基于支持向量机的斜拉桥应力可靠度分析

针对斜拉桥应力可靠度分析过程中功能函数难以显式表达的问题,基于支持向量机法,根据可靠度理论得到了基于支持向量机的桥梁可靠度分析方法。以国内某斜拉桥为工程实例,建立了该桥斜拉索应力极限状态方程以及主塔应力极限状态方程,通过基于支持向量机的桥梁可靠度计算方法,得到了该桥斜拉索的应力可靠度以及主塔应力可靠度。结果表明：越靠近斜拉桥的主塔,斜拉索的应力可靠度指标越大;主塔与主梁相接位置的上部可靠度指标呈现递增趋势,距离主塔与主梁相接位置越远,主塔单元的可靠指标越大;主塔应力可靠度指标的最小值出现在主塔与主梁相接位置上部第1个单元,主塔与主梁相接位置下部各单元的可靠指标均较大。     

曲线梁桥最大悬臂施工状态下的可靠性分析

对一座73.0 m 110 m 73.0 m三跨预应力混凝土连续曲线梁桥在最大悬臂施工状态下的主梁抗倾覆整体失稳可靠度进行了分析.计算结果表明,梁体的抗倾覆稳定性满足安全性要求.建立了直桥模型(忽略平曲线)并与实际计算模型相比较.通过比较分析可知,桥梁平面曲线对梁体抗倾覆稳定性的影响十分显著,忽略曲线的影响会导致计算结果不安全.通过对随机变量在不同变异系数下可靠指标的计算可知,临时固结措施中的钢筋与永久墩之间距离的变异系数对可靠指标的影响较其他随机变量尤为重要.     

重载铁路水泥改良膨胀土工程特性与路用性能

为了探究重载铁路水泥改良膨胀土路基填料的工程特性及路用性能,采用室内动三轴试验、微观结构试验、路基原位动力试验相结合的方法,揭示了膨胀土掺入水泥3%～5%改良前后静态指标与动态指标的变化特征,分析了水泥掺量5%和3%改良膨胀土分别用作重载铁路基床底层及以下路堤填料建设期的工作性能,评估了服役期列车动载作用下路基的动力稳定性. 研究结果表明:膨胀土掺入3%～5%水泥改良后,强度提高同时胀缩性显著降低,水稳定性提高3～4倍;相比重塑素膨胀土,水泥掺量3%～5%改良膨胀土临界动应力提高5～6倍;检测路基压密程度与强度指标满足规范且有较大富裕,监测路基中线地基沉降在铺轨前处于稳定状态;原位动力测试表明列车动载作用下路基的动应力沿深度逐渐衰减,在基床表层与基床底层范围内最大衰减量分别可达40%和80%以上,动应力影响深度是基床设计厚度的1.4～1.8倍,动应力影响深度范围内路基的动应力值远小于同位置填料的临界动应力,运营期路基动力稳定性满足安全服役要求. 研究成果能够为重载铁路水泥改良膨胀土路基精细化建设养修提供理论参考.      

薄层沥青混凝土在桥面铺装中的力学响应

采用ABAQUS有限元分析软件,建立水泥混凝土箱梁桥与工字梁桥三维整体有限元模型,分别研究了不同厚度薄层沥青混凝土铺装层在车辆荷载和温度荷载作用下的力学响应,以及铺装层自重对桥梁结构内力的影响。研究结果表明:在车辆荷载作用下,铺装层厚度由4cm增加至12cm时,箱梁桥与工字梁桥铺装层最大竖向剪应力分别增长了约72%与40%,因此,薄层铺装能够降低层内竖向剪应力水平,有利于缓解车辙病害的发展;在温度荷载作用下,铺装层厚度对层内拉应力及层底剪应力的影响并不明显,力学指标基本处于同一水平;在重力荷载作用下,厚度为4cm的薄层铺装相对于12cm的铺装层能够分别降低箱梁桥桥体内部最大Mises应力及最大主拉应力19.62%与17.70%,而对于工字梁桥而言,能够分别降低应力水平13.79%与10.16%,从而改善了桥梁结构受力状况。可见,薄层沥青混凝土应用于桥面铺装具有良好的力学可行性,在综合考虑环境与材料性能的基础上可在实际工程中推广应用。     

公路规则梁桥地震易损性模型及简化计算方法

为了快速评估桥梁结构达到特定损伤状态的概率,基于非线性动力时程分析结果,建立了公路规则梁桥地震易损性模型并提出了简化计算方法.依据不同上部结构支承形式、墩柱形式和设计规范,将公路规则梁桥细化为8种桥型,针对每种桥型分别建构了80个基准桥梁样本作为各类桥型代表.选择墩柱和支座作为桥梁的易损构件,确定桥梁墩柱和支座在不同损伤状态下对应的参数能力范围.用OpenSees建立桥梁样本的有限元模型,采用增量动力分析方法,分析得到各类桥梁的全桥系统地震易损性模型.以计算得到的易损性模型参数为样本,提出适用于我国公路规则梁桥的中位值简化计算公式,同时给出对数标准差的建议值.研究结果表明:对于规则梁桥中位值,双柱式梁桥相对单柱式梁桥增大17%、新规范相对旧规范增长7%、连续梁桥相对简支梁桥增大8%;简化公式计算结果与分类易损性模型吻合较好,均方误差和均方根误差分别为5.26%和5.95%,最大绝对误差10.58%.      

既有结构时变可靠度预测模型及计算方法研究

在复杂环境与荷载作用下,桥梁的抗力会随着时间的推移而退化,可靠性降低,导致桥梁提前破坏,这关系到桥梁耐久性、适用性和安全性问题。准确评估桥梁的安全状况,为桥梁管养部门在维护、维修和修复等方面及时提出合理建议措施,意义重大。文章首先建立了Gamma随机过程抗力退化模型与泊松（Poisson）随机过程荷载模型。在此基础上,基于抗力和荷载效应相互独立的基本假定,使用条件概率公式,严格得到了结构失效概率计算表达式,并提出了一种改进的时变可靠度Monte Carlo计算方法,最后用Matlab语言编制了相应计算程序。作为一个应用算例,利用文章所建立的双随机过程模型和可靠度计算方法,分析了某现钢筋混凝土T型梁桥服役20 a的抗力可靠度衰减规律。与传统的时变可靠度计算方法相比,本文方法不但可行、有效,而且效率高。另外,以腐蚀机制下的桥梁抗力退化模型为例,预测得到桥梁在后30 a时的失效概率以及可靠指标。     

超载对RC梁桥疲劳可靠性的影响分析

基于传统的用于疲劳可靠性分析的累积损伤模型和英国BS5400规范中标准疲劳车,以某钢筋混凝土梁桥为背景,研究了车辆超载对钢筋混凝土梁桥疲劳可靠度的影响和车辆超载与交通量增长同时作用下该钢筋混凝土梁桥疲劳可靠度的时变规律。研究结果表明：在相同的使用寿命情况下,超载水平越高,细节的疲劳可靠度指标越低,发生疲劳失效的概率相应也越大;同时考虑超载与交通量增长将大大缩短桥梁的疲劳寿命。与只考虑超载情况相比,服役后期细节的疲劳可靠度指标将急剧减小,桥梁在设计基准期内发生疲劳破坏的风险将显著增加。     

在役钢筋混凝土T梁桥时变可靠度分析

在役期间的桥梁在荷载和环境侵蚀(如钢筋锈蚀)等因素的影响下,结构可靠度会随着在役时间的延长而降低。建立结构抗力时变概率模型和荷载效应概率模型,构建桥梁结构功能函数,基于Matlab分别采用一次二阶矩法、JC法和Monte Carlo法实现可靠度计算。以一座4×20m在役钢筋混凝土简支T梁桥为例进行时变可靠度分析,结果表明:该桥在服役15a后的结构可靠度大于规范目标可靠度要求,在服役70a左右的时候达到目标可靠度。     

宽幅装配式T梁桥荷载试验及横向分布分析方法研究

为了解决宽幅装配式T梁桥荷载横向分布系数计算问题,以一座跨径为3×20m宽幅装配式T梁桥为依托,采用刚接梁法、修正偏心压力法、G-M法和梁格法四种方法分别计算其主梁的影响线和荷载横向分布系数,分析桥梁结构的横向受力规律及荷载横向分布系数计算方法的适用性,并与该桥荷载试验实测值进行了对比,结果表明:刚接梁法和G-M法计算结果与实测值相比误差小,最大误差仅为4. 5%,而修正偏心压力法其相对误差较大,故推荐使用刚接梁法或G-M法计算宽幅装配式T梁桥荷载横向分布系数。     

基于评估基准期的既有梁桥时变可靠度评估方法

针对基准时间参数不断变化的特点和各要素时间轴相统一的内在要求,开展基于评估基准期的时变可靠度评估研究。指出时变可靠度分析中抗力、荷载效应、目标可靠指标都是评估基准期的函数。基于等超越概率准则,建立了评估基准期的迭代求解方法;采用活载效应修正系数,建立了给定评估基准期内的车辆荷载效应模型;基于年失效概率相等准则,建立了给定评估基准期的目标可靠指标计算方法。引入材料退化模型,形成了在役RC梁桥剩余寿命分析技术。分析表明,所建议方法能够与现行可靠度标准体系相匹配,实用性较高。     

基于可靠度理论的桥梁评估

基于桥梁评估的现状,介绍了桥梁评估的研究成果,阐述了桥梁的可靠度理论的概念、基本参数以及结构可靠度的各种计算方法.从可靠度方面,对某预应力混凝土T梁桥分别利用一次二阶矩中心点法和改进的一次二阶矩法求得可靠性指标,进行安全性评估,并且通过可靠度计算结果对不同计算方法加以对比,并对可靠度理论加以分析.     

简支变连续预应力混凝土梁桥徐变效应研究

为研究简支变连续预应力混凝土梁桥的徐变效应,以《交通部通用设计图》(2008版)中的30 m预制T梁为算例,采用MIDAS Civil建立有限元仿真模型,分析徐变对30 m简支变连续T梁桥的影响。在此基础上,研究其跨径、徐变计算模型、梁体截面形式、一联孔数对徐变效应的影响。结果表明:徐变对简支变连续梁桥负弯矩区受力有利,但不利于正弯矩区受力;徐变计算模型不会影响徐变效应变化趋势,仅会改变其大小和发生时间;T梁桥与小箱梁桥的徐变效应具有不同变化规律; 30 m T梁4～6孔一联各截面产生的徐变效应较为接近,而3孔一联的徐变效应与前三者相差最大约40%。     

基于IDA的自锚式悬索桥地震易损性分析

自锚式悬索桥作为一种高次超静定的柔性结构体系,现行规范仅给出抗震设计原则且相关易损性研究较少。以三塔自锚式悬索桥为研究对象,建立结构有限元动力模型,基于PEER强震数据库选取了10条地震动记录,采用增量动力分析(IDA)方法建立了桥墩、支座、桥塔及吊索构件的顺桥向地震易损性曲线,运用一阶可靠度理论建立桥梁系统的易损性曲线。研究结果表明:顺桥向地震波作用下桥墩、支座发生损伤的概率较高,构件损伤概率从易到难依次为支座、P_1、P_5桥墩、吊索、边塔、中塔;在不同损伤指标下结构整体损伤概率明显高于构件损伤概率。     

混凝土超方对悬浇箱梁桥的影响研究

为探讨箱梁混凝土超方对悬臂浇注混凝土梁桥力学行为的影响,推导了由箱梁顶底板超厚引起的截面积增量数学表达式及考虑截面特性变化后的容重修正计算公式,分析了不同混凝土超方量对悬浇箱梁桥最大悬臂状态下的主梁变形及截面应力影响。结果表明：悬浇箱梁桥混凝土超方主要发生在主梁顶板与底板;混凝土超方将改变箱梁截面的抗弯刚度,根据面积的变化来计算容重的变化对结构的影响更加精确;超方对主梁截面的应力与变形均有着不同程度的影响。     

基于支持向量机的桁架桥可靠度评估

针对桁架桥结构极限状态方程一般难以显式表达的特点,提出基于支持向量机的桁架桥可靠度评估方法。通过抽样,采用桁架桥有限元计算,利用支持向量机的非线性映射和泛化能力,建立随机变量与结构响应之间的函数关系,模拟结构极限状态方程,采用优化算法计算桁架桥可靠指标。研究表明:该方法对于评估桁架桥可靠度具有较高的计算精度,但随车辆荷载随机变量的离散性增加,桁架桥的失效概率显著增大。     

考虑两类不同随机应力时的构件疲劳可靠度计算模型

提出了一种随机应力时间历程作用下构件疲劳可靠性分析的新模型。该模型首先根据材料的P-S-N曲线,并考虑构件疲劳强度影响因素的随机性,在给定不同等幅名义应力水平下进行构件的疲劳可靠性分析,计算给定等幅名义应力下构件的疲劳可靠寿命,从而得到构件的P-S-N曲线。然后利用概率Miner准则和构件的P-S-N曲线求得在随机应力时间历程作用下构件的疲劳可靠寿命和给定寿命下构件的疲劳可靠度。     

考虑流凌效应的大跨径梁桥最大悬臂施工状态作用响应分析

内蒙古包树黄河特大桥工程在黄河凌汛期恰好处于最大悬臂施工阶段,为保证其安全度汛,对此种不利工况进行作用响应分析及安全性验算.采用计算土弹簧刚度来模拟桩-土摩阻效应,并采用Maxwell模型以模拟墩顶新型粘滞阻尼器的墩梁位移效应,建立了该桥最大悬臂施工阶段数值仿真模型.在流凌期间实测流冰荷载、洪水荷载及风载等作用组合下,计算分析了该桥最大悬臂阶段桥墩和主梁的线形变化和受力特性.结果表明,流冰荷载单独作用对该桥最大悬臂阶段桥墩和主梁线形和内力影响有限,同时在各荷载工况下桥墩及主梁线形和内力均满足桥梁监控要求.     

重载交通下半刚性基层路面荷载敏感性试验及对策措施

应用Shell法的BISAR程序,计算不同轴重条件下半刚性基层各层的层底拉应力,并分析重载作用下路面疲劳寿命的相对降低趋势,在此基础上分析基层模量和基层厚度对路面疲劳性能的影响,提出了重载道路路面结构设计应优先增加基层厚度的观点。     

缺损钢筋混凝土梁桥模糊可靠性评价模型

结合模糊评价理论、层次分析法以及概率可靠度方法,建立了钢筋混凝土梁桥缺损状况模糊可靠性评价模型。通过建立模糊评价集,确定项目层、指标层模糊评价因素集和模糊评价因素权重集,构造概率型判断矩阵,经加权平均值法计算,得到梁桥缺损状况模糊评判得分,以目标可靠指标和最低可靠指标为界,将模糊评判得分转换为模糊可靠指标,实现在役梁桥缺损状况的模糊可靠性评价。采用该方法对一座使用25年的多跨简支钢筋混凝土梁桥进行评价,得到模糊可靠指标为3．769,满足最低可靠指标要求,与桥梁实际状况相符,表明该方法可行。     

采用墙式整体桥台的无缝桥受力特征

建立了考虑桥台-土相互作用的墙式整体桥台无缝桥的空间有限元模型,采用实测数据验证了模型的准确性;分析了不同荷载工况下主梁与桥台的受力特征,研究了温度、台后填土密实度与桥梁跨径对桥梁受力特征的影响。研究结果表明:与同等跨径简支梁桥相比,墙式整体桥台无缝桥受力最不利主梁的跨中弯矩降低了20%~40%,跨中与梁端弯矩之和降低了约28%,说明主梁内力分布比较均匀,结构纵、横桥向整体性增强;桥台顶部存在较大的弯矩和剪力,桥台变形比较复杂;墙式整体桥台无缝桥的内力和变形受温度作用的影响较为明显,且梯度升温与整体降温在梁端产生正弯矩,梯度降温与整体升温在梁端产生负弯矩,因此,设计过程中对于不同的构件应选用合适的荷载工况;台后填土密实度由松散变化至密实时,整体升温或降温作用下主梁梁端和跨中弯矩变化幅度小于5%,桥台变形幅度小于9%,说明台后填土密实度对主梁弯矩和桥台变形的影响较小;当桥梁跨径由6m增加至13m时,桥台顶部弯矩增加了1.781倍,桥台内力随跨径的增大而快速增大,因此,在墙式整体桥台无缝桥梁的设计时,建议最大跨径不超过10m,以控制桥台在正常使用极限状态下的混凝土裂缝宽度。