三维激光扫描技术在大型桥梁结构健康监测中的应用研究

为了方便准确实现对越江大型桥梁结构几何参数的测量,提出一种基于三维激光扫描技术的非接触性测量方法,该方法现场利用三维激光扫描获取点云数据,后期使用点云数据建立三维模型,从而获取待测几何参数。介绍了三维激光扫描技术现场采集以及数据处理的原理以及测量方法,并使用该技术对越江大型桥梁的高墩垂直度、悬索桥主缆线形、吊杆拱桥拱肋线形进行了测量,证明了该技术应用于大型桥梁几何参数测量中的优势。     

外倾角对异形空间组合拱肋拱桥受力性能影响的研究

洛阳瀛洲大桥主桥中跨为跨径120 m的异形空间组合拱肋中承式钢管混凝土拱桥,运用MIDAS/Civil软件建立了该桥的三维有限元整体计算模型.在成桥状态下,分析了不同外倾角对异形空间组合拱肋拱受力性能的影响.分析结果表明,拱脚处几乎不受外倾角变化影响,外倾角的变化对副拱肋的影响较主拱肋大,且随着外倾角的增大使得拱肋部分整体刚度减小.结论可为异形空间组合拱肋拱桥的设计与施工提供参考.     

钢管砼拱桥施工及成桥阶段拱肋静力分析

拱肋是钢管砼的主要受力结构,文中介绍了该拱桥的施工过程,通过Midas有限元程序建立钢管砼拱桥的空间计算模型,对钢管砼拱桥进行施工及成桥阶段拱肋的静力分析,分析了拱肋的位移、应力等随施工阶段变化的规律,并对该桥在施工及成桥阶段的力学行为进行了研究。     

大跨度拱桥矩形拱肋静风阻力研究

针对拱桥矩形拱肋静风阻力传统计算方法的不足,给出更合理的拱肋阻力计算方法。采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法及流场显示技术,计算分析二维拱肋截面阻力系数与三维曲拱肋阻力系数,并对某实际大跨度拱桥的缩尺模型进行风洞试验,分节段测试其静风阻力。结果表明:高宽比对阻力系数影响不明显;阻力系数随拱肋间距比的增大存在跳跃现象,对二维拱肋截面该跳跃区间为3S/H4,对三维曲拱肋为1.5S/H2;按三维拱肋阻力系数计算的静风阻力最接近该桥试验结果,若按二维拱肋截面阻力系数计算将明显偏小,而按规范方法又过于保守。建议在工程设计中采用三维曲拱肋阻力系数进行静风计算。     

拱肋外倾角对异形空间拱桥受力的影响

以建设中的九堡大桥主桥为背景,研究外倾式拱桥的拱肋处于不同倾斜角度时对结构受力产生的影响。采用ANSYS建立该桥三维有限元模型,计算在仅有恒载作用时主拱肋外倾角分别为0°、5°、12°、20°四种工况下该桥各部分的受力,并分析在成桥状态下该桥的第1类稳定问题。分析结果表明:主拱肋外倾角变化对主、副拱肋,主梁以及主、副拱肋间连杆的内力影响较大;当主拱肋外倾角在5°和12°时结构稳定系数明显高于其他情况;主拱肋外倾角由0°增加到20°时,结构第一阶失稳模态均为拱肋体系的整体弯扭失稳。     

斜靠式异型拱桥体系振动特性分析

平顶山市湛河桥是一座斜靠式异型混凝土箱肋拱桥,该桥内拱外倾、外拱内倾,组合拱肋与系杆、横梁组合成空间结构体系。采用Midas／civil有限元分析软件,建立该桥梁空间有限元计算模型,对桥梁进行空间振动特性分析计算,得到桥梁前15阶振型。计算结果表明：该种桥型横向刚度较竖向刚度弱,桥梁低阶以拱肋横向振动为主。     

拱肋倾角变化对斜靠式拱桥动力性能的影响

以平顶山市城东河路湛河桥主桥为工程背景,采用有限元软件MIDAS/Civil建立该桥的空间有限元计算模型,分6种设计方案研究了拱肋倾角变化对斜靠式拱桥动力性能的影响。计算结果表明,主拱肋倾角和稳定拱肋倾角的变化都对斜靠式拱桥自振频率影响较大,桥梁低阶自振频率随着拱肋倾角的增大而增大,但主拱肋倾角一旦超过1°后,桥梁第6阶以后的高阶自振频率相反会减小。计算结果可为斜靠式拱桥的设计提供参考。     

基于点云模型的桥梁构件形态变化趋势识别与分析

为准确识别桥梁运营期间关键构件的几何形态及其变化趋势,提出一种基于点云模型的构件形态识别方法。该方法利用激光扫描与点云模型拼接技术,建立运营期间桥梁结构的精细化三维数字模型,通过对构件的时空变化趋势进行跟踪,进行桥梁结构力学现状的判断及发展趋势的预测。以7座独柱墩桥梁的倾覆评估为例,采用三维激光扫描得到的点云模型,识别各桥支座转角、主梁相对支座侧移及整体结构行为变化,并通过2年跟踪得到主梁侧向倾覆的趋势。识别结果与常规检测数据及外部荷载特征一致。该方法可实现桥梁构件几何形态的远距离识别和整体结构行为变化的快速跟踪,为桥梁的安全预警提供合理依据。     

飞燕式钢管混凝土系杆拱桥参数分析与线形控制

对影响结构的参数进行有效识别是拱桥施工控制的重点。该文结合秋湖里飞燕式钢管混凝土系杆拱桥工程实例,利用有限元软件Midas/Civil进行计算分析,对主拱肋混凝土重度、温度、刚度及系杆索力影响参数进行了分析。得到了各设计参数变化时对主拱肋成桥线形、应力及拱脚水平推力的影响程度,为秋湖里飞燕式钢管混凝土系杆拱桥施工监控提供了参考。现场线形监测结果表明:该有限元模型有效性较高,主拱肋线形控制良好。     

三维激光扫描技术在城市古桥保护中的应用探讨——以渭源灞陵桥为例

随着科技的发展,三维激光扫描技术在对建筑物进行数据采集工作中体现出一定优势.甘肃省渭源县灞陵桥是全国独一无二的纯木质伸臂叠梁拱桥,因其高超的建构艺术和科学价值而久负盛名.以渭源县灞陵桥为例,基于三维激光扫描技术对古桥进行点云数据的采集与处理,并依托点云数据对该古桥的数字化保护进行应用与探讨.     

外倾式空间组合拱桥的施工监控

中山市长江北路大桥是一座非对称外倾拱肋的组合拱桥,它是由倾斜钢拱肋、曲线钢箱梁和倾斜吊杆组成的空间组合结构.为了确保该桥在施工过程中的安全,该文建立了空间有限元模型对该桥在施工过程中结构的变形和受力状态进行了模拟分析计算,并介绍了通过对拱肋变形、控制截面的应力和吊杆索力的施工监控,使该桥建成后的线形和受力状态满足设计要求.     

拱肋施工偏差对斜靠式拱桥力学性能的影响

采用MIDAS/Civil软件建立某斜靠式拱桥空间有限元计算模型,通过改变内外拱肋的倾角来考虑拱肋施工可能出现的偏差,分10种工况计算该桥在恒载和恒载 活载作用下的桥梁稳定系数和拱肋位移。计算结果表明,改变内外拱肋间的倾角对该桥稳定性系数影响较小,但对拱肋位移的影响较大。随着内拱肋的倾角由外向内改变,拱肋顶部横向位移逐渐加大,特别是当内拱肋偏过竖直位置向内倾时,拱肋顶部横向位移增幅显著。     

单肋对角斜跨拱桥受力性能分析

采用双重非线性的分析方法,运用大型有限元分析软件Ansys,对一座单肋对角斜跨桥的受力性能进行了分析.实现了桥梁受力全过程分析,并探讨了初始缺陷以及截面厚度变化对单肋对角斜跨拱桥受力性能的影响.结果表明:在满跨均布活载作用下,拱肋的破坏始于L/6和5L/6截面的屈服,拱肋逐渐由无铰拱转变为三铰拱进而失去承载能力;拱轴线的面内初始偏移对单肋斜跨拱桥的极限承载力影响不明显;拱脚截面加厚是提高单肋斜跨拱桥极限承载力的有效措施.     

异形斜杆三连拱桥受力性能及稳定性分析

异形斜杆拱桥在设计阶段结构参数均为理想值,施工过程中,施工机械以及材料堆积会对主梁及拱肋等产生荷载作用,运营过程中,钢材的弹性模量会受到温度和周围介质的影响及自身因素的影响发生变化,为全面了解异形斜杆拱桥结构的受力特点,需要在结构参数变化时,对其力学性能的变化规律进行一定的分析和了解。以陕西某特大桥主桥设计方案为背景,借助有限元计算软件Midas/Civil建立了该桥空间有限元模型,研究了异形斜杆三连拱桥主梁及拱肋在不同结构参数下对主梁位移、主拱肋轴力、吊杆索力等的影响,同时分析了在成桥状态下仅有恒载作用时,主拱肋外倾角分别为0°、8°、16°、24°共4种工况下的该桥第1类稳定问题,证明了主拱肋外倾角度选择的合理性,为以后同类桥梁的设计、施工及后期检测提供参考。     

飞鸟式钢管混凝土拱桥自振特性的模态分析

采用大型通用有限元程序对一座在建的三跨连续自锚（飞鸟式）钢管混凝土系杆拱桥建立了空间力学计算模型，采用模态分析方法对桥跨结构的自振特性进行了分析，计算了桥梁前16阶的自振频率，得出了该桥成桥后振动形态的基本特征。通过参数对比分析，得出了矢跨比及拱肋刚度对拱桥自振性能的影响规律。     

桥道系对中承式钢管混凝土拱桥地震响应的影响

针对浙江某跨径308 m中承式钢管混凝土拱桥的特点,建立了精细的有限元计算模型并分析其模态特性及其在地震动作用下,桥道系的参与以及桥道系刚度、质量变化对拱桥位移、内力的影响。分析表明：对于大跨度中承式钢管混凝土拱桥的地震响应,桥道系的影响不容忽视,桥道系刚度、质量变化对拱肋的影响不同,拱脚附近截面内力对桥道系刚度的变化最为敏感。     

下承式系杆拱桥施工阶段受力特性研究

为研究某下承式系杆拱桥在施工阶段的最不利受力状态,采用空间有限元分析软件Midas civil,模拟实际施工流程,对其施工阶段的受力特性进行计算与分析。介绍了该桥在施工阶段有限元模型的建模要点,分析了吊杆索力、拱肋的应力、变形等随施工阶段变化的规律,针对薄弱部位给出了相应改善建议。结果表明,由于拱肋外倾,内侧吊杆索力远远大于外侧吊杆索力,且最大值均发生在最终施工阶段;在最初施工阶段,拱脚处截面左缘受拉、右缘受压,拱顶处截面左缘受压、右缘受拉;拱肋横向位移对拱肋的变形起控制作用,大于竖向位移的影响。分析计算结果可以为本桥及类似拱桥的施工分析提供参考。     

基于虚拟激励法的大跨度斜拉拱桥随机响应

通过建立空间结构有限元模型,利用一种计算效率很高的随机振动理论—虚拟激励法对大跨度斜拉拱桥的随机振动地震响应进行了研究。将该桥的动力特性以及由施加于该桥纵向激励、纵＋竖向激励、横＋竖向激励、纵＋竖＋横向激励所得到的随机振动地震响应,与相同跨径的钢管混凝土拱桥进行对比分析,可以得到：大跨度斜拉拱桥中斜拉索的存在改善了主拱肋拱脚附近的受力,提高了拱桥的抗震性能。     

基于虚拟激励法的大跨度斜拉拱桥随机响应

通过建立空间结构有限元模型,利用一种计算效率很高的随机振动理论-虚拟激励法对大跨度斜拉拱桥的随机振动地震响应进行了研究.将该桥的动力特性以及由施加于该桥纵向激励、纵 竖向激励、横 竖向激励、纵 竖 横向激励所得到的随机振动地震响应,与相同跨径的钢管混凝土拱桥进行对比分析,可以得到大跨度斜拉拱桥中斜拉索的存在改善了主拱肋拱脚附近的受力,提高了拱桥的抗震性能.     

外倾式拱桥稳定性多参数优化研究

以某外倾式拱桥为工程背景,建立全桥空间有限元计算模型,分4个工况计算了该桥的稳定安全系数,通过改变拱肋外倾角度、拱肋刚度、端横梁刚度以及吊杆布置形式,计算了不同设计参数下结构在“恒载”工况以及“恒载＋活载”工况的失稳特征值。结果表明：拱肋的刚度对稳定性起着决定性作用;吊杆的布置形式只改变拱肋的面内刚度,对于面外刚度没有影响。