基于静力模型修正的装配式T梁桥荷载横向分布计算

为了准确计算装配式T梁桥发生损伤情况下的荷载横向分布状况,并准确评估桥梁损伤情况,在铰接板(梁)法的基础上,提出了一种基于模型修正理论的桥梁荷载横向分布计算方法。首先建立了一个同时考虑主梁和铰缝损伤的简化模型。以主梁刚度K_k和铰缝刚度K_q作为待修正参数,定义相应的刚度折减系数η_k和η_q,再以结构静力响应构造目标函数,并通过L-M法和G-N法相结合的方法对目标函数进行优化,得到桥梁损伤状况下的刚度折减系数。根据修正后的刚度参数,计算出考虑主梁和铰缝损伤的荷载横向分布系数。以一座在役15 a的装配式T梁桥为算例验证了所提出方法的准确性。算例以出现破损的3片主梁和2道铰缝的刚度为修正参数,以主梁计算挠度与实测挠度的残差为目标函数,通过不断修正损伤模型刚度参数来反映桥梁构件的实际服役状态。计算结果表明:此方法能够快捷地识别出结构损伤对主梁和铰缝刚度的影响程度;模型修正后的主梁挠度及荷载横向分布计算值均与实测值吻合良好,而在模型未修正前的计算值与实测值差异较大;本研究方法能够较好地适用于装配式铰接T梁桥及板桥损伤后的刚度参数识别和荷载横向分布计算,而初始未考虑损伤的计算模型已经不再适用于该类桥的荷载效应计算。     

板刚度损失对空心板桥荷载横向分布系数的影响

基于损伤板对空心板桥荷载横向分布系数的影响,建立修正的铰接板法计算公式,并计算出单板受损的空心板桥的荷载横向分布系数,与实测横向分布系数和无损伤有限元模型计算出的横向分布系数进行对比。通过空心板桥有限元模型,模拟计算出抗弯、抗扭刚度不同、损伤程度不同及损伤板位不同对荷载横向分布系数的影响。     

拼宽空心板桥荷载横向分布计算方法

为研究拼宽空心板桥荷载横向分布系数的计算方法，首先分别开展采用8，22 cm铺装层的空心板桥足尺模型荷载横向分布试验，接着开展采用刚性拼接结构的拼宽空心板桥足尺模型荷载横向分布试验，并将试验结果与既有铰接板法和刚接板法荷载横向分布系数的计算结果进行对比分析；最后讨论既有铰接板法和刚接板法的适用范围，进而提出了一种新的荷载横向分布系数计算方法，并探讨拼宽空心板桥的拼接结构刚度取值的合理范围。研究结果表明：既有铰接板法和刚接板法分别适用于计算铺装层厚度较小和较大的空心板桥荷载横向分布系数，但二者均无法考虑不同铺装层厚度对荷载横向分布的影响，为此提出了考虑铺装层厚度影响的荷载横向分布系数计算方法，相应的计算结果与试验结果的偏差仅为2.7%；对于采用刚性拼接结构的拼宽空心板桥，铰接板法或者刚接板法均无法正确地反映拼宽空心板桥的荷载横向分布规律，为此提出了考虑拼接结构刚度的拼宽空心板桥荷载横向分布系数计算方法，其中新旧桥板高错位布置的拼宽空心板桥拼接结构刚度为不考虑新桥铺装层厚度的刚度，该方法求得的荷载横向分布规律与试验结果的变化趋势一致，相应的计算结果与试验结果的最大偏差仅为5.4%。     

考虑铰缝损伤的装配式空心板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为准确计算装配式空心板梁桥铰缝损伤后跨中截面荷载横向分布系数,以5片空心板组成的装配式梁桥为研究对象,基于铰接板梁法,考虑铰缝损伤,提出修正铰接板梁法。基于铰缝损伤的受力特性(铰缝抗剪刚度变小,使铰缝两侧的空心板间产生附加挠度Δwi),引入铰缝刚度分配系数ξi和协同工作系数i,根据相邻板梁在铰缝处竖向相对位移为0的变形条件,推导出铰接力gi正则方程并求解,采用铰接力gi与荷载横向分布影响线竖标值ηij的对应关系,计算荷载横向分布系数。采用该方法计算4×13m简支钢筋混凝土空心板梁桥跨中荷载横向分布系数,并与荷载试验、有限元法及传统铰接板梁法的结果进行对比。结果表明:该方法的计算结果与桥梁荷载试验的结果较相符,验证了该方法的有效性。     

基于在线动力响应的板梁桥铰接缝损伤评估方法

为了解决板梁桥铰接缝健康状态难以诊断的难题,以桥梁在车辆荷载作用下的动力响应频谱定义频谱形状差异性指数,并结合频率构造目标函数,提出了一种基于桥梁在线动力响应的铰接缝损伤定量评估方法。该方法以铰接缝横梁刚度整体下降程度作为损伤指数,通过基于L-M准则的有限元模型修正方法实现对装配式板梁桥铰接缝损伤的定位和定量分析。采用车-桥耦合振动分析方法计算桥梁的在线动力响应,并避开板梁桥1阶竖弯模态,选择包含桥梁横弯和扭转模态在内的频率段分析响应频谱形状差异性指数。数值分析了铰接缝损伤位置、损伤程度、主梁车辆横向随机位置、车辆速度和路面不平度等因素对铰接缝损伤识别结果的影响,并进一步分析了主梁和铰接缝同时存在损伤时的识别结果。研究结果表明:所提损伤评估方法抗噪能力强,损伤识别结果受车辆速度、车辆横桥向随机位置和路面不平度等因素的影响较小,识别结果较为准确;该方法对单个或多个位置铰接缝不同程度的损伤均可正确识别,误差较小,还可同时识别主梁和铰接缝损伤。对一座装配式板梁桥进行了现场试验分析,基于所提方法的板梁桥评估结果和桥梁现场情况相符,从而从应用角度证明了所提铰接缝损伤评估方法的准确性和可靠性。     

连接刚度对加宽桥梁荷载横向分布的影响分析

新旧桥梁的连接设计是加宽桥梁设计的关键.以一座采用刚性湿接缝连接加宽的20m简支空心板桥为例,分析了加宽前后桥梁的荷载横向分布特性.利用数值分析方法,基于不同湿接缝厚度对新旧桥空心板梁横向分布系数进行了计算,探讨了湿接缝的刚度对新旧空心板梁横向分布系数的影响.计算结果表明增大湿接缝的刚度可提高新旧桥梁的整体工作能力,有效降低旧梁横向分布系数.但湿接缝的刚度提高到一定程度后,旧梁横向分布系数的变化减慢,部分梁横向分布系数开始增大.建议在加宽桥梁新旧桥梁的连接设计时,应根据分析结果采用合适的湿接缝厚度.     

铰接板（梁）横向分布系数的计算分析

常用的荷载横向分布计算方法多是在引入计算假定和简化的基础上推导的,难免和实际结构有一定的偏差。本文采用桥梁工程软件MidasCivil,利用空间梁格模型对铰接板（梁）进行分析,得出荷载横向分布系数,并与手算的横向分布结果进行比较。     

跨中横向分布系数的简化算法及推广应用

对桥梁横向分布系数的计算提出刚接和铰接两种简化模型,分别针对两种模型提出简化算法,并就实际值做出修正。提出了横向分布系数的变化区间及动态设计理念。并就模型的推广作出有用的分析。为横向分布计算提供了新思路。     

横向加固空心板梁桥荷载横向分布计算方法与试验研究

为简化横向预应力加固后小铰缝空心板梁桥荷载横向分布系数的计算,针对其加固特点,将加固后的空心板梁桥比拟为正交异性板,并通过纵、横向刚度计算的假设,提出修正的G-M法预测并分析此类加固后桥梁的荷载横向分布;同时分别以2座典型空心板桥为背景,利用所提出的修正G-M法和有限元数值法分别进行分析,并与静载试验数据相对比.结果表明:所提出的修正G-M法计算的荷载横向分布系数与有限元法所得结果平均相对误差在6％以内,与试验值相符;对边梁的计算结果,修正G-M法较试验值大3.9％,有一定安全储备;所提出的修正G-M法合理、可行,可作为计算该类桥梁加固后荷载横向分布的一种简化方法.     

考虑护栏刚度影响的荷载横向分布分析

本文针对预应力混凝土连续箱梁,建立空间梁单元和三维实体有限元仿真模型并结合桥梁荷载横向分布理论,分析了墙式防撞护栏刚度对结构横向分布系数的影响,提出了考虑护栏刚度的荷载横向分布计算方法。计算结果与实测结果对比分析表明:考虑护栏刚度的荷载横向分布系数计算结果与实测值吻合较好,此荷载横向分布计算方法可应用于桥梁设计计算和结构承载力评定。     

联合模态柔度和静力位移的桥梁有限元模型修正方法

利用商用软件ANSYS提供的零阶和一阶优化算法,通过1个仿真简支梁有限元模型修正算例,比较了不同目标函数的有限元模型修正效果,提出了一种联合动力模态柔度和静力位移的有限元模型修正方法,并将这种方法运用于一座加固后的刚架拱桥的有限元模型修正,建立起了该桥加固后的基准有限元模型。结果表明:利用修正后的刚架拱桥有限元模型计算的静、动力特性与实测结果吻合良好,这种联合静、动力的有限元模型修正方法具有比较好的模型修正效果,修正后的桥梁有限元模型可以服务于桥梁健康监测和安全评估。     

基于环境振动测试的润扬斜拉桥索塔的有限元模拟

提出了大跨斜拉桥索塔有限元模型的阶次误差、结构误差和参数误差的分层次修正方法。根据润扬斜拉桥索塔的设计图纸,在索塔有限元模型的阶次误差分析和结构误差分析基础上,确定了索塔单元划分的数目和梁柱节点刚域的计算参数。在此基础上,采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法,结合索塔动力特性的测试结果对索塔的初始有限元模型进行了动力修正。模型修正与验证结果表明,索塔模型参数的修正必须考虑梁柱节点刚域的影响以及修正参数的上、下限值约束。修正后的润扬斜拉桥索塔模型能全面、正确地反映索塔结构的动力特性,可作为索塔结构健康监测与安全评估的基准有限元模型。     

桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正

为获得桥梁结构的基准状态，考虑测试和结构参数的不确定性，将区间分析、仿射算法引入响应面有限元模型修正方法中，建立了一种新的桥梁结构有限元不确定模型修正方法。在讨论结构特点及力学行为的基础上，选择了待修正结构参数和结构响应后，采用均匀试验设计方法获得试验样本，同时结合多样本的有限元分析，采用F检验法得到结构响应的显著性参数。基于有限元模型修正的响应面方法，构建结构的响应面替代模型后，引入区间分析算法的自然拓展，将响应面模型拓展为区间响应面函数，同时采用仿射算法解决区间分析的区间扩张问题，构建桥梁结构有限元模型的仿射-区间不确定修正方法，并采用遗传算法进行区间优化求解。另外，针对区间响应面有限元模型修正的具体需求，提出了区间响应面函数的两步验证方法。用斜拉桥振动台模型桥梁在不同工况下的测试模态参数和斜拉索索力，对其进行有限元模型的不确定修正，实现了实测响应与有限元计算响应间误差的最小化。区间响应面函数的两步验证证实了参数修正范围和结构响应的有效性和正确性，修正后结构纵向、横向、竖向的一阶，二阶频率以及索力的实测响应均在计算响应范围内。验证结果表明：所提有限元不确定模型修正方法，能有效实现桥梁结构有限元模型的修正。     

槽型宽翼梁剪滞效应分析的有限段法

针对槽型宽翼梁剪滞效应分析已有方法通常忽略横向剪切变形的影响、计算工作量大、不便于工程应用的局限性,提出一种能准确分析变截面槽型宽翼梁剪滞、剪切双重效应的有限段法。基于最小势能原理,建立了槽型宽翼梁考虑剪滞效应和剪切变形双重影响的平衡控制微分方程及自然边界条件。在由方程得出均布荷载作用下的内力和位移初参数解的基础上,导出了槽型宽翼梁的有限段单元刚度矩阵和等效节点荷载列阵。应用有限段法,结合有机玻璃模型梁试验,分析了槽型宽翼梁竖向位移和应力的横向分布规律。数值算例表明,有限段法计算结果与有机玻璃模型试验实测结果以及ANSYS解符合良好;槽型宽翼梁的剪力滞效应明显;在槽型宽翼梁桥的设计与施工控制中,必须充分考虑剪力滞效应和剪切变形对结构应力和位移的影响。     

装配式PC箱梁刚度退化及识别的足尺试验

为了明确装配式预应力混凝土（PC）梁刚度在损伤状态下的退化规律，针对3片30 m预应力混凝土箱梁开展了足尺模型试验研究。首先，建立了损伤梁的结构静动刚度识别模型，基于跨中挠度提出了结构等代静刚度计算式，基于自振频率提出了结构等代动刚度的计算式；其次，对足尺箱梁进行了多工况的静力逐级加载和动力交替试验，分析了箱梁裂缝、挠度、频率等特征参数随荷载的演化规律，研究了损伤状态对箱梁特征参数的影响；再次，通过有限元模型修正给出了箱梁动刚度衰减系数，研究了结构静动刚度随损伤状态的衰减规律，分析了静动刚度差异的原因；最后，建立了结构静动刚度衰减系数和裂缝特征参数之间的经验回归式，并与现有研究成果进行了对比。结果表明：初始损伤状况对箱梁受荷后的裂缝统计分布特征参数有一定影响；箱梁开裂后在相同荷载下的结构等代静、动刚度衰减程度并不相同，其中最终的静刚度衰减系数为0.30，最终的动刚度衰减系数为0.80；足尺梁与室内缩尺模型梁的静刚度衰减系数并不相同。所提出的静、动刚度衰减公式较为简洁，可用于实际损伤箱梁的结构性能评估。     

整体式桥台的箱梁剪滞效应分析

针对整体式桥台的箱梁固有的力学特性,建立有限元模型,对其在不同荷载作用下剪滞系数的横向和纵向分布规律进行研究,并将结果与普通简支箱梁进行比较。通过有机玻璃模型试验验证了有限元建模分析的可行性、准确性,同时作了参数分析,提出了可供工程设计参考的实用剪滞系数计算表。分析结果表明:该类箱梁剪滞分布与普通简支箱梁的不同主要在于桥台附近截面出现了负剪滞现象;整体式桥台的纵向抗弯刚度、主梁宽跨比、宽高比及不同荷载形式等是影响该类桥梁剪滞系数的主要因素。     

以位移为基础的钢筋混凝土连续梁桥抗震设计方法

利用等效线性化方法将钢筋混凝土(RC)连续梁桥结构简化为多自由度线弹性体系,采用振型反应谱的概念研究了结构在横向地震作用下考虑多阶模态效应的直接基于位移的抗震设计方法。探讨了连续梁桥的上部结构(主梁)及桥墩(台)刚度的变化对结构横向振动模态质量与模态周期的影响,给出了多阶模态设计方法的具体设计过程。对对称与非对称连续梁桥采用相同的设计步骤进行基于位移的抗震设计,并对设计算例用非线性时程分析验证了设计结果的合理性。     

超宽简支钢箱梁动力特性及简化分析方法研究

随着超宽梁桥的逐渐增多,宽幅桥梁与普通的窄桥相比,在荷载横向分布、稳定分析以及横向连接等方面都有明显区别。现以一座单跨单箱多室钢箱简支梁桥为研究对象,分别建立空间梁单元模型、等效板单元模型、梁格体系模型和实体单元模型,并对四种模型进行了动力特性结果比较,探讨了超宽简支钢箱梁桥不同计算模型动力特性的差异。结果表明,梁格体系模型的竖弯频率误差最小,而所有模型的扭转频率误差都较大。对于宽度不同的梁桥,运用等效板单元模型进行参数化分析,并对桥梁的竖弯频率和扭转频率的计算,提出简化模拟公式。归纳出的结论对同类桥梁的动力特性计算具有一定的参考价值。     

角钢连接件抗剪刚度试验及理论研究

由于具有承载力高、疲劳性能好以及施工便捷的优点，角钢连接件在桥隧结构中得到越来越广泛的应用。角钢连接件主要应用于沉管隧道结构中，且相关研究主要集中在日本。现有研究多针对角钢连接件的承载力而忽视了抗剪刚度，而抗剪刚度会对界面滑移、混凝土开裂以及构件刚度等性能造成影响。为了研究角钢连接件的抗剪刚度，基于实际工程以及中国规范设计了6组推出试件，包含3种角钢尺寸以及2种混凝土规格。同时为了减少试验本身的离散性，每组均有3个试件。试验中所有试件均发生混凝土压溃破坏，混凝土强度提高时，试件的抗剪承载力和刚度均会相应调高，同一设计强度等级的3种尺寸角钢连接件受剪性能差别不大。曲率分布结果表明角钢腹板在底部承受较大弯矩和剪力，翼缘承受弯矩较小，表明翼缘在抗剪过程中的贡献较小。在结合已有的连接件理论模型以及试验结果的基础上，通过理论分析提出了针对角钢连接件的地基梁模型，并通过10组剪力-滑移曲线以及12组曲率数据来验证模型的可靠性，研究结果表明理论模型具有良好的精度。考虑到模型公式复杂，结合实际工程构造，对刚度公式进行了简化，并通过10组剪力-滑移曲线来验证简化公式的可靠性，结果表明简化公式同样具有良好的精度。     

基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正

为了提高桥梁结构有限元模型修正的效率和效果，提出基于加权Kendall相关系数和序贯代理模型的有限元模型修正方法。首先，建立基于目标响应误差和待修正设计参数灵敏度的加权Kendall相关系数指标，并采用凝聚层次聚类算法，合理确定待修正设计参数的数量和位置，保证待修正设计参数对目标响应具有合适的解耦能力；其次，为解决传统一次性代理模型法在构造代理模型过程中产生的欠采样或者过采样的问题，采用基于FLOLA-Voronoi通用序贯设计策略的序贯代理模型法，提高构造代理模型过程中试验设计样本的利用率和模型修正效率；最后，根据一座斜拉桥的静动力荷载试验数据进行有限元模型修正。结果表明：基于FLOLA-Voronoi算法的序贯代理模型能够合理地确定构造代理模型所需的样本数量和位置，使得在相同样本数量的情况下，序贯代理模型比一次性代理模型具有稍好的精度指标；采用加权Kendall相关系数指标的聚类方法可以得到具有合适解耦能力的待修正设计参数，使得修正前大误差目标响应的误差显著下降，小误差目标响应的误差基本都处于合理范围内，有效地降低了目标响应的整体误差；同时，有限元理论静动力响应与实测静动力响应的平均误差分别由5.56%、8.43%降低至1.87%、3.41%，并且相较于常规方法，修正精度更好，所提方法可以用于桥梁结构有限元模型修正，可得到准确的桥梁结构数值模型。