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.     

“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。     

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。     

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。     

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%。     

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。     

戈壁风沙环境下钢结构涂装层与基体界面应力研究

为了分析戈壁地区风沙冲击作用下钢结构涂装层与基体界面的应力问题,以戈壁地区风沙特征为背景,基于研究涂层材料与基体界面应力的镜像点法,通过Dirichlet等值性原理和边界条件,建立了钢结构涂装层与基体界面应力的研究方法,研究了呈现空间分层异性的风沙粒子在高度、冲蚀角度和冲蚀速度的耦合条件下冲蚀涂层时界面应力的变化规律.结果 表明:在西北戈壁地区的风沙特征下,钢结构涂装层与基体的界面应力在距地面1.5 m高度处最大,且1.5 m高度处界面应力最大值约为3.0 m和5.0 m高度处界面应力最大值的6倍和11倍.钢结构建筑物在1.5 m高度及以下的部分应采用底漆、中间漆和2道面漆的多层涂装体系,且第2道面漆应做加厚和光滑处理的涂装工艺.界面应力与沙粒粒径和冲击速度均成正相关.随距沙粒冲击点距离的逐渐增大,界面压应力和切应力均呈现先增大后减小的变化规律.在同一位置处,相同冲击速度下,界面压应力在冲击角度为75°～90°范围时较大,界面切应力在冲击角度为30°～45°范围时较大.     

叠合系杆拱桥横撑设置方式对面外屈曲安全性能的影响

叠合拱桥是一种将组成主拱肋的上、下拱肋部分分离且拱脚(支撑点)分设在不同墩(台)上的新型拱桥体系。以叠合系杆拱4种横撑设置形式作为分析模式,分析不同横撑的设置位置及形式对叠合系杆拱面外屈曲的影响,得出各模式下的稳定安全系数及失稳模态,分析对面外稳定较为突出的影响因素,供设计参考。     

以创新能力培养为目标的土木工程专业实践教学体系探析

结合新时期对大学生创新实践能力培养的总体要求,根据工程教育的特点,基于"实践中创新、创新中实践"的认识论基本规律,探讨采用课内与课外、现实与虚拟、理论与实践、校内与校外相结合的立体化教育教学方式,强化学生实践创新能力的系统化培养。     

卵石层钢板桩插打的引孔回填料设计与成桩试验研究

为解决河道卵石层地质钢板桩插打施工的难题,结合工程现场实际开发了一种以粉质黏土、膨润土、锯末、水泥等材料组成的新型引孔回填料。通过多因素正交试验研究了新型回填料的材料组分对凝固体抗压、抗剪和抗渗性能的影响规律,给出了满足设计要求的施工配合比。通过现场钢板桩的对比试验,分析了新型引孔回填料的嵌固效果。研究结果表明:粉质黏土掺量对回填料凝结体黏聚力和抗压强度的影响最为显著,锯末掺量对回填料凝结体内摩擦角和抗渗性能的影响最为显著;在最大水平荷载作用下,采用新型引孔回填料后钢板桩的桩顶平均水平加、卸位移、压应力和地基水平反力系数的比例系数分别是采用现场渣土回填后钢板桩的46%,28%,1.39%,2.8%,证明采用新型回填料后的土体刚度更大,抵抗变形的能力更强,对钢板桩的嵌固效果更好。该新型引孔回填料具有取材方便、施工便捷和材料性能好的综合优点,可在同类型工程施工中推广应用。