损伤状态下悬索桥静动态响应的模型试验研究

面向健康诊断,设计制作了悬索桥结构整体试验模型.利用该模型,对悬索桥进行了加劲梁、主缆、吊索等基本构件的损伤状态模型试验研究.分析了损伤状态下,加劲梁挠度与应变、主缆应变、吊索应变、固有频率的变化规律.悬索桥结构各种响应对加劲梁损伤的敏感性很低,对加劲梁损伤位置的相关性也不明显.主缆损伤引起的悬索桥结构静动态响应变化最为明显,并且响应的变化对损伤位置和损伤程度都呈现良好的相关性.吊索损伤导致的悬索桥结构响应变化对损伤位置和损伤程度亦呈现良好的相关性.但导致的加劲梁挠度和应变变化幅度很小.     

基于斜拉索张力测定的斜拉桥健康诊断

应用试验校正的高精度三维有限元模型,对斜拉桥主梁结构损伤位置识别的斜拉索张力指标进行了研究。模拟12种可能的损伤情况,研究了基于斜拉索局部模态基频构造索张力指标的方法,索张力指标对各损伤情况下损伤位置的识别效果和对损伤程度的敏感性。结果表明,用斜拉索局部模态基频所构造的张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性和灵敏性,对模拟的12种损伤情况的正确识别率可达75%。该方法的突出优点是只需测量斜拉索局部振动模态的基频,就能获得较好的损伤识别效果,比其他面向损伤检测的测量容易得多。该方法可十分方便地推广应用于悬索桥加劲梁结构的损伤定位,具有较高的实用价值。     

混凝土曲线梁桥损伤识别干扰性分析研究

目前桥梁损伤识别主要采用曲率模态分析、振型曲率变化指标、结构固有频率变化、能量变化等方法理论,其中曲率模态分析法应用广泛,识别效果好。但是对桥梁结构同时存在多处不同程度损伤的识别效果并不理想;非结构损伤因素导致结构刚度变化对其识别结果的干扰性亦值得探讨。本文在基于曲率模态绝对差值理论的基础上,分析多处损伤识别的相互干扰性和非结构损伤因素导致结构刚度变化的干扰性,对该方法进一步优化完善。以云南大保高速某特大桥为依托工程,建立空间有限元模型,对该桥的损伤进行模拟分析。研究表明按模态振型幅值大小来优化损伤识别区段可以有效排除其干扰性,提高识别结果的准确性和可靠性。     

南京小龙湾混凝土自锚式悬索桥吊索张拉过程研究

不同于地锚式悬索桥,自锚式悬索桥先梁后缆的施工方式,使其张拉过程具有显著的可优化性。依托小龙湾自锚式悬索桥工程实例,对自锚式悬索桥张拉过程控制原则、控制目标进行了分析,在满足桥梁结构受力安全的前提下,尽量减少接长杆数量、索鞍顶推次数、千斤顶数量和张拉批次,以较少的人力物力财力和时间来完成吊索张拉方案。建立有限元模型,模拟分析小龙湾大桥张拉全过程,根据吊索张拉安全系数、桥塔及加劲梁允许最大压应力、最小拉应力等指标,提出适用于该桥的张拉控制方案。对比分析了成桥状态与张拉过程中吊索的最大索力,发现在跨中14~16号吊索索力较成桥状态索力有所增加,但均能满足张拉过程吊索安全要求。对吊索张拉过程中桥塔及加劲梁的应力变化规律进行了总结,发现在张拉14~17号吊索时,桥塔、加劲梁等混凝土构件应力发生显著变化。     

基于曲率模态的预应力混凝土损伤定位

采用曲率模态对预应力钢筋混凝土梁构件的损伤定位进行了研究,采用有限元方法计算出结构的位移模态.根据得到的位移模态利用差分计算得到曲率模态曲线.数值计算结果表明,曲率模态曲线能够对结构损伤进行识别定位.     

独塔自锚式悬索桥动力特性参数灵敏度分析研究

自锚式悬索桥以其优美的造型、良好的跨越能力、对桥址条件适用性强等优点,被广泛的应用于城市桥梁中。自锚式悬索桥的结构设计参数对其动力特性影响显著。为明晰其结构设计参数对自锚式悬索桥动力特性(振型、频率等)的参数影响规律,以某典型的独塔自锚式悬索桥为研究背景,基于有限元软件MIDAS Civil建立全桥空间有限元模型,采用子空间迭代法进行动力分析计算,研究了边跨长度比,恒载比率,主梁、主缆及吊索刚度等参数的变化对自锚式悬索桥基本动力特性的影响规律。结果表明:自锚式悬索桥整桥振型排列较合理,频谱分布密集;边跨比对独塔自锚式悬索桥主梁竖弯振型频率和主缆横弯振型频率影响显著;恒载比率对独塔自锚式悬索桥各阶模态振型频率影响显著,其中主缆一阶侧弯和主梁的一阶竖弯振型受恒载比率影响最为显著;主缆抗拉刚度的变化对主缆侧移振型频率,以及主梁竖弯振型频率影响较为显著,主缆抗拉刚度的增加有利于提高结构的整体刚度,可以一定程度上减小主缆水平拉力对主梁刚度的影响;吊索抗拉刚度对结构振型频率的影响基本可以忽略;自锚式悬索桥的竖向弯曲振型受主梁的抗弯刚度影响较大,主缆振动频率受主梁抗弯刚度影响较大,但当主梁抗弯刚度达到一定数值后,其对主缆频率影响减小。     

悬索桥吊索锈蚀的力学影响分析

悬索桥的吊索锈伤是影响悬索桥结构安全性和耐久性的关键因素之一。应用有限元方法研究了悬索桥在吊索锈蚀过程中结构响应的变化规律,提出并验证了锈蚀过程中主缆位移的弱相干性原理和吊索索力的相邻影响原理,即锈蚀吊索在吊索锈蚀过程中,除对自身吊点影响较大外,对非锈蚀吊点的主缆位移影响很小,对相邻吊索内力影响很大,而对非相邻吊索则不产生显著影响。对一座三跨钢筋混凝土加劲桁架悬索桥的模拟计算表明,单根吊索锈蚀时,运用该原理可以诊断锈蚀拉索的位置和程度;多根吊索同时发生锈蚀时,结构响应趋于复杂,主缆位移的影响可近似等效单吊索锈蚀影响的线性叠加,弱相干性仍然明显,而索力变化率最大的吊杆位置发生漂移,相邻性原理不再适用。     

大跨度悬索桥有限元建模策略和易损性分析

为描述大跨度地锚式悬索桥服役前结构性能,以湖南矮寨特大悬索桥为例,采用基于适度精细理念的建模策略建立有限元模型开展静力分析及动力特性计算,分析其静动力特性和易损性,为结构损伤识别及安全评定提供依据。     

基于小波分析的PC连续刚构桥损伤识别研究

为了深入对PC连续刚构桥的损伤识别进行研究,以小波变换为工具,结构曲率模态为信号,利用结构损伤前后的曲率模态小波系数差作为损伤识别指标,对一四跨PC连续刚构桥进行了损伤识别,研究并探讨了损伤识别指标在连续刚构桥单损伤、多损伤工况下的适用性。在单损伤工况下,损伤识别指标具有良好的敏感性和适用性,能够准确的定位损伤,并能根据损伤程度和损伤指标信息建立回归方程,对损伤程度进行估计;在多损伤工况下,随着损伤程度的增加,由于各部位特性受损伤的影响程度不同,采用整体识别时出现的伪信息,对结构损伤识别造成影响,因此提出对PC连续刚构桥进行基于损伤识别指标的分段识别方法,能有效的避免损伤识别中的误判和漏判现象。     

基于柔度矩阵的自锚式悬索桥主梁损伤识别研究

自锚式悬索桥的主梁具有梁—柱式受力特性,在运营阶段相对其他构件更容易出现损伤而造成安全事故.为保证结构的使用安全,该文以阳明滩大桥为背景,利用柔度矩阵损伤识别理论和有限元仿真分析对大桥主梁损伤识别技术展开研究.首先建立大桥完好状态下模拟实际的前4阶柔度矩阵,然后选择主梁4个典型损伤梁段形成具有不同程度损伤的6种损伤工况,并分别采用文中制定的矩阵对角线差MFD指标及其曲率MFDp指标对各工况进行损伤识别.识别效果表明:MFDp指标能够对全部工况进行准确识别,可用于大桥主梁损伤监控中.     

中央扣对悬索桥动力特性及短吊索车载激励响应的影响

为实现运营阶段中央扣对悬索桥动力特性及车载激励下短吊索响应影响的量化分析,进而为悬索桥设计及维养策略提供参考,基于已编制的车-桥耦合分析系统,引入制动惯性力及俯仰力矩模拟车辆制动力,建立了考虑车辆制动过程的车-桥耦合分析系统;以一座单跨地锚式悬索桥为工程背景,建立无、有中央扣2种缆梁连接体系的全桥空间有限元模型,研究中央扣对悬索桥动力特性及行车激励下短吊索缆梁相对位移响应的影响;采用建立的分析系统,考虑不同制动位置、初速度及减速度研究中央扣对短吊索制动激励响应的控制作用;考虑短吊索因缆梁相对错动产生的弯曲应力,建立车流激励下短吊索疲劳损伤的分析流程,研究中央扣对短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度的影响。分析结果表明：中央扣提高了悬索桥的纵飘及扭转刚度,改变了缆梁间的相对运动特性,减小了缆梁错动循环次数及位移幅值,可有效控制行车激励下60.3%以上的短吊索缆梁相对位移响应;考虑不同制动位置、初速度及减速度的取值,中央扣对短吊索缆梁相对位移幅值的减弱率可分别达92.9%、85.1%及85%以上,有效降低了短吊索制动激励响应对3个制动参数的敏感性;中央扣对随机车载下短吊索轴向应力幅值的影响较小,而对因缆梁相对错动产生的弯曲应力幅值影响较大,减弱了短吊索的等效疲劳应力幅值及疲劳损伤度,尤其是距中央扣位置最近的短吊索,疲劳损伤度降低了近71.4%;因此,中央扣可有效控制运营阶段悬索桥短吊索的车载激励响应。     

悬索桥静力仿真分析中敏感性参数研究

为实现大跨度桥梁仿真分析精细化的要求,在悬索桥结构分析理论的基础上,以某悬索桥为工程实例,建立了悬索桥结构的有限元分析模型,进行了悬索桥桥面线形变化的敏感性参数分析。研究结果表明,主缆刚度对桥面线形变化非常敏感,吊索刚度、加劲梁刚度、主塔刚度、混凝土容重对桥面线形变化相对不敏感;在结构有限元模型建模过程中,应对计算模型的参数取值进行修正,以提高有限元模型的计算精度;结构敏感参数分析是结构有限元模型修正的基础,对其进行有效地分析,具有十分重要的意义。     

三岔形单主缆人行悬索桥的设计探讨

针对鸡鸣三省大峡谷的三岔形河流地形,提出一种三岔形单主缆人行景观玻璃悬索桥的设计方案,三岔形单主缆悬挂在三个独柱桥塔之上,吊索体系悬挂带有中央圆环的三岔形桥面加劲梁,三岔形单主缆和三岔形桥面加劲梁均为稳定的三角形结构形式,具有良好的空间刚度。结合实际工程,进行工程参数设计,建立MIDAS有限元分析模型,进行静力分析和动力模态分析研究,验证三岔形单主缆人行悬索桥的结构合理性。     

基于曲率模态振型进行梁式桥损伤识别研究

以刚架桥为具体研究对象,根据曲率模态振型,对刚架桥的损伤识别进行数值仿真研究。利用刚架桥损伤前后的曲率模态振型变化对刚架桥的损伤进行定位识别,探讨曲率模态振型用于刚架桥在不同损伤情况,以及不同损伤程度下的损伤识别诊断能力。数值仿真结果表明,曲率模态振型是梁式桥结构损伤识别的敏感标示量,可以对刚架桥的损伤进行识别。     

基于位移模态四阶导数的梁结构损伤识别

结构损伤识别一直是工程界关注的热点问题,针对混凝土梁结构的动力损伤识别,提出了利用位移模态的4阶导数进行损伤识别的新方法。通过有限元建模和分析,对钢筋混凝土梁进行损伤识别和算例仿真,从而验证这种方法的敏感性和可行性。研究结果和分析算例表明：利用位移模态4阶导数分析,对结构单处损伤、多处损伤以及对不同的损伤程度都能有效识别,而且不需要结构损伤前的模态参数,显示了该指标检测损伤的优越性和有效性。     

润扬大桥悬索桥长吊索更换技术研究

为了对悬索桥服役期间损坏的长吊索进行快速更换,依托润扬大桥南汊悬索桥1对长吊索火灾后紧急更换的工程案例,结合既有吊索锚固构造,设计一种悬索桥长吊索更换装置,开发传统吊索更换须在吊索无应力状态下拆除转换为吊索在有限应力而销轴无应力状态下拆除的吊索更换技术。详细介绍施工过程及施工关键步骤,并采用ANSYS建立全桥有限元模型,对吊索更换过程中的7个关键施工步骤进行仿真模拟,分析更换过程中待更换吊索索力、相邻吊索索力、主缆竖向位移、加劲梁竖向位移等指标的变化趋势。同时,对不中断交通情况下的施工全过程进行监控,实测施工过程中分级张拉临时吊索,安装新吊索、拆除临时索等工况的相应吊索索力以及临时吊索索夹与永久吊索索夹的相对滑移。研究结果表明：实测值与模拟值变化趋势基本吻合,验证了施工方案的合理性;该桥长吊索的成功更换,验证了所开发的吊索更换装置的可靠性,不仅完成了在不中断交通情况下的吊索更换,而且还实现了对悬索桥既有状态干扰最小的目标。     

大跨悬索桥的车速敏感性分析

以澧水特大悬索桥为工程背景,将55T重车考虑为移动荷载,利用有限元建模研究了单辆55T重车匀速过桥时桥梁结构的动力响应,包括加劲梁、主缆及吊索的动力响应,并讨论了车辆移动速度对悬索桥结构动力响应的影响,指出桥跨不同位置构件对车速的敏感程度不同,为悬索桥的运营管理提供了参考。     

大跨径悬索桥缆索体系抗火设计研究

以某运营的大跨径悬索桥为工程依托,建立其热-结构分析全桥模型,将随温度变化的钢材热工参数赋予给模型中的主缆和吊索,利用油罐车燃烧升温曲线模拟桥梁上油罐车燃烧放热,计算获得了主缆和吊索高温瞬态温度场。根据热-结构耦合理论计算得到桥梁主缆和吊索随时间变化的应力和抗拉强度变化特征,获得悬索桥主缆和吊索在油罐车燃烧下的破坏时间。为提高桥梁缆索体系的抗火能力,在缆索体系处设置耐高温的防火涂料,计算对比不同厚度防火涂料作用下主缆和吊索的瞬态温度场变化规律,获得了悬索桥缆索体系防火涂料的填涂厚度和吊索抗火设计的防火高度。     

空间缆索悬索桥吊索断裂时的强健性分析

悬索桥吊索是整个结构较为薄弱的位置,吊索突然断裂对相邻吊索存在巨大冲击,内力在短时间内迅速增大,存在破坏的风险,从而影响整个桥梁结构安全。依托空间缆索悬索桥宝塔坪特大桥,在有限元分析软件ANSYS中建立结构空间模型,采用杀死单元的方式使特定位置的吊索退出工作。考虑结构阻尼的影响,进行瞬态非线性时程分析,研究空间缆索悬索桥不同位置、不同数量吊索断裂时,相邻吊索瞬时内力响应情况以及整个结构的强健性。结果表明:单根吊索断裂时,对左右两侧相邻3根吊索的内力扰动较大,更远处的吊索在内力重分布平衡之后,其内力值变化很小;吊索断裂位置越往跨中靠拢,相邻吊索的损伤动力响应越大,结构破坏风险以及安全隐患越高;跨中同侧连续两根吊索同时断裂时,相邻吊索的瞬时损伤动力超过吊索的破断力,断索瞬间有一定概率导致相邻吊索也发生断裂,进一步可能引起邻近吊索依次连续断裂,最终导致结构破坏。因此有必要在跨中短吊杆处设置中央扣或者采用刚性短吊杆,防止跨中短吊杆疲劳破坏,达到提高结构强健性的目的,同时有必要加强跨中短吊索的疲劳检测频率。     

基于振动特性的三塔悬索桥主缆损伤识别研究

该文对三塔两跨悬索桥进行健康监测和损伤识别。首先对有限元模型进行结构动力特性分析,然后计算主缆各点以相对模态柔度为基础的损伤指数和模态柔度差值,最后分析了损伤曲线的损伤分布规律,并得到主缆最易发生损伤的部位。结果表明:在横向振型的特性下,悬索桥主缆容易在中塔部位发生损伤,在面内振型的特性下,主缆损伤处易向跨中偏移。得到结论:以相对模态柔度为基础的面内损伤指数对主缆某些损伤工况能够较好识别,而面内模态柔度差值的主缆损伤规律和横向模态柔度差值的主缆损伤规律对中塔呈对称分布。