面向缆索危险的缆索承重桥梁健康监测系统研究

健康监测系统日趋庞大的预算将招致桥梁管理者的反感,因此,在一定的预算范围内如何做到有效的监测成为健康监测系统研究的重点。针对诸多健康监测系统偏离结构固有特点这一情况,阐明健康监测系统必须建立在对结构危险性进行调查和分析的基础上,只有这样才能够获得性价比最高的健康监测系统。缆索承重桥梁的主要受力构件是缆索体系,因此这类桥梁的健康监测系统重点在于监测缆索体系的危险,也就是说需要建立面向缆索危险的健康监测系统。分别对斜拉桥及悬索桥这两种典型的缆索承重桥梁进行了较为简要的危险性调查和结构分析,从这些分析中我们可以获得:(1)缆索体系可能出现何种危险;(2)缆索出现危险的概率及程度;(3)缆索危险所带来的后果;(4)缆索危险所体现出来的结构响应。通过这些分析我们可以选择发生概率高、危害性大的危险来优先进行监测,可以根据危险所体现出来的结构响应进行测点布置或者对结构响应微小的危险进行定期巡检。     

缆索协作体系桥梁静力特性研究

缆索协作体系是一种融合了悬索桥和斜拉桥优点的新型缆索承重桥梁结构,为研究此类桥梁结构的主要静力特性,指导设计,以某主跨1 700m双层缆索协作体系桥梁方案(主跨跨中1218m为悬吊部分,其余为斜拉部分)为背景,采用桥梁非线性分析程序BNLAS对桥梁主要结构进行计算分析。结果表明:缆索协作体系与常规悬索桥相比具有较大的竖向刚度,采用钢混接头断开方案,可释放钢混接头处的较大内力,过渡段悬索部分加劲梁会产生纵向相对位移和梁端转角,可考虑设置纵向拉杆作为限位装置;通过在边跨设置辅助墩、采用混凝土主梁及塔梁固结等措施增加结构刚度,可适当改善长拉索及端吊索的疲劳问题;缆索协作体系与相同跨度的悬索桥相比,主缆截面有所减少;悬索-斜拉组合体系交汇处吊索可采用刚性吊杆。     

桥梁缆索腐蚀防护方法试验研究

既有悬索桥和斜拉桥缆索常遭受腐蚀影响安全,有效防护方法很重要。该文提出6种防护方法并进行试验研究,将试件置于加速模拟腐蚀环境,对比分析各方法的有效性。首先分别对两种不同缆索形式的试件采用6种防护方法(富锌漆涂装法、环氧树脂漆涂装法、锌粉膏涂装法、环氧树脂填充法、油填充法和除湿法)进行试验:第一种试件为用于悬索桥梁主缆的未镀锌平行钢丝股;第二种试件为用于悬索桥吊杆和斜拉桥拉索的钢绞线。然后对试件进行加速腐蚀试验,通过分析腐蚀造成的质量损失和外观来对比各防护方法的有效性。试验结果表明:平行钢丝股经加速腐蚀试验15个月后,除湿法对表层钢丝防护最有效,其后依次是环氧树脂填充法、锌粉膏涂装法、环氧树脂漆涂装法和富锌漆涂装法,油填充法效果不明显,而内部钢丝腐蚀程度远低于表层钢丝。通过研究加速腐蚀试验16个月后的质量损失和内外层钢丝外观,防护钢绞线与未防护比较,结果表明大多数防护方法是有效的。     

电磁无损检测中桥梁缆索的端部效应

桥梁缆索在长期服役过程中,面临着腐蚀和耐久性问题,缆索缺陷造成的结构安全隐患十分严峻。利用电磁无损检测技术对桥梁缆索进行损伤识别时,端部的检测十分关键。在磁通检测模型试验中,端部磁通信号漂移,端部效应显著。在永磁激励开路磁化方式下,分析了桥梁缆索端部效应的变化规律及影响范围。分析表明:在永磁激励开路磁化方式下,端部效应随着桥梁缆索长度的增加和缆索直径的增大而减弱,其影响范围主要在桥梁缆索端部2 m~3 m区域。     

桥梁检测机器人系统及应用

桥梁裂缝呈现出混凝土桥梁安全性、耐久性等重要信息。裂缝检测和分析对于桥梁的养护具有非常重要的意义,并且近年来这一需求日益激增。然而,目前桥梁检测手段依然是传统、危险、定性、客观和耗时的目视检测方法为主。此外,对于具有复杂结构的桥梁,传统的目视检测方法实现难度较大。为了使桥梁测更加高效和安全,本文提出一种用于桥梁检测的智能系统,该系统由特殊设计的安装了一个多自由度机械臂的移动平台和装备多种传感器的视觉系统组成。该系统可以自动地采集桥梁底面数据,并能识别和定位裂缝。实验验证显示,该系统性能明显优于目前已有系统,具有较强的实用性。     

基于深度学习与漏磁探伤的桥梁缆索检测预警系统研究

为准确、全面地评估桥梁缆索的损伤,开发了基于深度学习和漏磁探伤的桥梁缆索检测预警系统。该系统主要由检测平台和预警平台两部分组成,利用检测平台中爬索机器人的高清摄像头和磁传感器列阵收集缆索表面的缺陷图像及漏磁信号数据,随后将缺陷图像输入到深度学习模型中对其进行自动分类与识别,利用小波分析处理漏磁信号数据以确定内部高强钢丝锈蚀缺陷位置,并根据检测到的数据提出了五级预警。为验证桥梁缆索检测预警系统的可靠性,利用该系统对4座在役斜拉桥的缆索进行检测。结果表明：该系统嵌入的深度学习模型和经过小波分析处理后的磁信号能够准确识别桥梁缆索表面的缺陷特征和内部钢丝锈蚀位置;该系统中预警平台可以将检测信息及时发送给管养部门,便于其采取相应的补救措施。     

桥梁缆索用钢丝热镀锌铝镁镀层研究

悬索桥主缆、斜拉桥拉索、拱桥吊杆的使用寿命要求越来越高,尤其是要求悬索桥主缆的设计使用寿命达百年以上,因此对桥梁缆索用钢丝的耐久性要求不断提高。随着技术的不断发展,缆索用钢丝的热镀层也从最初的纯锌层逐步向以锌为主,添加铝、镁、稀土等多元合金发展。依托处于海洋大气腐蚀条件下的深中通道伶仃洋大桥(主跨1 666 m悬索桥)项目,通过相关试验研究和理论分析,重点研究了锌铝镁镀层的结构特点、防腐耐久性能,确定了锌铝镁的合理组分及冷却方式,取得了很好的应用效果,经济效益显著。     

山区峡谷桥梁缆索吊装施工设计研究

在山区进行大跨径桥梁建设过程中,由于地质条件复杂,施工环境恶劣,现有的起吊设备难以满足山区峡谷桥梁建设要求。因此,常用于垂直高度较大的垂直吊装和架空纵向运输的大跨、大吊重的缆索吊机将在山区大跨径桥梁建设中发挥重要作用。本文叙述了缆索吊装施工技术发展现状,并以某二级公路工程大桥为例,通过对缆索吊相关参数进行计算,分析了吊装设备的配置要求,确保了缆索吊的成功运用,为其施工安全可靠进行提供理论依据,同时可为今后的缆索吊设计施工提供参考,具有较大的推广意义和实用价值。     

桥梁检测轻质长臂机器人设计与试验研究

针对高墩、高厚度桥梁主梁底部表面快速、高效的检测需求,提出一种搭载在轻型移动平台上的电驱动轻质长臂机器人。通过合理的机构构型设计、结构优化设计实现了长臂机器人本体的轻量化,该机器人搭载在轻型移动平台上,可沿人行道行走,并能在桥检现场快速布置开展检测作业。实际运营公路桥梁的拍照检测试验表明：1)机器人在桥面上稳定停靠后,可通过运动规划展开到位;2)利用其末端配备的视觉检测云台,实现对主梁底部的拍照详检;3)初步验证了长臂机器人作业能力和检测功能,为未来实现大型桥梁主梁的自动化检测作业奠定基础。     

桥梁缆索用高强度镀锌钢丝

为了获得桥梁缆索用镀锌钢丝所需要的强度,防止在扭转试验中出现裂纹以及控制热浸镀锌过程中钢丝强度的损失尤其重要。对防止钢丝开裂而言,提高索氏体化盘条强度比增加拔丝过程的总变形量更为有效。硅和铬两种元素可提高索氏体化盘条强度,减少镀锌过程中渗碳体的球状化而引起的强度损失。基于这些发现,高强度镀锌钢丝得以成功研制,其力学性能不低于常用的钢丝。对于这种新研制的高强钢丝,还研究了它的疲劳性能以及允许应力条件下的延迟开裂性能。     

缆索承重桥梁的颤振可靠性

基于公路桥梁抗风设计规范校准得到极值风速变异系数约为0.13;由苏通大桥桥址风速统计资料计算得到极值风速变异系数在0.13~0.14之间。提出了计算结构可靠指标的随机梯度算法,采用该算法从多种角度分析了变量分布类型及统计特征对苏通大桥颤振可靠指标计算结果的影响。计算结果表明:极值风速变异系数宜取为0.15;随机梯度算法思路简单,具有很好的稳定性,计算效率高。     

腐蚀桥梁缆索的氢脆和腐蚀疲劳研究

既有悬索桥和斜拉桥的缆索容易遭受腐蚀,影响桥梁安全.通过对不同腐蚀程度的桥梁缆索钢丝试验研究其力学性能和剩余强度.静力试验结果表明:实际腐蚀钢丝的抗拉强度与腐蚀程度关系不大,但当镀锌层消失钢丝开始腐蚀时,其伸长率急剧降低.由于中度腐蚀钢丝的氢累积含量在未受拉和受拉情况下都不大于0.2 ppm,所以当氢含量远小于脆断临界浓度0.7 ppm时,对钢丝张拉没有影响,表明氢脆可能不会发生.疲劳试验结果表明:当仅有镀锌层发生腐蚀时,疲劳强度变化不大;当腐蚀进入镀锌层下的钢材时,疲劳强度会显著降低;潮湿环境下钢丝的疲劳强度与干燥环境下相比会进一步降低.既有悬索桥的断裂钢丝断面分析表明:其断裂面和腐蚀疲劳断面相同,不是氢脆断裂.     

桥梁缆索腐蚀镀锌钢丝的疲劳强度试验研究

为研究桥梁缆索镀锌钢丝的腐蚀程度、缺口形状对钢丝疲劳性能的影响规律,对3种腐蚀程度的镀锌钢丝进行疲劳试验,并根据腐蚀试件设计人造圆形、三角形和含切口的三角形缺口试件,采用试验和有限元法研究缺口试件的疲劳强度。结果表明:钢丝腐蚀越严重,腐蚀坑区域越集中,腐蚀坑越深,且疲劳强度随腐蚀程度加深而降低;在400MPa应力幅的循环作用下,圆形缺口试件到100万次仍没破坏;三角形缺口试件的疲劳强度低于圆形的,寿命很短;带切口的三角形缺口试件寿命更短,且与切口长度无关;三角形缺口试件的S～N曲线与实际腐蚀钢丝的S～N曲线有相似的趋势;缺口应力集中系数实测和有限元计算值表明缺口形状是疲劳强度降低的主要因素。     

铁路缆索承重桥梁力学性能分析与对比研究

铁路修建过程中,在线路需要跨越有通航要求的江海或有地形限制的高深山谷时,不得不选用大跨度桥梁。斜拉桥、悬索桥及斜拉-悬吊协作体系3类桥型具有跨越能力强的优势,通常被优先考虑。铁路车辆因其活载大、运行速度快等特点,对列车的行车安全性和运行平稳性有较高的要求。该文基于主跨900m的桥型,采用杆系有限元程序分别探讨以上3类桥型在双线铁路荷载及四线公路荷载共同作用下的结构内力及变形情况,得出斜拉-悬吊协作体系在桥塔和主梁截面受力、结构刚度方面都优于悬索桥和部分地锚式斜拉桥的结论。     

测量机器人在大跨径桥梁检测中的应用研究

挠度、位移、线形测量是桥梁检测的重要组成部分,是桥梁质量和安全性评估的重要指标。为克服原有测量方法的不足,介绍了一种新的测量方法,首先在桥上安装合作目标,然后利用测量机器人在加载前后分别获取合作目标的几何信息,最后计算出相应的挠度、位移、线形。通过对该方法精度的推导和分析,论证出该方法能满足桥梁检测的精度需要。结果表明该测量方法精度高,速度快,具有广阔的应用前景。     

超大跨度缆索承重桥梁结构体系

设计和建造跨海连岛大桥是新世纪桥梁工程面临的巨大挑战。超大跨度桥梁并不只是常规概念的外推,需要与之对应的结构体系。从根本上改变缆索承重桥梁的缆索体系,可以突破跨度极限。本文指出了常规结构体系向更大跨度发展的制约因素,从缆索体系的角度介绍了超大跨度斜拉桥、悬索桥以及斜拉 悬索组合桥可能采用的各种体系。这些体系试图在静力、动力方面能远远超出现有限制范围,极大地提高桥梁的跨越能力。同时,新体系的采用也给材料、设计和施工提出了很大的挑战。     

大跨度缆索承重桥梁限位型减震结构体系研究

大跨度缆索承重桥梁由于其结构刚度较小,在运营或极端荷载下产生较大的塔梁相对位移和主塔内力。为了优化其结构受力,减小伸缩缝规模,提出了大跨度缆索承重桥梁纵向限位型减震结构体系。其主要思想是:在塔梁间设置纵向阻尼器,实现缆索承重桥梁纵向减震耗能;在塔梁间设置纵向限位,改变结构传力路径,改善结构受力及塔梁间相对位移及变形。通过具体实例介绍了该结构体系的设计方法及过程。结果表明:纵向限位型减震结构体系有效减小塔梁间相对位移,进而减小大跨度缆索承重桥梁伸缩缝、阻尼器的规模,有效改善主塔内力,提高结构耐久性。     

应用CFRP索的缆索承重桥梁抗风稳定性研究

为了探讨CFRP索在缆索承重桥梁中应用的可能性,以缆索等轴向刚度为原则,基于润扬长江大桥和1400 m主跨斜拉桥设计方案,分别拟定了同跨径应用CFRP索的悬索桥和斜拉桥,并运用三维非线性空气动力稳定性分析方法进行了抗风稳定性分析。分析结果表明:缆索承重桥梁采用CFRP索后,由于结构自振频率特别是扭转频率的显著提高,其空气动力稳定性要好于钢索的缆索承重桥梁。因此从抗风稳定性角度而言,缆索承重桥梁采用CFRP索是可行的,缆索截面尺寸应采用等轴向刚度原则来确定。     

桥梁缆索腐蚀失效及防护技术研究进展

从缆索钢丝失效原因(包括加工缺陷,腐蚀缺陷及机理、规律和寿命预测)和缆索的防护技术两个方面对缆索失效及防护方面的研究现状进行综述,并探讨缆索钢丝失效机理、规律及防护技术等研究的发展趋势,认为在探究材料-环境-荷载之间的相互作用及影响的基础上,深入探讨钢丝腐蚀特征及机理,荷载特征、环境与腐蚀特征的关系,钢丝综合失效机理、干空气除湿技术优化以及更高耐腐蚀性的钢丝涂层等方面是今后的研究重点。