基于双向渐进结构优化法的钢桥系统失效模式识别

准确模拟钢桥系统失效状态,实现结构失效状态的转移是钢桥结构系统主要失效模式识别算法的核心之一。针对钢桥中已屈服的失效杆件在继续强化或卸载情况下可能导致的结构内力重分布现象,以及通过删除失效单元并对失效单元所在节点外施加虚载实现结构拓扑状态转变的简化方法难以精确模拟结构实际受力性能的问题,提出了更全面反映钢材在弹性、屈服、强化、强化后卸载这4个阶段力学性能的受拉弹-塑性材料本构模型,钢材受压时采用考虑屈服应力折减的弹-塑性本构模型,并引入双向渐进结构优化法实现结构分析状态的自动转移;通过应力判断准则确定拉压杆件的弹塑性状态以及是否出现局部卸载现象,在钢桥系统失效模式搜寻过程中完成材料本构模型随单元受力状态的自动转换,直至达到材料极限强度后才予以删除这些杆件。结果表明:该方法充分考虑了钢桥构件间的相互影响关系与结构的内力重分布现象,通过精细化分析与结构状态自动转移,实现钢桥结构系统失效路径的搜寻;结合阶段临界强度分枝-约界法编制的识别钢桥主要失效模式的计算程序,实现了钢桥系统失效树主干和主枝的快速识别和生成,并成功识别出算例钢桁架桥的主要失效模式以及伪失效模式。     

恒载性超载对在役桥梁受弯构件可靠性的影响规律

为深入研究恒载性超载对在役桥梁安全性的影响程度,以加固后桥梁名义恒栽效应与原名义恒载效应之比作为恒载超载系数,详细分析了在役桥梁受弯构件可靠指标随恒载超载程度的变化规律.鉴于新老桥梁设计规范极限状态设计表达式的不同,采用<公路工程可靠度设计统一标准>建议的抗力与荷载效应的统计参数,分别计算了与不同恒载超载系数对应的受弯构件可靠指标.计算结果表明,随着恒载标准值效应所占比重的增加,恒载性超载对桥梁结构安全性的影响愈明显.桥梁结构或构件隐含的可靠度越高,相应结构或构件的抗恒载性超载能力越强.在满足目标可靠指标要求的前提下,结构或构件容许一定程度的超载作用.     

斜交刚构箱梁桥施工阶段剪力滞效应分析

摘要：以斜交连续刚构桥为研究对象，取00块和悬臂块段来建立空间结构，采用ANSYS中的s01id95单元对空间模型进行分析，研究在施工阶段斜交连续刚构桥的剪力滞效应。荷栽工况包括恒载（自重＋顸应力荷载）、恒载加温度荷载（自重＋预应力荷栽＋温度荷栽）两种，分析得出了单箱单室斜交连续刚构箱梁桥施工阶段剪滞效应的一些规律，并与相应的正交连续刚构桥进行了对比。结果表明，斜交连续刚构桥在靠近悬臂根部截面的剪力滞效应更为明显，截面的剪力滞分布情况与正交连续刚构桥相比有很大不同。     

大跨径混合梁连续刚构桥边中跨比及墩高性能研究

大跨径混合梁连续刚构桥中跨采用大节段钢箱梁,减轻了结构自重,增加了桥梁跨度。目前修建的大跨径混合梁连续刚构并不多见,混合梁多运用于斜拉桥中,故混合梁连续刚构桥的诸多问题并未得到解决,如混合梁连续刚构桥的边中跨比,混合梁连续刚构的适宜墩高等。以瓯江特大桥主桥为背景工程,通过改变边跨跨径和桥墩高度来研究大跨径混合梁连续刚构桥的边中比及墩高性能。大跨径混合梁连续刚构桥在恒载效应、收缩徐变效应、活载效应以及结构自振特性等方面,边跨增大对结构整体刚度影响不大,仅对边跨刚度影响较大。总体上中跨效应大于边跨效应,中跨结构刚度对结构的整体刚度起决定性作用。对桥墩的高度变化影响分析表明桥墩高度不宜做的过低,否则效应值会出现突变,当墩高增加到一定程度,对主梁的受力性能改善程度有限。     

基于恒载性超载的桥梁受剪构件可靠性

恒载性超载主要是由桥面铺装大修、路线改造引起。为衡量在役桥梁恒载性超载的程度,引入恒载超载系数的概念。以斜截面受剪构件(T形截面)为例,借鉴"校准法"的基本原理,分析恒载性超载对基于原规范(JTJ 023-85)和现行规范(JTG D60-2004)设计建造的桥梁可靠性指标的影响规律。得出结论:若设计采用的活、恒载标准值效应比值ρ一定,可靠指标随着恒载超载系数ζd的增加近似呈线性减小趋势。ρ值越大,可靠指标的降低幅度越小,表明设计采用的恒载效应所占比重越大,桥梁的抗恒载性超载能力越弱,反之越强。桥梁结构或构件隐含的可靠度越高,桥梁的承载潜力越大,相应结构或构件的抗恒载性超载能力越强。     

基于随机响应面的连续刚构桥主梁挠度控制可靠度分析

由于结构尺寸、材料性能和荷载存在随机性,连续刚构桥主梁挠度难以与设计的理想状态吻合,提出了基于随机响应面的主梁挠度控制可靠度分析法,评估不同施工阶段达到预定挠度控制目标的概率。此外,为了避免复杂积分,利用多重响应面法求解施工全过程的挠度控制失效概率。考虑预应力束张拉控制应力、混凝土强度、一期恒载与二期恒载等主要施工参数的不确定性,利用上述方法对李家洼大桥进行了主梁挠度控制可靠度分析。结果表明,主梁挠度控制的失效概率随着悬臂的伸长而升高,在最大悬臂阶段达到最大值。在桥梁合龙以后,失效概率回落至较低水平。另外,失效概率与主梁挠度控制容许偏差值负相关。     

超重车辆对公路桥梁安全性的影响

根据结构可靠度理论,深入研究了公路超重运输车辆对钢筋混凝土受弯构件安全性的影响规律。首先,以恒载和汽车荷载作为安全性分析的最基本荷载组合,通过引入汽车活载影响系数,构造考虑不同汽车超重水平因素的结构功能函数,提出了基于一次二阶矩法的超载桥梁安全性分析数学模型。进而,以85桥梁规范和04桥梁规范钢筋混凝土受弯构件承载能力极限状态设计表达式为依据,按《公路工程可靠度设计统一标准》建议的抗力与荷载效应统计参数,详细计算了不同活载影响系数对钢筋混凝土受弯构件可靠指标的影响规律。计算结果表明,超重运输对钢筋混凝土受弯构件可靠指标有显著的影响,在活载影响系数取值一定的情况下,设计采用的汽车荷载效应与恒载效应所占比值越大,超载对桥梁结构安全性的影响越明显。     

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。     

混凝土斜拉桥施工阶段的体系可靠度

针对斜拉桥失效路径繁多的问题,采用改进的β约界法限制分枝规模,寻找并识别对结构体系可靠度起主导作用的主要失效模式。通过现场试验建立了高强度混凝土早龄期力学性能的经时概率模型。同时,考虑各主要失效模式间的相关性,提出了计算体系失效概率上下界的实用方法。通过一座双塔斜拉桥施工期体系可靠度的计算实例表明了这一方法的有效性。研究成果对于评价混凝土斜拉桥施工期的结构整体性能和安全程度具有参考价值。     

冈管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠指标计算方法

钢管混凝土组合高墩连续刚构桥体系可靠度计算存在钢管混凝土组合高墩受力分析复杂,连续刚构桥梁失效模式较多,其功能函数不存在显式等问题.采用MIDAS有限元软件对结构进行较准确的模拟和受力分析,然后根据分析结果选取最高墩的稳定性失效和关键截面的拉、压应力失效模式.在MATLAB语言的平台上利用二次序列响应面法将隐式功能函数...     

大跨径连续刚构桥设计施工中应注意的几个问题

大跨径预应力混凝土连续刚构桥常见病害为跨中下挠、腹板斜开裂、底板开裂等。针对该类桥梁病害,从桥梁纵面线形、2期恒载、几何结构、箱体构造、混凝土养生和混凝土收缩徐变等方面,提出设计和施工技术建议,其可供类似桥梁设计施工参考。     

大跨连续刚构桥施工阶段驰振可靠性评价

随着大跨度连续刚构桥跨径的增长,结构刚度越来越小,尤其是在悬臂施工阶段结构较柔,由风荷载引起的桥梁驰振稳定问题不容忽视,有必要对大跨度连续刚构桥进行驰振可靠性评价。本文以北山大桥为例,首先通过风洞试验来定性识别驰振发生的可能性。然后,基于现有结构可靠性理论,以桥梁驰振临界风速为结构抗力变量,以桥址处随机风速为荷载变量,建立极限状态方程,通过极限状态方程建立起大跨度连续刚构桥驰振的可靠性分析模型。文中介绍了一种新的确定桥梁驰振稳定失效概率的可靠度计算方法。最后,运用本文所确定的评价方法对北山大桥进行了驰振失效概率计算。     

高墩大跨连续刚构桥空间稳定性及强度分析

结构的受压承载力取决于它的强度和稳定性,所以,结构设计时既要进行强度验算同时也要进行稳定性验算,而且稳定验算对某些结构而言显得非常重要。高墩大跨连续刚构桥,在同时承受恒载、活载（包括汽车荷载、风荷载等）及不对称荷载时,其强度和稳定性验算显得尤为重要。本文通过某高速公路大跨连续刚构桥,以稳定理论为基础,结合计算软件的屈曲分析功能,提出其空间稳定性分析方法,推算桥墩墩身计算长度系数,供桥墩强度计算时采用。     

大跨径单室预应力连续刚构箱梁桥的静力特性空间分析

根据一座典型的主桥为140m 268m 140m的3跨单箱单室预应力连续刚构桥的结构与设计特点,对该桥在恒载、集中荷载、标准设计荷载等荷载工况作用下的箱梁扭转效应、剪力滞效应等空间静力特性采用有限元理论进行了空间计算和分析,给出了该桥的设计应力不均匀系数,所得的分析结果对指导这类桥梁的设计具有重要的理论意义和工程实用价值。     

连续刚构桥运营期下挠量预测研究

为了解决连续刚构桥后期运营过程中产生过大挠度的问题且为连续刚构桥的预拱度设置提供依据,需要对连续刚构桥运营下挠量进行合理的预测。本文基于陕西省五里坡特大桥运营期监测成果,对连续刚构桥运营期下挠做出评价并且预测其发展趋势;基于有限元的计算结果,探讨有效预应力损失挠度、结构刚度折减挠度、运营期混凝土的收缩徐变挠度与三因素耦合作用下的挠度之间的关系,采用三种方法对连续刚构桥下挠做出预测并进行了验证;最后基于恒载零弯矩设计法可以很好地改善运营期挠度。结果表明:平均挠度法可用于较长一段时间内挠度平均值的拟合并预测下一个较长时间段的挠度平均值;基于埃尔曼神经网络,能相对准确的拟合出大桥挠度曲线,并能预测出挠度值在未来短期的变化趋势;径向基函数神经网络能够准确地预测出多因素耦合作用下中跨跨中挠度的变化及变化趋势;采用"恒载零弯矩法"可以有效地控制恒载的长期挠度。     

汽车荷载分项系数对桥梁构件可靠度的影响及修正

为了明确汽车荷载分项系数变化对桥梁构件可靠度水平的影响规律,利用校准法对受拉、受弯、大偏心受压(短柱)、轴心受压(短柱)、受剪共5类受力构件,选取0.1,0.25,0.5,1,1.5,2.5六种活恒载效应比,进行了不同汽车荷载分项系数条件下构件的可靠度分析。对于可靠度指标分布不均匀的状况,提出了可靠度修正系数的概念并进行了验证计算,对不同类型构件按照活恒载效应比给出了可靠度修正系数的计算结果。结果表明:汽车荷载分项系数由1.4递增至2.4时,各类构件可靠指标均呈增大趋势;活恒载效应比小于1时,该分项系数每增加0.2,构件可靠指标随之增大0.1~0.3,活恒载效应比大于1时,该分项系数每增加0.2,构件可靠指标随之增大约0.4;活恒载效应比大的构件可靠指标值偏高,且该类构件可靠指标受汽车荷载分项系数的影响也较大;所提出的可靠度修正系数能够调整抗力值以达到目标可靠指标的要求,该系数分布于0.4~1.1之间,各类型构件可靠度修正系数分布规律一致,均随活恒载效应比及汽车荷载分项系数的增大而减小。     

基于可靠度分析的既有钢筋混凝土桥梁性能评估

结合实际桥梁混凝土强度和钢筋锈蚀检测数据,考虑材料性能经时变化特点,构建了钢筋混凝土桥梁简支梁桥空心板梁弯矩抗力衰减模型;按照《公路工程结构可靠度设计统一标准》(GB/T 50283-1999)建立桥梁结构上的恒载作用效应概率模型和活载作用效应概率模型;以简支板梁跨中弯矩作为功能函数,运用根据JC法所编制的Matlab程序计算每片板梁的可靠指标.运用结构体系失效概率的点估计方法之一——概率网络估算技术,通过近似数值分析计算得出桥梁上部结构体系的可靠指标.并用算例验证了本文所提出的桥梁性能评估方法的正确性和可行性.     

基于改进条件边缘乘积法的桥梁系统地震易损性分析方法

桥梁结构是由多种不同类型的构件按照一定的逻辑关系构成的结构系统。既有桥梁易损性分析中,通常基于构件的易损性曲线来评价整个桥梁系统的抗震性能。实际运营中的桥梁,在地震作用下,不同构件间相互影响,发生组合破坏将会增加桥梁系统整体失效概率。因此,将桥梁结构作为整体进行易损性分析能够更好地评估实际工程的抗震性能,弥补了既有分析方法的不足。以一座三跨预应力混凝土连续T梁桥为易损性分析对象,结合桥墩和支座两类构件的地震破坏,分别采用界限估计法、改进的条件边缘乘积法建立了算例桥梁系统易损性曲线。结果表明:界限估计法易受各失效模式排列顺序和相关性的影响,稳定性较差;改进的条件边缘乘积法,作为结构系统失效概率的一种近似求解法,解决了在多个失效模式并存下,结构系统可靠度问题中多维标准正态累计分布函数近似求解问题。后者计算精度较高,易于实现,适用于失效模式较多的复杂桥梁系统,具有一定的工程使用价值,为桥梁系统地震易损分析提供了借鉴参考。     

服役PC桥梁应力状态评估方法

为了评估服役PC桥梁正常使用状态下全预应力构件及A类构件的应力状态,利用横张增量法对钢束有效预应力的统计规律进行了研究,结果表明:有效预应力统计参数服从正态分布且KEP～N(0.97,0.09)。在此基础上,利用可靠度方法构造了抗力(应力)概率模型、恒载效应概率模型、汽车及人群荷载效应概率模型,以应力失效准则为依据给出了最小可靠指标,从而建立了服役PC桥梁应力状态评估方法。     

粘贴钢板桥梁加固设计和抗弯承载力极限状态分析

粘贴钢板或其他纤维复合材料对梁的受拉薄弱区进行补强是桥梁加固的主要方式之一.对于自重和恒载远小于活载的桥梁,可以不考虑加固后构件受力的阶段性效应,认为自重、恒载和活载均由加固后的截面承担.针对T形截面梁,分析粘贴钢板加固桥梁构件正截面抗弯承载力的计算公式和适用条件,给出极限状态加固设计和截面复核的方法与步骤.