在役桥梁动应变长期监测数据的极值估计

车辆荷载效应是桥梁安全评估及可靠性研究的关键因素,基于长期应变监测数据的应变极值估计很有意义。以往估计车辆荷载效应模型的观测样本相对较少,常用的统计模型对于样本高分位点的估计也不够准确。采用太平湖大桥120d的动应变监测数据,选取车辆荷载作用下应变峰值为研究样本,确定所需最小采样时长。采用广义的Pareto分布作为样本超阈值概率模型,滤过的泊松过程作为样本超阈值随机过程的概率模型,结合极值统计理论,估计桥梁剩余服役期内车辆荷载引起的应变极值,给出桥梁不同承载能力情况下主梁的可靠指标及失效概率。结果表明:广义的Pareto分布模型可较好地拟合出桥梁动应变的右尾分布,能够比较准确地得出车辆荷载作用下应变极值的概率分布。     

城市轨道高架桥动力响应分析与监测

桥梁监测系统通过实时监测各关键性能的技术指标,为桥梁的安全度评估及桥梁的养护维修提供科学依据。通过数值模拟与现场监测数据相结合的方式研究列车对桥梁的动力加载效应。采用ANSYS软件建立桥梁有限元模型,将城市轨道交通列车简化为一系列移动集中荷载,计算列车匀速行驶作用下桥梁的振动响应,同时利用桥梁监控系统采集的实测数据对计算结果进行验证。得出结论如下:通过监测数据验证数值模拟结果的正确性;列车移动通过时桥梁跨中位移均在合理范围,现阶段桥梁处于较好工作状态;列车运行速度对桥梁跨中位移极值有明显影响。     

大跨径连续刚构桥安全性评估的基准有限元模型

以八尺门连续刚构桥为背景,结合其健康监测系统,探讨监测数据处理和安全性评估通常值、限值确定方法。基于健康监测进行该桥有限元模型动力修正和模型验证,得到该桥基准有限元模型;利用基准有限元模型确定桥梁安全性评估安全阈值。结果表明:该桥监测系统能满足桥梁健康监测和安全评估基本需要,基于健康监测长期统计通常值确定方法和基于基准有限元模型的安全阈值确定方法可为健康监测系统设定安全预警值提供依据,满足桥梁安全性评估要求。     

桥上CRTS Ⅱ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTS Ⅱ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应，依据CRTS Ⅱ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能，建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTS Ⅱ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数，分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征，采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析，并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比，探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明：在底座板服役期内，底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求；传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大，给CRTS Ⅱ型轨道结构营运带来安全隐患；桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大，列车荷载的影响相对较小，温度梯度对可靠指标几乎无影响；荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTS Ⅱ型底座板养护维修的时间和方式，为高速铁路结构的运维提供理论参考。     

基于多桥支座振动信号联合分析的列车荷载类型识别方法

在重型列车荷载反复作用下,桥梁结构易发生损伤与破坏,因此识别列车荷载作用类型可为管理部门提供桥梁可靠运营信息。目前既有的列车荷载类型识别方法往往基于桥梁结构局部力学响应建立,其忽略了整条线路中多点监测数据的关联,识别结果易受复杂环境影响。针对此问题,提出一种基于多桥支座振动信号联合分析的列车荷载类型识别方法。首先利用构建的桥梁支座健康监测视觉分析系统提取多桥支座的动位移数据,提出通过FFT信号相关分析对多桥支座振动数据进行时间同步,由此获得多点监测数据的联合表征;然后,将构建的多点监测数据联合表征可视化为灰度图像,并将列车荷载类型识别建模为图像识别问题;提出利用ShuffleNet-V2轻量级识别网络对构建的多点监测数据联合表征图像进行分类,由此识别不同类型的列车荷载。最后通过实际的桥梁支座健康监测系统进行测试,实验结果表明在复杂环境下多桥支座振动信号联合表征可获得良好的图像分类特征,而构建的轻量级识别网络可精准识别列车荷载类型,验证了本文方法具有很好的普适性与应用前景。     

基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳损伤与剩余寿命评估

提出基于车桥耦合动力分析的钢桥疲劳评估方法,建立车桥动力系统模型进行列车过桥耦合振动分析,求解桥梁构件疲劳应力,在此基础上,采用S-N曲线法对关键构件的疲劳损伤和剩余使用寿命进行评估。以一座铁路下承式钢桁梁桥为例,利用实测应力数据对所提方法进行验证,与既有方法评估结果进行比较,并研究了车速和轨道不平顺对桥梁疲劳性能的影响。结果表明:本文方法所得构件疲劳应力与实测数据符合较好,能够对铁路钢桥疲劳损伤和使用寿命进行准确评估;列车速度对桥梁疲劳性能有显著的影响,构件疲劳损伤程度并不一定随着车速的提高而增大;轨道不平顺能够显著影响桥梁疲劳损伤累积,轨道平顺性越好,构件疲劳损伤程度越低,加强轨道维护、保持良好轨道状态能够有效延长铁路钢桥的疲劳使用寿命。     

基于大数据分析的桥梁健康状况评价

为确保北京地铁线路桥梁结构的安全性,在地铁5号线部分桥梁上安装实时监测系统;对采集到的梁体应力、位移、挠度及裂缝宽度等数据进行分析,确定温度是影响各监测指标的主要因素,温度与各监测指标线性相关,并得到桥梁各评价指标随温度变化的动态预警阈值。通过仿真计算与实测数据对比,验证各监测指标主要受温度影响,受车辆荷载的影响相对较小。提出由单项评估和综合评估两部分组成的桥梁健康状况评价系统框架,并实现系统的开发与调试。该系统目前基本满足北京地铁桥梁监测需求,且具有实时性强、病变部位定位准确等诸多优点。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯可靠度研究

研究钢筋混凝土铁路桥梁受弯构件可靠指标,讨论可靠指标随配筋率以及恒荷载与活荷载标准值比值的变化;确定受弯构件可靠指标的范围。基于现行铁路混凝土桥梁规范的容许应力法,得到钢筋混凝土桥梁受弯构件抗力的统计参数,计算表明钢筋混凝土铁路桥梁的可靠指标为5.8～6.5。     

基于广义Pareto分布的桥梁车致荷载效应极值估计

研究目的:为准确估计桥梁的车致荷载效应极值和解决GPD模型阈值选择困难的问题,本文充分考虑过桥车辆的随机性特征,基于广义Pareto分布的极值预测理论,提出K-S检验自动选择阈值的方法和桥梁车致荷载效应极值估计的方法.同时,以一座简支T梁桥为工程应用算例,对随机车流荷载作用的桥梁车致荷载效应极值进行估计.研究结论:(1...     

设置AMD的铁路钢桥鲁棒控制研究

对设置主动质量阻尼器(AMD)的铁路钢桥在列车荷载通过时振动响应的鲁棒控制方法进行研究。建立设置AMD系统的铁路钢桥在列车荷载作用下的受控状态方程以及鲁棒控制方法,并以某铁路钢桥为工程背景,建立该铁路钢桁架桥梁的整体壳体模型以及下弦节点实体子模型,对装置AMD系统的铁路钢桥在不同车速荷载作用下使用不受控制、LQR主动控制算法和鲁棒控制算法下其位移振动响应的控制效果进行对比,并初步分析节点最大正应变的鲁棒控制效果。研究结果表明:对于设置AMD且承受不同车速荷载的铁路钢桥在使用鲁棒控制算法时,其位移响应和节点最大正应变的控制效果明显优于LQR主动控制。     

既有公路钢筋混凝土梁的动态系统可靠性分析

针对既有结构可靠性分析的特点 ,根据评估目标基准期的不同建立时变荷载模型 ,考虑构件抗力随时间的动态变化 ,以某公路钢筋混凝土简支梁为例 ,计算抗弯破坏和抗剪破坏这两种失效模式的可靠指标 ,并根据二者的相关系数 ,对钢筋混凝土梁的动态系统可靠性进行分析。     

大型公铁两用斜拉桥健康监测数据的时域峰值统计及频域融合处理

为实现基于健康监测数据的桥梁运营安全性评定,针对大型公铁两用斜拉桥健康监测信号的数据量大、干扰强、频谱复杂、信噪比低等特点,基于沪通铁路长江大桥的健康监测数据,建立监测数据质量状况评定的3项指标(信噪比,单测点异常数据占比和总测点异常数据占比)及其5个评判等级的区间评判体系,并据此进行监测数据降噪去异常值的初步处理;基于30~300s的时域分段及监测值峰值即时替代措施,给出健康监测数据时域分段峰值的提取方法及其均值和方差的统计方法;采用加权平均方法推导出基于快速傅里叶变换、小波变换、希尔伯特—黄变换的监测数据频域融合公式,以提高频域数据的可靠性及精度,获取有效开展桥梁运营安全性评判的评估参数。以监测到的某大型桥梁的振动加速度数据为例,采用给出的数据处理方法进行数据的去噪处理、时域峰值提取及统计、频域融合处理,验证了方法的工程实用性。     

基于动力的预应力混凝土独塔斜拉桥承载力评估

结合桥梁现场环境振动试验和有限元模型修正,本文提出了一套基于动力的大型桥梁承载力评估方法,并应用该方法对一座预应力混凝土斜拉桥的承载力以及发生可能损伤后的承载力进行了分析评估。结果表明:该斜拉桥在当前状态下能够满足设计要求,不需要进行调索,但拉索面积折减与超载对桥梁承载力具有较大的影响。此类评估对于桥梁养护与维修、长期健康监测具有重要的意义。     

FRP筋混凝土受弯构件最大裂缝宽度可靠度分析

FRP筋因其良好的抗腐蚀性能,可替代钢筋用于强腐蚀环境或有电磁绝缘要求的混凝土结构中,但它属于非金属材料且弹性模量较低,因此,FRP筋混凝土受弯构件将产生较大的裂缝宽度.目前,我国纤维增强复合材料建设工程应用技术规范中其最大裂缝宽度的计算公式是对混凝土设计规范中计算公式的简单套改,区别在于荷载组合形式采用标准组合和最大裂缝宽度限值放宽至0.5 mm,但并未对公式进行可靠性分析,其合理性有待考证.为此,本文选取荷载效应比、配筋率、FRP筋弹性模量、FRP筋直径、截面高度、保护层厚度以及混凝土强度等作为影响因素对FRP筋构件裂缝宽度可靠度水平进行评估,分析这些因素对可靠指标的影响规律,得到可靠指标的界限值.研究结果表明:按目前规范对FRP筋最大裂缝宽度的可靠指标控制较为保守,尤其是当荷载效应比较大时,可靠指标超过2.0,明显偏高,造成不必要的浪费.因此本文建议计算FRP筋受弯构件最大裂缝时,采用荷载准永久组合,这样其可靠度控制水平更为恰当.     

公路桥梁动力放大系数合理值及影响因素研究

移动车辆作用下桥梁荷载效应和动力放大系数同时取最大值的概率很低,重量较轻的单个车辆荷载行驶过桥时即使产生较大的动力放大系数也不具参考性.准确获取反映桥梁结构实际状态的动力特征参数,可指导优化桥梁设计阶段动荷载系数选取,同时还可为桥梁运维阶段策略实施提供数据支撑.提出桥梁动力放大系数合理值(Reasonable Dyna...     

考虑氯离子侵蚀的钢筋混凝土桥梁疲劳时变可靠度

基于混凝土中氯离子扩散及其引起钢筋锈蚀的机理,提出了钢筋面积随时间变化的公式.根据锈蚀钢筋疲劳试验,提出了反映钢筋疲劳性能的疲劳强度时变模型.基于上述模型,运用线性累积损伤法则和蒙特卡罗方法,对钢筋混凝土桥梁进行疲劳可靠性分析,计算其时变疲劳可靠度.结果表明:氯离子侵蚀作用下,钢筋有效截面减小和疲劳性能衰减显著降低桥梁结构的疲劳可靠指标.本文建立的计算模型能够为结构疲劳可靠性的鉴定以及结构构件的维修决策提供有效参考.     

双箱单室钢箱梁摊铺沥青混凝土时的温度荷载模式

城市中小跨径钢桥逐渐采用沥青混凝土摊铺,沥青混凝土高温摊铺会对桥梁结构产生影响,需建立沥青混凝土高温摊铺时的温度荷载计算公式对不同类型桥梁进行分析。采用ANSYS建立钢箱梁节段瞬态热传导模型,分析浇筑式沥青混凝土摊铺过程中双箱单室钢箱梁温度场的分布特征。根据仿真结果建立了温度荷载计算公式,并利用热-结构耦合分析模型与梁单元模型讨论温度荷载公式在梁单元模型中的适用性。研究结果表明:采用温度荷载计算公式计算支座纵向位移时误差较小,计算支座竖弯转角时误差较大,计算支座竖向反力及梁体竖向位移时误差在10%以内。     

基于压缩感知隧道结构健康监测与可靠性评价

为了弥补隧道监测数据缺失导致信息丢失的不足,从而能够更好地评价地铁隧道结构健康状况,基于压缩感知理论对健康监测数据进行处理,通过对运营地铁的结构健康监测数据进行压缩和重构,减少对原始监测数据的传输和存储压力,以提高获取的地铁健康相关数据的信息完备与可靠性,为隧道结构健康安全评价提供数据基础。在此基础上,构建运营地铁隧道安全风险指标评价体系,在获取完备数据的基础上,基于不确定性视角,采用云推理综合评估运营地铁隧道的可靠程度,以及时掌握运营地铁的安全状态,并找到影响其可靠性的关键风险,从而制定相应的管控措施。最后以武汉地铁2号线长汉区间监测点的累计沉降作为数据样本进行实例分析,结果显示压缩感知能使监测数据重构以获得完备数据,再利用逐级云推理得到安全风险等级云图与实际情况相符。     

钢桥自适应有限元分析

钢桥自适应分析是钢桥塑性分析理论的一个新探讨,它研究在超出弹性极限的重复荷载作用下结构的弹塑性行为,由于其荷载方式接近桥梁结构的实际承载方式,自适应分析更为真实地反映结构的塑性抗弯承载能力。为推广自适应理论在钢桥结构中的应用,以连续实腹钢梁桥为对象,基于Timoshenko梁弹塑性理论,采用分层梁单元,编制有限元程序模拟结构自适应全过程,以求解结构自适应极限承载力,并与相关文献进行算例对比。分析结果表明：对连续钢梁自适应极限荷载的求解问题,非线性有限元程序运用方便,且精度较高;分层梁单元能够很好地表现塑性区的扩展情况;同时也证明自适应极限状态是一种临界状态。     

钢梁长圆孔螺栓变形性研究

长圆孔高强螺栓连接不同于普通的螺栓连接,它可以有效改善所连接钢梁的纵向变形性能,避免次弯矩的产生,从而降低梁体的应力应变。长圆孔螺栓的工作性能跟钢梁翼缘与垫块之间的摩擦有密切的联系,摩擦越严重,越不利于梁端的纵向移动。除了跟摩擦有关外,外力荷载,温度荷载,车辆冲击荷载等也会影响钢梁的纵向移动。本文首先根据钢梁端长圆孔变形受力机理提出了长圆孔高强螺栓变形的计算公式,然后结合有限元模拟分析对变形性能做了进一步的分析和验证,最后对现役钢桥中的长圆孔螺栓连接进行了试验研究,并对长圆孔螺栓变形工作性能进行了实际评估。