基于实测和CA模型的大跨桥梁车辆荷载模拟

车辆荷载对于大跨公铁两用桥梁和大跨公路桥梁的使用性与安全性均有显著的影响。与中小跨桥梁相比,大跨桥梁交通容量可观,车辆在过桥中加减速和车道变化的概率较大,车辆荷载在桥梁的分布状态极为复杂。目前的交通荷载实测系统对车辆过桥全过程中的位置及速度变化不能提供详细的信息,为此,建立融合实测交通信息和元胞自动机（CA）模型的大跨桥梁车辆荷载模型,考虑不同区域车型构成特征,交通规则、车道设置和驾驶行为。依据河北一处重载路段的交通实测数据,分析不同交通服务水平下一座大跨斜拉桥静力荷载随时间和空间的分布特征,并通过与规范设计荷载值进行比较对荷载效应进行评价。     

在役混凝土桥梁非平稳抗力劣化模型建立与更新

为建立在役混凝土桥梁结构构件非平稳随机抗力劣化模型,并通过后验更新解决劣化模型与实际结构劣化特征的匹配问题,首先,联系在役混凝土桥梁结构实际劣化特征,基于Gamma随机过程推导并建立了初始抗力劣化模型,对初始模型所存在的问题进行探讨;其次,以初始模型吸收融合结构近期实际劣化状态为原则,以结构特定时刻劣化状态的确定为基础,构建了初始抗力劣化模型的后验更新流程;再次,联合非确定性层次分析法（NAHP）与实数遗传算法（RGA）建立了基于定期外观检测数据的特定时刻抗力劣化系数评定方法,为确保该评定方法为初始抗力劣化模型更新提供准确可靠的劣化数据,采用室内模型梁加载试验对所建立评定方法的准确性、适用性进行验证;最后,以一座在役25年的混凝土桥梁为例,基于所建立的分析方法框架,阐述了其一片内梁抗弯承载力劣化模型的建立与后验更新过程。结果发现：基于特定时刻抗力劣化系数评定方法所得到的劣化系数分析结果与试验值的误差介于2.83%~6.24%之间,由该方法所得到的特定时刻抗力劣化系数可应用于初始劣化模型的后验与更新,经过初始劣化模型的后验与更新,所得到的后验模型由于吸收了结构近期的实际劣化状态,在抗力劣化进程描述方面较初始模型具有更高的准确性和更好的匹配性。     

列车脱轨撞击U型梁动力仿真模拟及损伤分析

研究目的:城市轨道交通U型梁在极端状况下会受到列车脱轨施加的侧向撞击作用,从而导致结构损伤破坏,威胁行车安全。本文采用显式动力有限元软件建立列车-U型梁碰撞模型,对碰撞全过程进行仿真分析,探讨两者之间的碰撞作用机理,并将计算结果与相关规范报告进行对比,最后分析U型梁的碰撞损伤模式。研究结论:(1)根据列车-U型梁接触状态可将碰撞过程分为脱轨后自由运动、初始碰撞接触和后继碰撞接触三个阶段;(2)各个工况中列车的纵、横向碰撞力峰值均小于UIC规范建议值,横向碰撞力基本满足ACI报告建议值,列车减速加速度均接近或超过9.8 m/s2,大于ACI规范中建议的列车减速加速度值0.5g;(3)碰撞过程中车体动能绝大部分以摩擦形式耗散,初始动能较大的列车在单位时间内摩擦耗能较多,但其亦需更长接触摩擦过程使其停止;(4)列车减速过程中加速度越大,对于结构的损伤也就越严重,U型梁的碰撞损伤主要表现为翼缘混凝土剥落,腹板产生塑性应变,但结构整体未发生破坏;(5)本研究成果可为新建U型梁结构的防撞设计以及既有结构的防护措施制定提供参考。     

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。      

斜风作用下风-车-桥非线性分析系统建立

为了从风作用方向的三维模拟和系统非线性2个角度实现风-车-桥系统的全三维高真实度模拟,首先建立斜风荷载处理方法,采用平均风分解理论对桥梁斜风进行分解,形成桥梁斜风荷载,把桥梁风作用方向模拟域由垂直于桥梁纵轴线的二维平面扩展到三维空间;采用矢量合成法则和线性插值方法,依据车辆位置函数确定桥上车辆任意位置和时刻的合成风速,并基于风洞试验获取车辆气动力系数,形成车辆斜风荷载。然后基于已建立的非线性分析系统,融合斜风荷载处理方法,构建斜风作用下的风-车-桥全三维非线性分析系统,并实现动态可视化。最后采用建立的分析系统,对系列风偏角工况下的桥梁空间动力响应和车辆安全进行分析和评价。结果表明：斜风作用下,桥上车辆事故指标值及桥梁位移响应随着风偏角增大总体上均呈现先减小后增大趋势,且极值均出现在非90°的锐角区;基于风向垂直于桥跨方向的假定所进行的桥梁设计和车辆安全性评价结果偏于不安全。     

轻质微膨胀混凝土在拱桥加固中的应用研究

将自行研究配制的轻质微膨胀混凝土应用于拱肋的加固。推导出了膨胀剂作用下组合截面应力重分布计算公式,并考虑收缩、徐变的效应,对加固后的拱圈应力进行了计算,并与实测值进行了比较。此外,通过荷载试验检验,说明轻质混凝土完全可用于桥梁的主要承重结构。     

轻质高强微膨胀混凝土在旧桥加固中的应用

介绍了轻质高强微膨胀混凝土在桥梁加固改造中的试验情况。探讨和推导了膨胀变形作用下组合截面在超静定结构中引起自应力和次应力计算理论及公式 ,编制了相应程序 ,对测控点应变、应力理论值进行了计算 ,与实测值进行了比较。加固效果表明 :轻质高强微膨胀混凝土用于桥梁主要受力构件的加固中可行 ,并具有一定优越性。     

CFRP加固钢筋混凝土梁抗冲击性能试验

为研究碳纤维复合材料(CFRP)加固钢筋混凝土(RC)梁的抗冲击性能,使用落锤试验机对6根简支RC梁进行了试验研究,并基于显式动力分析方法对冲击过程进行仿真模拟,获得了不同工况下RC梁的冲击力、支反力、位移时程以及梁体开裂过程,并对加固RC梁的损伤演化及刚度变化过程、CFRP布加固工作机理、梁体位移恢复性能等进行了深入...     

大件运输车载下考虑强度退化过程的钢绞线斜拉索安全评估

为实现大件运输车载下退化钢绞线斜拉索安全评估，首先，在总结已有研究成果的基础上建立了"微动-腐蚀-疲劳"损伤历程下的钢绞线斜拉索强度退化模拟方法；其次，根据斜拉索运营阶段安全性的内涵，依据可靠度理论建立了大件运输车载下的两层次安全评估方法，两层次安全评估极限状态分别对应于不满足规范要求安全储备的状态及拉索断裂破坏，明确了两层次安全评估目标可靠指标的确定方法；最后，以一个实例分析对所构建的钢绞线斜拉索强度退化模拟方法及两层次安全评估方法的应用进行说明。结果发现：采用所构建的模拟方法可顺利实现对钢绞线斜拉索强度退化过程的模拟，钢绞线斜拉索在腐蚀过程开始之前，其抗拉强度会在微动磨损进程下损失约5%，一般大气环境下，服役30年时抗拉强度退化至初始水平的约72.6%；第1层次安全评估目标可靠指标可选择为3.09，第2层次安全评估目标可靠指标的确定应同时考虑正常运营荷载及年均大件运输车辆授权通行次数的影响；考虑到大件运输车辆通过大跨桥梁时严格交通管制的艰难程度，安全评估过程应考虑正常交通荷载的影响，考虑一般运行状态或密集运行状态活载模型对安全评估结果的影响较小。所建立的两层次安全评估方法可为大件运输车载下大跨桥梁关键构件安全评估提供参考。