近30年桥梁基础冲刷研究进展及关键问题

近年来，基础冲刷导致的桥梁灾害频发，冲刷已成为威胁涉水桥梁安全的重要原因。基于前人已有的成果，对近30年来桥梁基础冲刷领域的相关研究进行了系统分析。首先采用信息量化分析技术给出了近30年桥梁基础冲刷研究的创新研究成果参数，呈现了冲刷研究领域的知识结构体系，探索了其研究热点。研究结果表明：①桥梁基础冲刷研究论文数量呈现上升趋势，特别是最近几年论文数量增速加快，研究热度提高，其中一些主要文献表现出很高的被引用频率，受到研究人员的重点关注；②研究成果主要集中于桥梁基础冲刷机理、冲刷深度预测、现场监测方法和冲刷防护措施等方面；③研究的新兴热点涉及复杂桥梁基础周围的三维流场特性分析、基于不同算法和随时间演变的冲刷深度预测。此外，对跨海桥梁基础冲刷研究的进展进行了分析，总结了不同条件（水力特性、沉积物条件、基础结构形式及空间布置方式等）对跨海桥梁冲刷的影响；阐述了现有冲刷深度分析方法应用于跨海桥梁冲刷深度预测时存在的问题；对比分析了几种冲刷监测方法的优点、不足及精度影响因素；指出跨海桥梁基础冲刷需要加强对复杂海域环境下桩基冲刷机理、冲刷深度预测及冲刷安全监测评估方法的研究。最后提出：桩-土-潮流相互耦合作用的局部冲刷机理研究、排除水流及悬浮泥干扰的实时监测设备研发、考虑围垦等人类活动对跨海桥梁基础冲刷影响及包括冲刷在内的多灾害分析将是今后研究发展的趋势。     

基于单振动传感器的多缸柴油机失火诊断

通过模拟某12缸柴油机各缸失火试验,对缸盖振动信号中各缸爆发响应信号进行分析,研究表明,各缸爆发在同一测点均会引起振动响应,响应信号的频谱成分不变,幅值变化满足本缸准则及邻缸准则.基于主序列法在不依赖上止点传感器的情况下提取各缸爆发信号的相对幅值,通过判断相对幅值的变化率实现了对传感器所在气缸排各缸失火故障的诊断及定位...     

基于细-宏观数据交互的桥梁水毁数值仿真

为精细化探究桥梁水毁倒塌机理，基于计算流体力学与泥沙动力学数值仿真，得到桥梁冲刷形态演变与波流力时程数据，构建桥梁水毁全过程的连续倒塌数值模型；通过开发细-宏观数据交互接口，将冲刷所致边界条件改变与波流力对桥梁结构作用效应实时传递至结构域桥梁连续倒塌数值模型，高精度连续仿真冲刷发展与波流力作用下桥梁水毁全程力学响应与结构形态演化；最后，通过河源东江大桥倒塌案例分析，验证该仿真方法与数据交互接口的正确性和有效性。结果表明：河源东江大桥连续倒塌可能由冲刷掏空基础后倾斜、拱脚薄弱节点失效以及非制动墩承受不平衡水平推力所致；所提出的仿真方法可实现冲刷仿真、波流力计算与结构倒塌分析的同步交互实施，可为从水文源头探究桥梁水毁失效机理与倒塌模式提供精准高效的分析工具，为桥梁抗水设计、评估以及未来规范修订提供理论基础与技术手段。     

桥梁基础局部冲刷CFD模拟的研究进展

局部冲刷是涉水桥梁失效的主要原因之一。合理的桥梁基础局部冲刷估计，对保证桥梁基础的设计、施工和维护具有重要意义。基于CFD开展桥梁基础局部冲刷研究具有现场观测和水槽试验不具备的诸多优点。首先阐述了桥梁基础局部冲刷CFD模拟的控制方程、湍流模型和泥沙输运模型，以及报导的主要CFD模拟软件；介绍了国内外研究进展，总结了现有研究存在的不足，分析了其中的原因，探讨了局部冲刷CFD研究的发展方向。分析表明，现有CFD局部冲刷研究存在流动Re数过小、未考虑来流湍流特性或来流湍流特性估计不足、湍流模型对流动的非定常特性捕捉不足，以及采用经验性的定常流泥沙输运模型等问题，使得局部冲刷坑形态和最大深度估计与试验不符。一种有望解决上述问题的途径是采用大涡模拟数值求解欧拉-欧拉两相流方程，通过求解流体相和泥沙相的质量和动量方程，采用合适的泥沙相和流体相的压格子封闭模型，并合理模拟泥沙相内相互作用和泥沙相与流体相的相互作用，通过组合壁函数实现高效数值求解，以获得桥梁基础局部冲刷的合理估计，从而推动局部冲刷CFD模拟向大尺度模型和高流动Re数发展。     

基于体压分布的汽车座椅振动舒适性评价

为采用人-椅接触面的体压分布来表征汽车座椅的振动舒适性,在6种不同幅值的低频垂向激励下,以12名受试者为对象,进行汽车座椅振动舒适性主客观试验,以获得体压分布指标。对振动加速度和体压分布的测试结果进行分析,以提取加权加速度均方根值、平均压力均值、最大压力均值和平均压力变化率与法向力变化率的均方根值等客观评价指标。运用非参数统计方法对主客观指标进行相关分析,结果表明,平均压力均值、最大压力均值与主观不舒适性评分的相关性较弱(β=0.26,0.10),而平均压力变化率和法向力变化率的均方根值与主观不舒适性评分具有较强的相关性(β=0.83,0.85)。最后利用史蒂文斯幂定律对主客观参量进行关联性分析,结果表明,与加权加速度均方根值指标相比,平均压力变化率和法向力变化率的均方根值与主观不舒适性评分均具有较高的关联性(R²>99.0%),可作为体压分布评价指标来表征汽车座椅的振动舒适性。     

基于互相关和Hilbert的多设备测试数据延时研究及优化

针对利用多台设备采集试验数据时数据难以同步的问题,提出一种检测设备试验数据时间延迟估计的优化算法,结合测试数据去除趋势、互相关函数及其Hilbert变换之间的差值幅值,根据差值幅值在窗口范围内达到峰值的取样点计算延迟时间.仿真结果表明,该方法与直接互相关函数计算相比具有更好的锐度.采用多个陀螺仪测量车内同一点的车辆状态...     

考虑大件荷载的桥梁网络可靠度分析及路径优化研究

为研究大件运输车辆荷载对桥梁安全性能的影响,提出了一种基于支持向量机和改进灰狼算法的可靠度计算模型,并以此设计了考虑桥梁网络可靠度的大件运输路径优化方法。首先依托大件运输车辆荷载分布统计数据建立了大件运输车辆荷载-桥梁结构响应的机器学习算法映射模型,通过支持向量机拟合大件车辆荷载下的结构功能函数,其次采用融合指数型非线性收敛和柯西变异的改进灰狼算法对可靠度进行求解,计算了某35 m预应力钢筋混凝土T型梁桥在大件运输荷载下的时变可靠度,设计了考虑大件运输荷载下桥梁网络可靠度的路径优化方法。研究结果表明：支持向量机对大件车辆荷载下的桥梁结构响应拟合良好,平均相对误差仅为1.74%;考虑大件运输荷载下的桥梁时变可靠度曲线下降趋势更加明显,且越接近桥梁服役后期,可靠度指标退化速率越快;改进灰狼算法在对功能函数求解时收敛速度极快,寻优稳定性极高;考虑桥梁网络可靠度的路径优化方法可以准确选择当前大件运输荷载下可靠度较高的通行路径。     

基于稀疏响应面的麦弗逊悬架多约束优化

针对传统优化方法需要频繁调用仿真模型的弊端，提出基于非自适应采样和稀疏响应面方法的麦弗逊悬架多约 束优化方法。基于ADAMs 软件构建了麦弗逊悬架模型，通过灵敏度分析确定6 个设计变量；在设计空间内进行一组 60 个非自适应采样，以车轮跳动试验中四轮定位参数的变化值作为响应值；构建了4 个约束稀疏响应面和1 个优化目标 稀疏响应面；采用序列二次规划方法进行优化求解。结果表明，目标函数值由5.917°降低至3.158°，较Kriging 模型方 法多降低9.5%。     

基于支持向量回归的桥梁抗震动力可靠度计算

为了满足桥梁结构基于性能的抗震设计需求,提高桥梁抗震动力可靠度分析计算效率,提出一种基于支持向量回归(SVR)的桥梁抗震动力可靠度分析计算方法。该方法综合考虑了结构参数随机性和地震动激励随机性的影响。在ANSYS有限元分析软件中建立桥梁有限元数值分析模型,进行随机振动分析计算以确定结构在随机地震动激励作用下的响应功率谱;进而通过首次超越破坏准则得到桥梁结构在地震作用下的失效概率。采用均匀设计试验方法(UD)在结构参数样本空间选取合适的试验点,利用支持向量回归建立起结构参数与失效概率的对应关系式,再通过连续型随机变量的全概率公式得到结构在双重随机性下的失效概率。最后以一座主跨180 m的高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行抗震可靠度分析计算,结果表明:采用UD-SVR方法拟合关于结构参数与失效概率的响应面函数进行可靠度分析计算,对复合随机系统的动力可靠度计算具有较高的效率,为复杂结构的抗震动力可靠度分析计算提供了一种新的思路。     

考虑结构损伤的中小跨桥梁有限元模型修正方法的研究

针对既有结构损伤的中小跨桥梁有限元模型模拟分析，首先分析了传统的动力响应和静力响应的损伤识别方法，指出了其存在的部分缺陷；其次通过梁格法建模分析了空心板桥梁的既有铰缝损伤，提出了中小跨空心板桥铰缝损伤的优化指标；最后，提出了挠度影响线残差法，通过铰缝处影响线斜率的变化来实现损伤定位。这种方法不仅能够有效地识别空心板桥梁的损伤位置，还能定位铰缝损伤的条数。     

基于车辆制动激励和小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷识别方法

近年来,因基础冲刷引发的桥毁事故频发,冲刷会造成桥梁下部结构周围土体被破坏进而导致基础承载力下降,并且由于冲刷位置隐蔽增加了识别检测的难度.为了精准识别桥梁下部结构的基础冲刷损伤,利用车辆制动作用可引起更为显著的桥梁下部结构纵桥向动力响应这一特点,提出了一种基于车辆制动作用下桥梁动力响应小波包能量分析的连续梁桥基础冲刷...     

中央扣对大跨悬索桥动力特性和汽车车列激励响应的影响

为了探讨大跨悬索桥在动力激励下中央扣的作用,以四渡河悬索桥为研究背景,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的3种中央扣模式的空间动力计算模型,对其动力特性和在移动汽车车列激励下的时程反应进行了空间非线性分析。研究结果表明:中央扣提高了结构的反对称抗扭刚度,限制了结构的纵飘特性;在静车列作用下,中央扣对全桥内力分布影响很小,但是在移动车列激励下,中央扣使得加劲梁的应力动响应显著增加,且随车列速度增加而增大;中央扣对加劲梁纵桥向位移的限制作用在常规速度车列激励下表现不明显;中央扣的设置方式宜采用刚性中央扣或3对柔性中央扣。     

斜风作用下风-车-桥非线性分析系统建立

为了从风作用方向的三维模拟和系统非线性2个角度实现风-车-桥系统的全三维高真实度模拟,首先建立斜风荷载处理方法,采用平均风分解理论对桥梁斜风进行分解,形成桥梁斜风荷载,把桥梁风作用方向模拟域由垂直于桥梁纵轴线的二维平面扩展到三维空间;采用矢量合成法则和线性插值方法,依据车辆位置函数确定桥上车辆任意位置和时刻的合成风速,并基于风洞试验获取车辆气动力系数,形成车辆斜风荷载。然后基于已建立的非线性分析系统,融合斜风荷载处理方法,构建斜风作用下的风-车-桥全三维非线性分析系统,并实现动态可视化。最后采用建立的分析系统,对系列风偏角工况下的桥梁空间动力响应和车辆安全进行分析和评价。结果表明：斜风作用下,桥上车辆事故指标值及桥梁位移响应随着风偏角增大总体上均呈现先减小后增大趋势,且极值均出现在非90°的锐角区;基于风向垂直于桥跨方向的假定所进行的桥梁设计和车辆安全性评价结果偏于不安全。     

基于正则化与B样条曲线的桥梁影响线识别方法

为了快速评估既有桥梁的安全性，研究了基于多源实测信息快速准确识别桥梁影响线的方法。首先利用桥梁动力响应及车辆移动的实测信息，建立影响线识别的数学模型。在模型中引入Tikhonov正则化方法以解决病态矩阵求解问题，通过设置罚函数项以取得较光滑并贴近真实的影响线。然后通过基函数扩展法重构影响线，将其表示为一系列三次B样条基函数的线性组合，从而将问题从识别众多影响线因子简化为识别少量基函数权重系数。为了验证上述方法的可行性，先在实验室模拟钢制试验小车在钢筋混凝土三跨连续梁模型上移动的过程。基于实测布置于梁底的多测点挠度和应变响应时程以及相应的试验车信息，可识别出不同位置测点的挠度和应变影响线。试验结果表明无论是影响线的总体形状还是局部峰值，识别解与基准解均能较好地吻合。该方法还被进一步应用到一座简支现浇预应力混凝土箱梁桥。该试验通过实测检测车过桥期间的桥梁跨中截面若干测点的动应变、动挠度以及车辆重力、实时位置等信息，准确识别了对应于不同车道的挠度和应变影响线。通过对比桥梁静载实测和影响线虚拟加载结果，发现两者偏差绝对值在5%以内。在一定程度上表明了该影响线识别方法具有较高精度，并具备工程应用的良好潜力。     

预应力混凝土连续弯梁桥承载能力检测的应用研究

采用车辆加载系统,模拟预应力混凝土连续弯梁在使用阶段的最不利荷载效应,确定试验荷载的最不利位置,通过对试验梁的应力、挠度和裂缝的计算,为评价试验梁的承载能力提供理论依据。     

车辆荷载作用下连续梁桥动力响应仿真分析

为研究桥梁在移动车辆荷载作用下的动力特性和承载能力,以某连续梁桥为计算实例,采用大型通用有限元软件ANSYS建立了质量-弹簧的车辆模型和桥梁结构的有限元模型,用时程分析法分析了车辆荷载作用下连续梁桥的动力响应特征,着重探讨了车辆刚度、车辆质量、行车速度等车辆荷载因素对连续梁桥动力响应的影响规律,并提出相应结论.     

基于神经网络的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度研究（双语出版）

腐蚀与疲劳是影响斜拉桥钢箱梁服役可靠性的关键因素，为研究两者双重作用下斜拉桥钢箱梁服役期可靠度的衰退规律，开展了基于神经网络技术的斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳可靠度分析。首先，通过疲劳强度与钢材强度的关系以及腐蚀引起的钢材抗力衰变，得到了钢材腐蚀疲劳抗力时变模型。然后，通过基于均匀设计法的神经网络技术和非线性有限元方法进行斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠度分析。采用均匀设计法得到影响结构可靠性的基本随机变量的设计样本点，基于ANSYS求解样本点处疲劳荷载作用下的钢箱梁应力幅，通过神经网络得到钢箱梁构件的应力幅函数显式表达式。在建立腐蚀疲劳抗力和疲劳荷载效应时变模型的基础上，构建了斜拉桥钢箱梁局部连接细节腐蚀疲劳时变可靠度的显式功能函数，基于FERUM程序采用JC法计算斜拉桥钢箱梁腐蚀疲劳时变可靠指标。最后以苏通大桥为例，采用所提方法对钢箱梁局部连接细节服役期的腐蚀疲劳时变可靠度进行了计算，并进行了参数敏感性分析。结果表明：桥面板和U肋腐蚀疲劳可靠指标均随时间增加而减小，但桥面板腐蚀疲劳可靠指标衰退越来越快，而U肋腐蚀疲劳可靠指标则衰退越来越慢，桥面板腐蚀疲劳寿命不足100年。研究结果为斜拉桥钢箱梁服役期的运营维护提供了指导。     

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...     

异型曲线钢箱梁桥支座布置方式研究

为了研究支座布置形式对异型曲线钢箱梁桥支座水平反力的影响、提出对结构有利的支承布置方式,以一实际的异型曲线钢箱梁桥为例,采用有限元法建立精细的空间有限元模型,分析其在自重、二期恒载、温度作用和汽车活载等荷载下10种支座布置方式产生的支座水平反力。通过综合分析,提出较合理的支承布置方式,减小支座的水平反力,保证结构的安全使用,为类似异型桥梁的支座设计提供依据。     

有限元确定沟谷岸坡桥基位置的应用

高陡边坡桥基位置的确定,应遵循桥基荷载对地质体扰动最小的设计原则,即沟谷临空面最大应力影响系数趋于稳定时的桥基位置为最合理位置:先用有限元法计算桥梁布设前后边坡的应力场,求出桥基荷载作用下的应力影响系数,再计算沟谷临空面最大应力影响系数随桥基位置的变化曲线,当曲线趋于稳定时的桥基位置为最合理。通过FLG特大桥实例分析表明,计算结果与该区其他桥梁桥基位置的选择较吻合,验证了基于应力分析法确定高陡边坡的桥基水平安全距离是可行的。