主缆与鞍座间摩擦抗力评估的混合解析数值法

为保障多塔悬索桥中主塔鞍座的抗滑移安全性，准确评估主缆与鞍座间的摩擦抗力，提出一种适用于鞍座摩擦抗力分析的混合解析数值法。首先，通过分析滑移临界状态下鞍座内索股的受力状态，将主缆与鞍座接触面间摩擦抗力的求解问题逐步分解，最终简化为求解鞍座任意截面处索股与鞍座接触面间压力分布的平面应变问题；其次，沿纵向将鞍座均匀离散化为多个截面，建立相应截面的二维有限元模型，并得出滑移临界状态下各截面处索股与鞍座接触面间的压力分布；采用将各段压力求和再乘以摩擦因数的方式求出主缆与鞍座间的摩擦抗力及其分布，建立适用于主缆与鞍座间摩擦抗力评估的混合解析数值法，并通过模型试验验证其准确性；最后，基于所提出的混合解析数值法对鹦鹉洲长江公路大桥实桥的中主鞍座摩擦抗力进行分析与讨论。研究表明：所提出的混合解析数值法计算结果和试验结果吻合良好，具有计算效率和精度高，评估流程简洁和工程应用便捷等优点，可作为评估主缆与鞍座间摩擦抗力的依据；主缆与鞍座接触面间压力的绝对值和摩擦抗力均呈由上到下、由松边到紧边递增的分布特性；通过设置竖向摩擦板以增加数个竖向摩擦板面，从而有效提高主缆与鞍座间的摩擦抗力，可大幅提高主缆与鞍座间的抗滑移安全性。     

双缆悬索桥的静力特性及其关键影响因素

双缆悬索桥体系是一种适用于大跨度多塔悬索桥的结构体系，为了对该类悬索桥体系的受力特性开展深入研究，基于有限元方法对其静力特性以及关键设计参数的影响效应进行对比分析. 首先以一座典型的单缆多塔悬索桥为参照，选定双缆多塔悬索桥的关键设计参数，建立两类多塔悬索桥的有限元模型；其次基于所建立的有限元模型，对比分析两类多塔悬索桥体系的竖向刚度差异；最后研究双缆悬索桥体系，边主跨比、中塔刚度、恒载分配比和矢跨比等关键设计参数对于中塔塔顶主缆总的不平衡力、中塔塔顶最大纵向位移以及主梁跨中最大挠度的影响效应. 研究结果表明:相比单缆多塔悬索桥，双缆多塔悬索桥能够有效提高结构的竖向刚度，同时大幅减小中塔塔顶主缆总的不平衡力；减小边主跨比对双缆结构体系竖向刚度和塔顶主缆总的不平衡力的影响较小；增大中塔刚度可以显著提高双缆结构体系的竖向刚度，但是中塔塔顶主缆总的不平衡力有较大幅度的增加；恒载分配比例取为1.0～2.0时，双缆结构体系的中塔塔顶位移及主梁跨中挠度较小；减小顶缆矢高或者增大底缆矢高均可以显著提高双缆结构体系的竖向刚度，有效减小主梁跨中挠度和中塔塔顶位移.      

波形顶板-UHPC组合桥面板优化设计

为解决正交异性钢桥面板的疲劳问题,从其根本原因和提高其抗疲劳性能的基本途径出发,提出一种新型波形顶板-UHPC（超高性能混凝土）组合桥面板结构体系.确定影响新型桥面板受力特性的主要参数及其合理取值范围,使用基于BP（back propagation）神经网络的优化设计模型对结构进行优化设计,就所优化的结构尺寸进行疲劳性能测试.研究结果表明:该结构能大幅减少桥面板结构中的几何构型不连续部位数量和焊缝数量,显著提高顶板局部刚度;波形钢板高度、顶部和底部水平段宽度是结构受力性能的重要影响参数;基于BP神经网络的优化设计模型适用于该类桥面板结构的优化设计,最大误差为4.4%;新的结构体系具有良好的疲劳性能,疲劳寿命超过200 a,为正交异性钢桥面板的疲劳问题提供了较好的综合解决方案.      

UHPC构件受拉性能的细观力学解析方法

超高性能混凝土（Ultra-high-performance Concrete,UHPC）的受拉性能直接影响结构的抗裂性和耐久性,是结构设计中重要的力学指标之一。为研究UHPC构件在弯拉荷载作用下产生宏观裂缝前的受拉力学特性,以钢纤维与水泥基的协作受力特性为切入点,考虑钢纤维分布方向的随机性服从正态分布,建立了钢纤维受拉作用下的细观力学模型。该模型将钢纤维力作为由水泥基加载的被动力进行分析,在充分考虑水泥基材料特点的基础上,发展了UHPC构件受拉作用下宏观裂缝出现前弹性和拔出2个阶段的力学行为预测模型;开展了UHPC试件的纯弯曲试验,标定了材料受弯全过程中的关键力学指标,重点关注理论预测的弹性和拔出2个阶段的力学行为,并与预测模型计算结果进行对比;采用文献中钢纤维增强混凝土的试验结果进一步印证细观力学模型的适用性。理论分析及试验结果表明：建立的细观力学模型可准确描述出现宏观裂缝前受拉UHPC构件内部钢纤维的抗拉力学行为;预测模型计算的理论值与UHPC构件受拉作用下弹性和拔出2个阶段的力学指标试验结果吻合良好;常规钢纤维掺量的UHPC受拉性能由其内部钢纤维主导,理论计算时忽略受拉状态下水泥基对UHPC轴力的贡献不仅可以简化计算,而且可将其视为工程应用时的安全储备;建议的双折线拉伸本构中弹性与拔出2个阶段的极限应变分别为180×10^-6,1 042×10^-6。     

UHPC中MCL形组合销的抗剪性能

改进螺旋线（Modified Clothoide，MCL）形组合销是抗剪性能优异的一类新型剪力连接件，在组合结构桥梁中具有广阔的应用前景。为探究MCL形组合销在超高性能混凝土（Ultra-high Performance Concrete，UHPC）中的抗剪性能，依据新型波形组合桥面板结构中MCL形组合销的纵向和横向受力特征，设计并开展了纵向和横向2类推出试验；建立了考虑材料与界面接触等非线性因素的2类推出试验有限元模型，基于试验结果验证了有限元模型的适用性；采用有限元模型开展了结构的全过程受力分析，阐明了2类推出试验的荷载传递历程与破坏机理；依据受力特征和破坏模式，推导了适用于钢销失效破坏模式的MCL形组合销纵向极限抗剪承载力计算式；通过现有公式对比，确定了适用于UHPC压溃破坏模式的MCL形组合销横向极限抗剪承载力计算式。结果表明：UHPC中MCL形组合销的纵向和横向抗剪性能差异显著，纵向抗剪性能表现出良好的延性特性，而横向抗剪性能表现出较高的抗剪刚度和抗剪承载力；主要力学指标的有限元计算值与试验结果符合较好，验证了有限元模型的适用性；MCL形组合销的纵向破坏模式主要表现为钢销产生较大的塑性变形，其根部截面进入屈服状态，而横向破坏模式主要表现为钢销下侧UHPC压溃；纵向和横向极限抗剪承载力计算值与试验值之比的均值分别为1.18，1.06，标准差分别为0.13，0.01，计算值与试验值吻合良好。