大跨度悬索桥一体化节段模型疲劳试验研究

以青草背长江大桥(主跨跨径为788 m)为研究对象,为整体评估主缆-吊杆-钢箱梁一体化结构重要构造细节的疲劳特征,并验证其设计的经济合理及安全耐用性,开展了比例为实桥1:4的节段模型疲劳试验研究.试验结果表明:在设计疲劳荷载作用下,所得的应变位移结果与荷载近似呈一次函数特征,实测位移及应变在加、卸载过程中呈现较好的弹性特征,且应力重分布现象不明显,结构处于弹性变形状态;在节段模型关键构造细节处未发现疲劳开裂,其疲劳性能符合设计要求.通过对节段模型的疲劳试验研究,揭示了结构的疲劳特征和传力途径,试验结果进一步验证了一体化结构的实际抗疲劳能力,具有一定的工程参考意义.     

大跨悬索桥主缆-吊杆-钢箱梁一体模型疲劳试验研究

以往的悬索桥疲劳试验往往只针对索梁锚固区、正交异性钢桥面板和吊杆钢丝等钢桥的单一构件或部位,受边界条件影响较大,而一体化疲劳试验能够反应结构的整体疲劳性能。以某主跨788 m钢箱梁悬索桥为背景,为全面评估其主缆-吊杆-钢箱梁一体化结构关键构造细节的疲劳性能,验证其设计的合理性、安全性和耐久性,进行该桥1∶4缩尺的主缆-吊杆-钢箱梁一体化的模型疲劳试验研究。结果表明:在设计疲劳荷载作用下,实测位移与荷载大致呈线性关系,加/卸过程中位移有很好的对称性与可恢复性,应力重分布现象不明显;结构处于弹性工作阶段,该结构关键构造细节处均未发现疲劳裂纹,结构疲劳性能满足设计要求。通过一体化模型的疲劳试验研究,掌握了该结构的疲劳性能与传力规律,试验结果能反映主缆-吊杆-钢箱梁的实际抗疲劳性能,具有一定的工程参照意义。     

钢主缆与CFRP主缆悬索桥力学性能及极限跨径研究

运用解析法研究了在现有材料强度的基础上,钢主缆和CFRP主缆悬索桥的极限跨径。结果表明,跨径超过4 500 m后,钢主缆悬索桥的主缆直径将急剧增大,恒载所占比重超过全桥总荷载的95%,不宜采用;而CFRP主缆悬索桥在跨径超过5 000 m后,主缆面积仍能保持平稳增长,且远小于相同跨径下钢主缆所需面积,可行性高。此外,分别对主跨为1 500、2 000、3 000、4 000和5000m的钢主缆和CFRP主缆单跨悬索桥进行试设计,并对主缆、锚锭及桥塔受力、活载作用下的加劲梁挠度等力学性能进行了对比分析。得出:2 000 m以下的悬索桥钢主缆具有优势,而3 000 m以上的悬索桥采用CFRP主缆是可取的。     

基于WIM的大跨钢箱梁悬索桥疲劳荷载谱研究

基于某桥动态称重系统监测的车辆荷载相关数据,划分典型车辆类型,以周为单位时间对不同车型交通量随时间的变化情况进行统计分析。对不同车型的车重概率分布拟合,引入赤池信息准则和贝叶斯信息准则确定模型的最佳分量数。根据拟合的车重概率分布模型建立该桥的疲劳荷载谱,由等效轴重数据计算出各车型的疲劳损伤贡献率。结果表明：各周的车流量变化明显,尤其是两轴车和六轴车,且两类车占比趋势相反,所以有必要研究长时间段内的车流情况;各车型的车重概率分布均符合混合高斯分布,且由拟合优度判断可知拟合效果较好;虽然六轴车的频率低于两轴车,但其等效轴重产生的总疲劳损伤贡献率最高,所以六轴车为此桥的最不利车型。     

大跨径悬索桥索鞍处主缆长度计算方法

为了充分考虑索鞍对主缆长度的影响,兼顾操作便捷性与计算准确性,提出大跨径悬索桥索鞍处主缆长度解析计算方法. 首先,根据主缆与索鞍的几何关系,推导了索鞍处主缆曲线修正算法;然后,利用牛顿-拉菲森迭代法,对所得二元非线性方程组进行求解;最后,选取常见的主索鞍与散索鞍两组算例,验证该方法的可靠性. 结果表明:相比于传统算法,减少了6个方程与6个初始输入参数,表达形式更加明确;仅需输入两个参数,且对参数初始值设置没有严格要求,均可达到快速收敛的效果,增强了其可操作性;迭代次数减少50%,计算时间不足传统算法的10%,大大提高了计算效率,且计算精度可满足工程要求. 所提出的算法可方便地应用于建设期间主缆曲线长度以及索鞍位置的确定,使大跨径悬索桥的施工控制更为精准,进而确保其成桥状态满足设计要求.     

钢箱梁悬索桥大节段正交异性钢桥面板疲劳性能试验

针对正交异性钢桥面板的焊接细节在反复荷载作用下易疲劳开裂的问题,以三峡库区某大跨悬索桥的钢箱梁正交异性钢桥面板为工程背景,进行1∶2缩尺的钢桥面板疲劳性能试验研究,进行设计寿命期内的疲劳试验和极限寿命期内的疲劳试验.疲劳试验结果表明:200万次的循环加载后,模型上各测点的应力值波动很小,在加/卸载过程中位移具有良好的对称性、可恢复性与重复性,说明模型的应力状态稳定,没有出现因局部开裂、损伤而导致模型应力显著变化的现象,说明该桥的正交异性钢桥面板的构造满足设计要求,且有一定的安全储备.     

CFRP主缆与索夹间摩擦学性能试验研究

为研究悬索桥碳纤维增强复合材料(carbon fiber reinforced plastics,CFRP)主缆在索夹处的摩擦学性能,分析主缆与索夹间的摩擦接触特征,引用摩擦因数相关计算公式,分别进行平直接触及实桥接触下的当量摩擦因数试验.结果表明,CFRP主缆与索夹间的摩擦因数约为0.36,能满足抗滑移安全性能设计要求;径向挤压应力小于14.6 MPa时,CFRP丝与索夹的摩擦学性能比较稳定,径向挤压应力大于14.6 MPa时,摩擦因数有减小趋势;两种接触条件下,摩擦因数能较好吻合;理论计算偏于设计安全,适用于CFRP主缆与索夹间摩擦因数的计算.     

大跨径自锚式悬索桥主缆的线形计算及误差分析

针对自锚式悬索桥的主缆线形在施工过程中的变化特性,自编分段悬链线法和抛物线法程序实现了大跨径自锚式悬索桥主缆线形、空缆线形、各节段无应力长度、吊点坐标和索鞍预偏量等几何特征参数的精确计算;结合工程实例,对自编程序与Midas civil软件计算结果进行了比较分析. 结果表明:与有限单元法相比,分段悬链线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为11. 3%,抛物线法计算得到的索鞍预偏量相对误差为23%. 在施工中,分段悬链线法和抛物线法计算结果需要反复修正迭代以综合确定主缆线形.     

大跨度碳纤维复合材料主缆悬索桥的抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料缆索在大跨度悬索桥中应用的可能性，以主缆等轴向刚度为原则，拟定了一座主跨为1490m的碳纤维复合材料主缆悬索桥，并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风和空气动力稳定性的分析．通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较，讨论了不同主缆材料对大跨度悬索桥抗风性能的影响．分析结果表明大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后：（1）结构的自振频率特别是扭转频率有显著的提高；（2）静风作用下结构变形增大，但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近；（3）空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好．因此从抗风性能角度而言，大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的，但是主缆截面尺寸的确定应采用等轴向刚度为原则．     

部分抗剪连接钢-预制混凝土板组合梁疲劳性能试验研究

为了研究部分抗剪连接钢-预制混凝土板组合梁的疲劳性能,对两根组合梁试件分别开展了静力和疲劳加载试验。在疲劳试验中,跨中钢梁母材在200 MPa应力幅作用下经历了95.5万次等幅疲劳加载后最终发生了疲劳断裂;组合梁试件在疲劳荷载作用下产生了明显的刚度退化,在经历50万次的疲劳加载后,由疲劳损伤引起的组合梁跨中附加挠度约为初始挠度的45.1%。结果表明:焊缝缺陷是焊接钢梁发生疲劳破坏的重要诱因;部分抗剪连接组合梁在疲劳荷载作用下的附加变形计算应予以重视;通过合理设计,部分抗剪连接钢-预制混凝土板组合梁具有应用于桥梁工程的可行性。     

波纹钢腹板组合箱梁常幅疲劳性能试验研究

波纹钢腹板组合箱梁结构以波纹钢腹板代替传统的混凝土腹板,实现了主梁的轻型化。针对波纹钢腹板组合箱梁的破坏机理,研究了2根波纹钢腹板组合箱梁的静力和疲劳性能。记录了试验中裂纹萌生、扩展的全过程,分析了试件破坏模式、承载力、荷载-挠度曲线、荷载-应变曲线,并通过材料力学公式对100 kN时梁挠度进行计算。结果表明：箱梁破坏时纵向裂纹萌生于混凝土底板,纵向贯通拉裂后,波纹钢腹板与底板之间产生纵向滑移,混凝土销剪切错动破坏。实际工程中应对混凝土底板进行FRP加固或设置预应力筋减缓裂纹萌生以及扩展;箱梁具有很好的疲劳耐久性,疲劳试验中裂纹扩展缓慢,当P_max为静力试验承载力的50 %时,疲劳寿命超过6×10⁶周次;箱梁受力符合拟平截面假定,混凝土顶底板主要承受弯矩,波纹钢腹板主要承受剪力。挠度计算结果略小于试验值,属于偏安全计算,误差原因主要是未考虑波纹钢腹板剪切变形对梁挠度影响。     

温度对悬索桥索股垂度的影响分析

针对悬索桥主缆索股线形对温度变化敏感的特点,研究了主缆索股断面温度变化以及索塔塔身温度变化对索股线形的影响.考虑主缆索股沿跨度为同一温度,并根据无应力索长恒定不变的原理,给出了空缆状态下索股温度变化与垂度关系的迭代方法,以及温度导致的索塔偏位与索股垂度之间的相互影响,及相应的修正方法.比较了迭代修正法和有限元法分别计算得到的不同温差下索股垂度的改变量,两种方法计算结果吻合较好,最大偏差为9 mm,约为3%.分析表明,运用迭代方法修正由于温差引起主缆索股垂度变化量是可行的.     

高架桥箱梁C50高性能混凝土配制与工程应用研究

按照常州高架桥二期对箱梁混凝土提出的质量控制要求,结合高性能混凝土配合比的设计要点和聚羧酸系高性能外加剂的特点,经数次对比试验得出C50高性能混凝土配合比。混凝土采用泵送施工工艺浇筑,提出了施工过程中的注意事项。     

三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑技术研究

为了提高三塔悬索桥刚性中塔的鞍缆防滑安全度,研究了5个方案即在跨中设置中央扣、改变矢跨比、在塔根和主缆间设置扣索、在塔顶处设置钢结构构件、在索鞍两侧主缆上添加辅助拉索等的有效性。以泰州长江大桥为工程背景,结合有限元数值方法和解析法,证明了中央扣和扣索方案的效果甚微,而其余三个方案则十分有效,并给出相应的设计建议。     

桥梁节段模型风力试验研究

通过桥梁节段模型风洞试验测量了桥梁的风力 ,研究了桥面护栏和隔离带以及变模型长度对模型风力的影响 ,并分析了桥的驰振稳定性和颤振稳定性 .试验结果表明 :设计试验方案以及应用试验结果时应考虑模型长度、桥面护栏及隔离带的影响 .     

钢箱拱桥中CFRP系杆受力性能试验研究

结合怀化某大桥,按照相似原理,建立了碳纤维系杆拱桥缩尺试验模型,对其受力性能进行了试验研究;并采用空间有限元分析软件Midas/Civil对模型桥使用阶段各工况进行了空间模拟分析.试验结果表明：CFRP系杆拉力和拱脚水平位移的实测结果与有限元分析结果基本吻合;用有限元程序的计算分析结果指导模型桥测点选取和加载等工作是可行的,其分析结果是正确的;CFRP作为系杆其总预应力损失率的最大测量值为2.1%,预应力损失较小,其预应力值稳定.     

斜拉桥缆索动力特性研究

针对斜拉桥正逐步向大跨径、密索体系发展,而除测振法外,其它测量方法均难以满足斜拉桥施工、架设至竣工后的随时、迅速、准确地测定缆索索力的要求的状况,进行了斜拉桥结构模型试验,研究了原型的特性,为原型设计提供依据．在模型试验中,采用了动力测试的方法来测定缆索的索力,从而使模型试验与斜拉桥实桥缆索索力的动力测试更紧密地结合起来．     

双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁桥全桥试验模型

为了研究中国首座双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁桥——东江大桥的空间受力行为,并检验施工方案,针对其结构独特、受力复杂、施工难度大的特点,进行了全桥缩尺模型试验。详细介绍了东江大桥模型试验的目的、模型总体构造、截面设计原则、连接构造、施工过程模拟、支座设计以及试验加载等。从模型设计可以看出：该模型制造难度较大;研制的模型能够满足利用试验模拟施工全过程以及对结构局部进行测试的要求。     

无背索斜拉桥结构模型剪力滞效应实验研究

以长沙市洪山大桥塔梁墩固结节段模型试验为基础,应用有限元方法分析该结构模型在轴力和弯矩作用下该结构在固端的剪力滞效应,即主箱梁和桥面板各承担多少力的变化规律,给出了该结构模型剪力滞效应的变化规律及应力等值线图.     

双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁桥全桥静动力模型设计

介绍了东江大桥双层桥面三桁刚性悬索加劲钢桁梁全桥静动力模型的设计方法。在刚度相似法的基础上进行改进,确定合适的相似比,有效地解决了模型与实桥各部分结构弹性模量相似比不一致的模型设计问题;并通过增加附加质量的方法,使得模型桥各部分的角频率与实桥的角频率具有一致的相似比。最后介绍了模型试验自重荷载及活载加载的有限元计算方法。该方法解决了加载点多且分布不均匀的难题。