公路车-桥耦合振动的理论和应用研究进展

为了推动公路车-桥耦合振动理论的发展和仿真技术的广泛应用,从公路车-桥耦合振动理论研究和应用研究2个方面系统性梳理了公路车-桥耦合振动相关领域的学术研究现况、既有研究成果、发展前景、存在的问题和对策。理论研究方面,系统总结了车-桥耦合振动研究中车-桥、桥梁、路面不平整度等参数的数学模型和车-桥耦合时变系统动力学方程的数值解法。基于调研和分析发现,经过国内外学者长期的努力,车-桥系统数值模型已经可以越来越真实地模拟实际车辆、桥梁以及路面不平整度等其他条件因素。在未来的研究中应持续改进有限元建模技术和优化数值算法,以进一步提高车-桥耦合振动仿真分析的精度和效率,扩展其应用范围。应用研究方面,以桥梁动力冲击系数、桥梁疲劳分析、桥梁结构损伤识别、桥梁振动控制、桥上行车舒适性以及桥上车辆荷载动态识别等6个问题为例,综述了车-桥耦合振动仿真技术在桥梁安全相关研究领域的应用现状,并对目前研究仍存在的局限和后续的研究方向进行了初步探讨。研究表明,车-桥耦合振动仿真技术已成为众多相关研究领域内的重要研究方法,在部分研究领域已展现了良好的应用前景。后续研究中,一方面应针对具体问题的特点改进车-桥耦合振动模型的适用性和计算精度,另一方面应针对具体研究问题进一步完善相关理论,并从工程实用性角度提出新的或改进的技术和方法。     

夏季高温下支承层斜裂缝诱发纵连板上拱规律研究

在夏季高温作用下,支承层斜裂贯通缝可能导致结构上拱变形,衍生次生病害。基于内聚力和塑性损伤理论建立CRTSⅡ型板式无砟轨道结构有限元模型并与现场实测结果对比验证模型的有效性,分析夏季高温作用下支承层斜裂缝导致的结构上拱变形、离缝、受力和伤损规律。结果表明,温度荷载作用下,斜裂缝一旦贯通,轨道结构变形急剧增大。随温度升高,支承层相互错动,CA砂浆层与支承层先离缝,随后轨道板与CA砂浆层离缝,轨道结构上拱变形。结构性能随温度演化过程可分为0～20℃的缓慢发展阶段、20～30℃的加速发展阶段和大于30℃的飞速破坏阶段。贯通斜裂缝位于板中,角度30°时,轨道结构变形达到最大值26 mm。建议温度大于30℃时,检修重点关注角度不大于45°的板中斜裂贯通缝。     

炭质泥岩渐进破坏过程的变形特性及损伤演化研究

为研究软岩渐进破坏过程的变形特性和损伤演化规律,通过对炭质泥岩开展不同围压的三轴压缩试验,分析了围压对炭质泥岩宏观力学特性的影响;并将损伤岩石细观模型概化为岩石颗粒、裂隙损伤和孔隙3个部分;根据岩石细观结构损伤机制,结合应力-应变曲线特征,分段建立了炭质泥岩损伤演化方程:压密阶段,以孔隙率为损伤变量,建立了考虑孔隙压缩...     

基于长期损伤累积作用下隧道结构的抗震动力学分析

考虑地铁隧道因初始损伤缺陷长期累积作用对结构所造成的影响,以北京地铁10号线双井站为工程背景,引入相关文献提出的刚度折减理论,探索了对初始损伤缺陷的简化描述;在此基础上利用FLAC 3D有限差分软件,进行了部分嵌入初始损伤缺陷模型的二次程序设计,对含初始缺陷累积效应的地铁隧道在运营动载作用下抗震动力学行为进行了数值仿真研究。结果表明,初始损伤缺陷在长期的累积作用下,对隧道结构的抗震性能有一定的影响;通过分析不同运营阶段的抗震动力响应结果,可以发现随着隧道结构损伤缺陷的不断累积,即刚度的减小,隧道结构中的某些关键控制点,如拱肩、仰拱和拱顶的位移均出现增大的趋势,其应力均表现出不同程度的衰减,且隧道结构周边土体的剪切破坏区域逐渐减小。研究结果对于进一步探索初始损伤缺陷累积作用下隧道结构的灾变机制有重要参考价值。     

预应力CFRP板加固RC和PPC梁抗弯性能试验

为了掌握预应力CFRP板加固混凝土梁的抗弯性能,进行了6片普通钢筋混凝土(RC)梁及4片部分预应力混凝土(PPC)梁的预应力CFRP板抗弯加固静载试验和非线性有限元分析,探讨不同损伤程度、CFRP板初始预应力大小、梁有效预应力大小等对RC和PPC加固梁的抗弯性能影响。结果表明:采用预应力CFRP板加固后能有效抑制裂缝产生和开展,减小裂缝宽度和构件挠度,显著提高RC和PPC梁的抗弯承载力;加固前的损伤程度越大,CFRP板也越早发生剥离,抗弯极限承载力降低也越大,破坏时CFRP板总是先发生剥离而后断裂;非线性有限元模型能够预测预应力CFRP板剥离前加固梁的抗弯行为,计算结果与试验结果吻合较好;建议CFRP板的初始预应力度控制在0.5左右比较合适。     

既有RC拱肋不利车载效应随刚度损伤的变化

为合理评估既有RC拱桥的承载能力,对损伤后拱肋最不利车载效应的变化问题进行了研究.采用机动法分析了拱肋区段刚度损伤后各典型截面弯矩和轴压力影响线的变化情况.在此基础上,按照现行公路桥涵设计通用规范中的车道荷载布置方式,并结合正交试验设计方法,研究了具有不同拱轴系数、矢跨比和跨度参数的无铰拱肋各典型截面的不利弯矩和轴压力值随损伤程度的变化规律.结果表明在无铰拱肋中各截面不利轴压力值随损伤程度的变化不大,而不利弯矩值则有较大变化;当损伤程度相同时,拱顶截面不利负弯矩对应的变化系数值最大,而拱脚截面不利正、负弯矩对应的变化系数值相当,且数值也较大.     

基于改进直接刚度法的桥梁损伤定量评估

目前桥梁损伤评估主要采用基于可靠度理论、层析分析法、模糊理论、神经网络以及专家系统等的整体评估,桥梁局部损伤还仅限于定性评估阶段。本文研究改进了基于直接刚度理论的桥梁损伤评估方法,直接研究桥梁动力特性参数的变化值与其损伤程度大小之间的函数关系,从宏观角度定量评估桥梁损伤程度,并与曲率模态振型幅值法评估结果进行比较分析,检验该方法的应用效果。以云南大保高速K442+665特大桥为研究背景,建立空间有限元模型,对该桥的损伤进行模拟分析。研究表明其评估结果具有较好的准确性、有效性和适用性。对进一步研究混凝土桥梁损伤识别理论具有一定的推动作用。     

钢筋混凝土空心板梁疲劳损伤试验研究

为获取钢筋混凝土空心板梁的疲劳损伤发展规律,通过对1片试验梁的静载试验测得试验梁的极限承载力,以此作为疲劳试验加载幅值取值依据,对5片试验梁进行等幅疲劳加载试验.试验表明,试验梁呈现出明显的疲劳损伤三阶段(即快速发展、稳定和破坏)规律.接近疲劳破坏时除1至2条主裂缝继续扩展外,其余裂缝停止增长并逐渐闭合,最终在主裂缝处疲劳断裂.试验梁的挠度发展、钢筋与混凝土的应变发展增量在疲劳循环初期增长比较显著;随着疲劳荷载循环次数的增加,增长速率趋缓而进入相对稳定发展阶段;临近破坏时又发生较大幅度的增长.     

交通荷载作用下脱空刚性路面的疲劳损伤机理

开发了疲劳损伤本构关系的ABAQUS用户子程序UMAT,分析了全耦合方法下基准路面结构模型疲劳损伤场的分布与发展规律,研究了交通荷载与面板弹性模量、面板厚度、脱空尺寸等路面结构参数对水泥混凝土路面结构裂纹形成疲劳寿命的影响。结果表明,随荷载作用次数的增加,路面结构的疲劳损伤不断增加,但其增幅越来越小,路面结构的荷载应力也逐渐减小;随着交通荷载的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性减小趋势;随着面板厚度的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈线性增加趋势;随着脱空尺寸的增加,路面结构的对数疲劳寿命呈幂函数曲线相关关系。     

基于改进布谷鸟搜索算法的架桥机结构损伤识别

针对架桥机结构损伤的特点及布谷鸟搜索算法存在收敛速度慢、缺乏活力等问题,从动态发现概率、步长和莱维飞行三个方面对布谷鸟搜索算法进行了改进.以TLJ900型架桥机的主梁为研究对象,针对裂纹损伤,以固有频率和模态保证准则作为损伤检测的指标,用改进后的布谷鸟搜索算法对架桥机的结构进行了损伤识别.仿真结果表明：与其他智能优化算法相比,改进算法的收敛速度和全局寻优能力有明显的提升,能更准确的判断出架桥机结构损伤的位置和程度,故障识别精度更高.