预张力悬索桥及其静力学性能分析

为从理论上获得预张力悬索桥的力学特性,利用大位移不完全广义势能变分原理,建立了预张力悬索桥的一般基础微分方程.在进一步引入假设条件下,导出了基于古典挠度理论的平衡微分方程.通过对微分方程的解析,讨论了预张力悬索桥的静力学特性及其与普通悬索桥的区别.结合算例悬索桥的数值分析表明,预张力悬索桥由于抗风索的存在,以及结构中建立的预张力,在提高结构刚度、减小加劲梁弯矩等方面具有一定的优越性.     

三索面斜拉桥索塔锚固区应力及优化分析

以国内最大跨度的公铁两用斜拉桥为背景,针对其特有的三索面三室混凝土索塔结构,利用大型通用有限元软件ANSYS对锚固区节段建立了精细分析的有限元模型。结合桥梁整体受力特点,分析了在主力组合作用下节段锚固区应力场分布规律。针对索塔锚固区横向应力过大的问题,对锚固区横向预应力进行了优化,对比分析了优化前后的局部应力场,得出优化后锚固区应力满足规范和工程要求。     

混凝土箱梁氯离子扩散效应分析与寿命预测的CA模型

为了准确地模拟混凝土箱梁中氯离子的侵蚀过程,预测截面内任意时刻任意位置的氯离子浓度以及结构耐久性使用寿命。基于2D元胞自动机原理建立了混凝土氯离子扩散的元胞自动机模型(CA模型),模型同时考虑了材料和龄期对氯离子扩散效应的影响。以某箱形截面梁为例,根据箱梁中氯离子扩散的元胞自动机模型,编写了MATLAB计算程序,分析了氯离子在截面内的扩散规律,并根据模型对该结构耐久性使用年限进行了预测。研究结果表明:与氯离子浓度解析解和试验值相比,建立的元胞自动机模型能够有效地模拟混凝土箱梁氯离子扩散过程,且计算精度较高;根据截面倒角形式的不同,氯离子呈现出不同的扩散规律,不同位置氯离子浓度达到钢筋锈蚀临界浓度所需的时间不同;通过与寿命预测解析解进行对比,证明了该模型能有效预测混凝土结构耐久性使用寿命。利用该模型对氯盐侵蚀环境混凝土箱梁耐久性使用寿命进行预测,分析得出服役51 a左右该结构将达到耐久性极限设计状态。     

波形钢腹板PC简支箱梁桥的扭转振动频率分析

为精确计算波形钢腹板预应力混凝土(prestressed concrete,简称PC)简支箱梁桥的扭转振动频率,在考虑箱梁自由扭转扭矩与约束扭转扭矩的基础上,运用D′Alembert原理推导了波形钢腹板PC箱梁桥的扭转振动频率方程,给出了与该桥型扭转振动频率求解相关的极惯性矩、扭转常数及扇形惯性矩的计算方法,并根据简支梁的边界条件求得了该桥型扭转振动频率的计算公式。制作了波形钢腹板PC简支试验梁,对其进行了动力特性测试获得自振频率和振型,在建立试验梁的ANSYS有限元模型时提出波形钢腹板与混凝土翼板实现刚性连接的方法,结合试验梁的实测值和有限元计算值验证了波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率计算公式的正确性。分析了自由扭转扭矩和约束扭转扭矩单独作用时对波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率的影响,研究表明,约束扭转扭矩对其扭转振动频率的影响较大,而自由扭转扭矩对其扭转振动频率的影响很小。     

“线桥隧一体化”土木工程卓越人才培养体系的构建与实践

结合土木工程卓越计划试点专业建设,借鉴国际工程教育最新理念,立足学校铁路交通专业传统优势和特色,在既有土木工程"厚基础、宽口径"人才培养模式基础上,创办"线桥隧一体化"土木工程卓越计划班,实行"依托大工程、校企联培、实践创新并举"的育人模式,构建了与《华盛顿协议》相匹配的土木工程卓越人才培养标准,形成了以厚基础、重实践、求创新为核心的校企"3+1"联合培养课程体系,并以"校企双轨"模式建立了实践和创新基础平台建设新机制,优化了师资配置,完善了涵盖人才培养全过程的质量跟踪和控制体系。成功培养了首批77名基础扎实、工程实践和创新能力强的土木工程卓越计划毕业生,推动了产学研合作的新模式,为新时期应用型工程教育人才培养提供了示范作用,具有辐射效应。     

单箱双室箱梁对称弯曲时的局部扭转效应

为研究单箱双室箱梁在对称竖向荷载作用下的受力特征,基于横截面的荷载等效原理与荷载分解,分析了单箱双室箱梁对称弯曲时的局部扭转效应。基于截面的剪力流平衡和箱室受力分解,得到了局部扭转的等效荷载及应力计算式。通过与有机玻璃模型试验和有限元模拟结果的对比,验证了局部扭转效应计算式的正确性,并获得了单箱双室简支箱梁的局部扭转效应下的应力分布规律。研究表明,单箱双室箱梁在仅中腹板作用竖向荷载及两边腹板作用相等竖向荷载时,均存在纵向弯曲和局部扭转的组合变形模式。局部扭转由约束扭转、畸变和横向弯曲效应组成,在截面引起纵向应力和横向应力。局部扭转效应的理论计算结果与模型试验和板壳有限元分析结果吻合良好,表明基于截面剪力流等效的局部扭转荷载求解方法对双室箱梁是适用的;单箱双室箱梁的局部扭转效应在荷载作用点附近截面最为突出,截面上、下缘纵向应力和横向应力以中腹板为拐点呈折线分布,其应力分布和大小与荷载在横截面上作用的部位紧密关联;对算例箱梁,局部扭转效应产生的纵向应力可达初等梁弯曲应力的25%。     

混凝土箱梁考虑翼板厚度变化的剪力滞效应

针对翼板沿截面宽度方向变厚度的混凝土箱梁,利用势能变分原理,建立了可以考虑翼板厚度变化的剪滞效应分析通用方法;针对简支梁和悬臂梁等基本结构体系,系统研究了改变翼板厚度变化对正剪力滞效应、负剪力滞效应和剪力滞变形的影响规律。结果表明,翼板厚度变化对箱梁的截面应力和变形均产生影响。考虑翼板厚度变化对计算结果的影响可达15%。     

长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理及抗弯性能研究

为了研究长期腐蚀环境影响下GFRP筋混凝土构件的老化机理以及抗弯性能,分别分析了水分、温度、碱性环境等因素对GFRP筋抗拉强度、有效受拉面积和粘结强度等性能方面的影响。基于GFRP筋材料老化后与混凝土协同工作关系的变化,通过构造新的几何条件,推导了老化GFRP筋正截面抗弯承载力计算公式,利用推导的公式分析了不同GFRP筋老化率对构件承载力的影响。研究表明:GFRP筋混凝土构件在腐蚀环境长期作用下,GFRP筋不断老化,其抗拉强度、有效受拉面积以及粘结性能都有不同程度的降低;随着GFRP筋材料老化率的不断增加,构件抗弯承载力损失率也不断增加,当老化率达到27%时,构件抗弯承载力也相应损失了25.97%。     

基于可靠指标的混凝土箱梁桥氯离子扩散效应分析与寿命预测

为了准确模拟和分析氯离子在混凝土中扩散的随机效应,从概率论的角度出发,在Fick第二定律的基础上,建立了考虑氯离子随机扩散效应的元胞自动机模型.同时结合结构可靠度设计理论,基于结构可靠指标,提出了一种能够预测结构耐久性使用寿命的预测方法.以某单箱双室系杆拱桥为例,对氯离子的侵蚀过程进行了模拟,并对结构耐久性使用寿命进行了预测.研究结果表明:建立的氯离子随机扩散模型可以有效模拟氯离子在扩散过程中的随机性和不确定性,能够反映工程中氯离子的实际侵蚀过程;对具有复杂截面形式的混凝土箱梁而言,为了能够获得准确的计算结果,在进行氯离子扩散效应分析时应充分考虑截面的几何特征;预测结果表明,该结构服役45年左右时将达到结构耐久性极限设计状态.     

氯离子侵蚀环境下钢筋混凝土箱梁的弯曲行为试验研究

氯离子引起的钢筋锈蚀是钢筋混凝土箱梁性能劣化的主要原因之一.以氯离子对钢筋混凝土的侵蚀机理为基础,开展单室箱梁氯离子侵蚀的试验研究,制作了钢筋混凝土简支箱梁模型,主要分析了荷载作用下氯离子侵蚀对钢筋混凝土箱梁弯曲行为的影响程度.结果表明,钢筋混凝土箱梁经氯离子侵蚀并开裂后顶板处钢筋应力曲线变缓,应力增长较快,相反的底板处钢筋应力曲线变陡,应力增长较慢;通过荷载作用下腹板裂缝对比分析得出氯离子侵蚀加速了腹板裂缝的产生.