。通过在一座下承式系杆拱桥的应用,进行了维修方案的比选,预测了其在设计基准期内的维修需求,验证了方法的可行性。     

确定桥梁评估目标可靠指标的费用效益分析法

结构可靠度理论越来越多地被用到桥梁设计、评估与管理领域。其中一个重要的参数——目标可靠指标的取值直接影响评估结果的合理性。全面考虑了结构在剩余服务期内的结构失效费用、结构养护维修与加固费用和因功能不足引起的附加用户费用,对既有桥梁进行剩余服务期内的费用效益分析,以总费用最小为目标确定可接受的最小结构参数值。通过结构时变可靠度分析方法确定相应于该结构参数的最小目标可靠指标,即为桥梁评估的目标可靠指标值。最后以某钢筋混凝土简支梁桥例证了此方法的可行性与有效性。     

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。     

佛山平胜大桥工程质量鉴定办法研究

结合佛山平胜大桥的建设实际,介绍自锚式悬索桥工程质量鉴定办法的研究思路及技术线路,特别是将结构可靠度指标用于工程质量鉴定的尝试,在桥梁工程竣(交)工时,可为工程质量的科学、准确鉴定提供一种新办法。     

基于评估荷载发生概率的在役混凝土桥梁可靠度分析方法

针对影响桥梁安全性的因素具有较多不定性的特点,应用随机可靠度理论,对在役混凝土桥梁荷载概率模型、抗力概率模型、可靠度评估流程、可靠度计算方法等方面进行了研究。基于可变荷载在评估基准期内的不同取值方式,提出了基于评估荷载发生概率和基于评估基准期荷载极大值的构件可靠度计算方法。从可靠指标的延续性出发,考虑构件抗力随时间变化,提出在役混凝土桥梁可靠度的预测方法。研究结果表明:两种方法可靠指标预测曲线规律是一致的,后者是前者的特例,且比前者偏于安全;预测初期两种方法可靠指标的计算结果与以往方法较为接近,预测后期两种方法可靠指标下降规律与以往方法基本一致。两种方法均偏于安全,对于荷载随时间增长较快的桥梁结构是适用的。