联合静动力的钢筋混凝土刚架拱桥加固效果评估

以一座跨径45133的钢筋混凝土刚架拱桥为工程背景,介绍了该桥粘钢加固的基本情况,并使用一种联合静动力的方法对加固效果进行评估。得到的主要结论为：（1）根据动力修正的空间有限元模型可以应用于桥梁的评估;（2）加固后,该桥的承载力能够满足汽—20的荷载等级要求。     

一种基于元模型的桥梁静动力有限元模型修正方法

针对大型桥梁静动力有限元模型修正问题,提出一种基于元模型的修正方法。首先,对桥梁结构进行子结构划分,并利用人工神经网络算法建立修正参数与结构静、动力特性的关系模型(元模型);其次,分别以桥梁静动力测试结果作为有限元模型修正的优化目标,将桥梁静动力有限元模型修正问题转化为多目标优化问题,从而克服了采用单目标优化时,结构静力特性与动力特性目标之间的权值难以选择的问题;再次,通过元模型建立及多目标优化的方法进行结构有限元模型的修正。最后,利用一座钢管混凝土拱桥的静动力试验实测结果,对所提模型修正方法的适用性进行验证。结果表明:该方法具有较好的精度和适用性,可作为大型桥梁结构静动力有限元模型修正的一种实用方法。     

基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正

提出了一种基于响应面方法的桥梁静动力有限元模型修正技术,并成功地应用到了常德市白马湖公园虹桥的有限元模型修正当中.利用结构静载位移和振动频率等现场实测静动力响应,构造联合静动力的结构有限元模型修正的目标函数,在相关指标灵敏度分析的基础上筛选待修正参数,并利用响应面方法拟合桥梁静动力响应的代理模型.最后利用响应面替代模型(Meta-model)对该桥进行有限元模型修正,使得桥梁响应的实测值与计算值达到较好的吻合程度,经过修正后的有限元模型能够反映该斜拉桥的静动力特性,可以作为该桥的基准有限元模型.     

既有钢管混凝土拱桥的有限元模型修正

有限元模型修正技术最早应用于航空和机械领域,用于自动修正结构模型使数值模型和试验模型相匹配。在过去的十年里,有限元模型修正技术已经被引进到土木工程领域。在既有桥梁的工作状态和使用安全评估中,需要建立能够精确模拟结构目前工作状态的有限元模型。该文以一座既有的钢管混凝土拱桥为例,在参数灵敏度分析的基础上,以结构设计参数为修改参数,构造联合频率和挠度的目标函数,借助ANSYS的优化设计功能对该桥的有限元模型进行修正。修正后模型计算结果和实际测试结果更加接近,其中跨中挠度的最大相对误差只有6%,频率的最大相对误差为9%。修正结果表明:这种联合静动力的模型修正方法物理概念清楚,能充分利用静动力测试数据,经过修正后的有限元模型能够反映该桥的实际工作状态。     

基于振动分析的混凝土刚架拱桥典型病害研究

针对刚架拱桥出现的病害,建立典型混凝土刚架拱桥空间结构有限元模型,分析其动力特性和结构损伤之间的关系,重点研究横向联系体系对动力特性的影响。进行基于环境激励的刚架拱桥模态试验和振动响应测试,并与有限元分析结果进行了比较。分析结果表明,刚架拱桥桥面1阶扭转振型的自振频率对横向联系体系的约束作用非常敏感,可作为反映刚架拱桥结构损伤的特征参数。     

时变温度下某拱桥的状态诊断

在时变温度下,利用结构模态参数对桥梁结构状态诊断进行试验研究。通过对某拱桥模型进行长期动力测试,并对测试加速度信息进行模态参数识别,得到该模型在不同温度下前4阶的频率、阻尼比和振型。利用测试数据对该拱桥模型进行有限元模型修正,将结构的测试动力特性与有限元计算结果进行比较,分析该结构动力特性随温度的变化规律,建立环境温度与结构频率的关系模型,并利用该模型对测试模型的结构性能进行诊断。本文所提出的结构状态诊断方法能有效判别时变温度下该拱桥模型结构是否产生损伤,也为实际桥梁结构状态诊断提供了一种有效思路。     

刚架拱桥横系梁加固技术研究

钦州市钦江二桥主桥为3×63 m钢筋混凝土刚架拱桥,针对该桥横系梁的病害及病因,采用附加型钢梁加固法对刚架拱桥横系梁进行加固,具体做法是,旧的横系梁不用拆除,新附加的型钢梁端部通过高强螺栓与拱肋对穿连接.对该桥加固前、后动力性能和稳定承载能力进行对比分析,结合加固后桥梁成桥试验结果,得到以下结论:所采用的计算模型和实际情况相吻合;附加型钢梁加固法能够提高桥梁的横向刚度、改善桥梁的动力性能、提高桥梁的稳定承载力,可推广应用于刚架拱桥横系梁加固.     

洪濑旧桥粘钢加固静动力特性分析

首先介绍了桥梁的病害和粘钢加固设计的基本情况。然后进行了加固前后的汽车荷载试验和环境振动测试,利用实测的动力特性进行了有限元模型修正,并得到计算静动力特性。最后,根据加固前后的静动力特性以及实际承载能力对桥梁的加固效果进行了评价。结果表明:经过粘钢加固之后,整体刚度得到了很大提高,其承载力能够满足汽-20、挂-100的设计荷载要求。     

刚架拱桥加固技术探讨

针对刚架拱桥的结构特点,分析了某多孔刚架拱桥的病害及其成因,提出了整体化桥面加固方案和施工工艺.建立了4孔刚架拱桥空间模型,分析了结构各施工阶段的受力特性,并将加固后的桥梁特性与原结构进行对比,加固后桥梁的受力性能得到了明显改善.     

某刚架拱桥加固方法及加固效果分析

以某刚架拱桥加固工程为例,提出了针对性加固措施,并通过有限元仿真分析了加固前后结构内力分布情况及动力性能,并验算了加固后桥梁承载力及挠度,结果表明,通过文中所述的加固整治方法,能够改善结构内力分布并有效提升结构承载力及整体刚度,加固效果良好。有关经验可供相关专业人员参考。     

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。     

基于模型修正的公路简支板梁桥荷载横向分布系数计算方法

为了使得理论计算的桥梁荷载横向分布系数与试验结果更加吻合，并且降低静载试验成本，在铰接板法基础上，提出一种基于模型修正技术的公路简支板梁桥荷载横向分布系数简化分析方法。该方法建立了一种可以考虑板间接缝剪切变形的简化分析模型，并推导了相应的静力和动力方程。针对简化模型的结构特点，提出了以待测桥梁动力试验测得的自振频率和桥梁跨中振型构造目标函数，以竖向弹簧刚度k、扭转弹簧刚度Ψ以及剪切弹簧刚度k_q为待识别参数的模型修正方法。通过提出的模型修正方法，得到实际状态下桥梁的主要参数，以简化模型的荷载横向分布系数影响线为基础，可计算各板梁的横向分布系数；验证了不考虑板梁间接缝剪切变形时，基于简化模型的横向分布系数分析结果与铰接板梁法相同，从而证明了所提简化模型和分析方法的可靠性。最后以一座桥梁为对象，进行了动力测试，识别了简化模型的物理参数。模型修正之后的模态频率和实测值吻合良好，同时振型之间的MAC（模态保证准则）系数也接近于1，从而表明利用所提的模型修正方法可以有效识别简化模型的物理参数，使理论模型和实际桥梁吻合。     

潜江市兴盛路装饰拱桥布置方案及装饰拱结构力学分析

通过对拱结构与主桥的不同连接方式进行方案比选,阐明了装饰拱桥设计中需要考虑的主要因素。简要介绍了建立空间梁单元模型,并按照无铰拱对装饰拱进行力学性能验算的方法;同时根据计算结果进行结构强度、稳定性评价及静力、动力、抗震等各项力学性能分析,以确定不同参数对结构安全的影响。装饰拱布置选型方案及结构分析的研究方法可用于指导该类桥梁设计。     

用索拱体系加固提载刚架拱桥的分析研究

提出一种拱索体系加固现有钢筋混凝土刚架拱桥的方法,并以一座典型桥梁为例,对其加固前后的力学性能进行了分析,结果表明这种加固方法使桥梁的跨中弯矩和挠度大为减少,承载能力明显提高,它是一种加固早期修建钢筋混凝土刚架拱桥的有效方法,具有一定的理论意义和工程实用价值。本文还对该加固方法的施工程序及斜拉索的合理索力进行了论述。     

基于静力测试数据的装配式混凝土简支梁有限元模型修正

对一实际装配式预应力混凝土简支梁桥的工作状况进行了评估,根据现场实测静力数据,对其有限元模型进行修正。计算结果表明,修正后的有限元模型较好地反映了实际结构的变形行为。应用敏感性分析研究了修正模型的效率,分析表明,选择适当的修正方式有助于得到能准确反映实际结构工作状况的有限元模型。而不适当的修正方式尽管也可能正确反映实际结构的结构响应,但不能准确反映实际结构的结构参数。     

面向健康诊断的悬索桥有限元模型误差分析

面向健康诊断的有限元模型通常需要具有较高精度、真正三维模型、构件独立描述的特性,因此,在有限元建模中,要面对更多的细节处理和更严格的误差控制问题。针对悬索桥结构,进行了面向健康诊断的有限元模型误差的研究。分别对加劲梁、塔顶鞍座、主缆线型等建模因素采用不同模型进行了有限元建模。分析了这些不同模型对悬索桥结构的静动态特性的影响特点和程度。通过与试验结果的对比,对不同模型进行了误差分析。在建模诸因素中,鞍座的模型化处理对悬索桥结构的静动态特性影响是最大的。     

面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型

为了解决传统桥面铺装设计方法不能反映在行车荷载与桥梁振动特性耦合作用条件下的铺装动力响应问题,提出一种面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型的构建新方法。该方法首先综合考虑桥面铺装和桥梁结构特性对建模的要求,建立整桥有限元仿真模型,然后构建精细化桥面铺装体系局部梁段模型,最后通过动力子结构方法将整桥结构与桥面铺装局部结构衔接,并以某大跨径悬索桥为例进行实例分析。结果表明：由于考虑整桥动力特性和不平度的影响,将使计算结果（不平度等级为A）比静力计算结果大10%～15%,并且随着不平度的增加而非线性增加;采用该模型的构建方法可以避免现行桥面铺装设计中采用静载偏不安全的缺点。     

大跨悬索桥面向结构健康监测的基准有限元模型

为描述大跨桥梁服役前完好状态时的结构性能,建立了润扬悬索桥面向结构健康监测的基准有限元模型。首先,探讨面向健康监测需求、建立适度精细基准模型的目标,提出了采用正交异性壳单元等效钢箱梁的建模策略。然后,就钢箱梁的简化模拟、桥塔的动力模型修正、成桥状态初始构形及内力的确定、主梁边界条件的确定和钢箱梁局部应力分析等关键技术问题进行了详细的研究。最后,对所建立的基准有限元模型采用润扬悬索桥成桥试验的实测结果进行了验证。结果表明,该基准模型能从整体结构尺度与局部构件尺度两个方面准确地模拟结构的实际性能,从而为润扬悬索桥的损伤识别与状态评估提供了可靠的结构描述与分析依据。     

增设RC拱肋加固圬工拱桥的设计要点及理论分析

提出了采用钢筋混凝土拱肋加固圬工拱桥结构的方法。以某上承式实腹圬工拱桥为实例,根据其病害的主要特点,结合对原桥承载能力的计算分析结果,采用增设钢筋混凝土拱肋的加固设计方案。然后,建立原拱圈采用板单元和新增拱肋采用杆系单元的有限元计算模型对加固后桥梁承载能力进行了理论分析,结果表明,加固后桥梁承载能力满足公路-Ⅱ级荷载。     

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。