基于自动型全站仪的桥梁结构动态监测试验

为了解决桥梁动态监测中难以同步监测准静态位移和动态位移的问题,首次采用自动型全站仪(RTS)监测桥梁结构位移和振动频率,并在英国诺丁汉大学 NGB实验室、诺丁汉威尔福德悬索桥分别进行模拟试验与实桥监测试验。集成全球导航卫星系统(GNSS)接收机和自制精密时间数据采集器,使RTS和加速度计同步采集GNSS时间,用皮尔逊积矩相关系数法修正时滞;设计8阶Ⅰ型切比雪夫高通滤波器,分离RTS位移中的准静态部分和动态部分,并使用改进的切比雪夫高通滤波和梯形法则数值积分方法,从加速度数据中获取位移数据。分析结果表明：RTS 能同时监测结构振动准静态位移和动态位移,静态监测精度优于0.5 mm,动态监测精度优于2.0 mm;RTS和加速度计监测的动态位移、振动频率结果吻合,两者位移差值的标准差小于0.7 mm;RTS 监测方法精度能满足实际工程要求。     

基于振动力场作用下沥青黏度影响研究

为研究振动力场作用下振动参数对SBS改性沥青黏度的影响,在一定温度下,通过改变振动频率和幅值研究沥青胶结料黏度的变化规律,并基于试验结果从动力学角度分析振动力场对沥青黏度的作用机理。结果表明:振动力场能够降低沥青的黏度;沥青降黏率与振动幅值紧密相关,幅值越大,降黏率越高,当振动频率为20 Hz时,振动幅值对SBS改性沥青黏度的影响最大;随着振动频率的升高,沥青降黏率不断增大,频率对降黏率的影响程度与振幅有关。这为将振动拌和工艺引入沥青混合料拌和过程提供了理论基础。     

含水率和法向循环荷载对残积土剪切特性的影响

为了研究花岗岩残积土的静、动力剪切特性，利用大型直剪仪进行了一系列法向恒荷载和法向循环荷载作用下的直剪试验，采用了不同的含水率(13%、17%、21%、25%)、振幅(5、10、20、30 kPa)、法向加载频率(0.5、1、2 Hz)和初始法向应力(50、75、100 kPa),研究了残积土的剪应力、体积变形、强度参数和微观结构的变化规律。试验结果表明：在单调直剪和法向循环荷载作用下的直剪试验中，随着含水率的升高，土体由剪切软化变为剪切硬化，黏聚力先增大后减小，内摩擦角逐渐减小；在法向循环荷载作用下的直剪试验中，土体上、下剪切强度均随着含水率的升高先增大后减小，当含水率为17%时达到最大。相比于单调直剪试验，法向循环应力削弱了土体剪切强度，且含水率越低，强度比越小，法向循环应力对土体强度的不利影响越大；剪应力和法向位移随法向应力发生周期性波动，且剪应力和法向应力间存在相位差；土体剪切强度和法向位移随着振幅的增加先增大后减小，且振幅越大，剪应力幅值越大；法向加载频率越高，土体剪切强度越小，体积剪缩量越大。     

频率变化对连杆动态应力的影响研究

通过试验研究验证了连杆有限元仿真模型的精确性,进一步研究了加载频率变化对连杆动态应力的影响,得到了加载频率变化对连杆动态应力的影响规律.结果表明:在加载频率较低时,连杆动态应力会随着加载频率的增加而增大,但总体来说应力值增加不大,可以忽略;在加载频率较高时,加载频率对连杆动态应力的影响很大,不可忽略.     

液位连通管竖管横桥向振动的管底动压力特性研究

为减小主梁横向振动对液位连通管测量结构竖向位移精度的不利影响,采用试验和理论分析相结合的方法,开展液位连通管竖管在横桥向激励下的管底动压力特性研究。通过人工干预的频率扫描法分析不同液深、激励振幅和管径对竖管内液体一阶固有频率的影响,修正浅水重力波液面一阶共振频率计算公式,提出降低横向振动对结构竖向位移测量影响的连通管竖管几何尺寸设计方法。结果表明:在外激励下,液位连通管竖管管底中心位置压力差变化频率以激励频率的2倍频成分为主;在浅液深、低振幅的一定频段范围内,连通管竖管管底压力差时程曲线出现压力双(波)谷现象;横桥向振动导致的连通管竖管内液面晃动在管壁的上升高度稳态值约为液深的30~35%;液位连通管竖管尺寸的优化设计频率值宜控制在主梁横向振动频率值±0.65Hz以上。     

交通动荷载引起的公路路基应力响应试验研究

为预防和整治路基病害问题,查明长期服役状态下的路基动应力分布是关键因素之一.依据相似理论设置了精细化的小比例路基模型;通过对路基模型施加简谐荷载,分析加载幅值、频率等因素对路基动应力的影响,并以路基的应力状态为指标来判定路基工作区深度及交通荷载的影响范围.结果 表明:交通荷载的影响范围主要集中在轮载的正下方,水平方向的有效作用距离几乎可以忽略不计,在实际公路病害整治中可定点整治;路基动应力随加载幅值增大而增大,随加载频率增大而减小,且加载幅值对路基的影响程度要显著高于频率的影响程度;一般公路路基工作区深度为100～110 cm,施工时应确保此范围内路基土体的填筑质量.     

公路钢拱塔斜拉桥车致振动试验与数值分析

为了研究沈阳市三好桥(公路钢拱塔斜拉桥)在汽车荷载作用下的动态响应,通过测试得到不同速度的车辆通过时桥梁的竖向振幅和冲击系数,通过数值分析得到不同阻尼桥梁相应的动态响应和动力放大系数。分析结果表明:桥面平整的桥梁可采用数值方法计算桥梁的动态响应及其动力放大系数;主梁的位移和弯矩的冲击系数与车速呈波动变化,塔根弯矩的冲击系数、斜拉索和水平索最大索力和应力幅的冲击系数随着车速的增大而增大;不考虑阻尼时,桥梁各响应量的冲击系数的值偏大;考虑阻尼比时,各响应量的冲击系数随着桥梁阻尼比的增大而减小;阻尼比较小的桥梁,阻尼比对其动力响应影响较小。     

橡胶沥青混合料疲劳寿命关键影响因素分析

采用三分点加载小梁弯曲疲劳试验研究橡胶沥青混合料的疲劳寿命,分析了油石比、空隙率、胶粉掺量等内在因素和应力比、加载频率等外部因素对疲劳寿命的影响,并选用AC-13和SMA-13两种结构作对比。试验结果表明:疲劳寿命随油石比增大呈现先增大后减小的趋势,存在最佳油石比使疲劳寿命达到最大值;在正常范围内,减小空隙率能够提高疲劳寿命;当胶粉掺量为19%时疲劳寿命最大,相同的胶粉掺量下,AC-13结构的疲劳寿命高于SMA-13结构;应力比小于0.5时,疲劳寿命随应力比增大大幅减小,而当应力比大于0.5时,疲劳寿命随应力比增大而减小的趋势变缓,应力比相同时,SMA-13结构的疲劳寿命高于AC-13结构;在特定应力比下,增大加载频率可以大幅提高疲劳寿命,当加载频率增大到一定程度后疲劳寿命将趋于恒定。     

准饱和土中单桩竖向荷载作用下的动力响应

根据Biot饱和多孔连续介质波动方程,基于Bardet对准饱和土的假设,提出了准饱和土二相介质波动方程;运用Helmholtz矢量分解和传递、透射矩阵法(TRM)推导出准饱和土中层状半空间受竖向荷载作用下的动力响应表达式;利用Muki虚拟桩法,在层状半空间建立了桩和准饱和土相互作用的第二类Fredholm积分方程,通过离散的数值积分方法求解积分方程,讨论了准饱和土中单桩竖向动力响应问题.算例分析表明,准饱和土中桩顶竖向阻抗随饱和度的减少而增大,与饱和土地基相比,明显偏大;桩侧孔压随饱和度的减小而增大,并沿着桩长迅速衰减;桩顶位移幅值在频率较小时变化明显,饱和度越小,位移峰值越大,当频率较大时,饱和度的变化对振幅的影响不大.     

CFRP斜拉索模态耦合内共振特性

为研究CFRP拉索模态耦合内共振特性,建立了反映拉索面内、外1阶模态耦合作用的二自由度振动模型,该模型考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性。利用该模型,采用数值方法分析了相同条件下的CFRP拉索和钢拉索在纯平面和非平面荷载作用下的内共振响应,并研究了外激励幅值、阻尼比、初始扰动等对内共振的影响。研究结果表明,当拉索的面内、外频率满足共振条件时,拉索同时发生荷载作用面内的主共振和面内、外的内共振;随着外激励幅值的增大,2种拉索面内、外最大位移增大,当外激励幅值小于一定值时,2种拉索不能发生内共振;随着阻尼比的增大,拉索发生内共振时的最大和稳态振幅呈现减小的趋势,当阻尼比分别增大到一定程度时,2种拉索不能发生内共振;随着初始扰动的增大,拉索的面内、外最大振幅和稳态振幅基本保持不变,但能量从面内传递到面外所用的时间变短;在运动过程中,CFRP索拍频明显高于钢索,其由瞬态振动进入到稳态运动的时间均早于钢索,而最大振幅和稳态振幅小于钢索。     

特立尼达湖沥青(TLA)改性沥青混合料的动态模量试验研究

在不同温度、加载频率和侧向应力条件下,选取工程常用的AC-13和AC-20混合料,采用SPT试验仪对TLA改性沥青混合料的动态模量进行测试。基于西格摩德模型和时温等效原理,生成沥青混合料动态模量主曲线,分析温度、加载频率和侧向应力对沥青混合料动态模量发展态势的影响。研究结果表明:随着加载频率的增大(温度的降低),TLA改性沥青混合料动态模量单调递增,具体表现为逼近-递增-逼近趋势。相对于侧向应力为0kPa时,140kPa围压条件下TLA改性沥青混合料的动态模量增大,且动态模量的感时性(感温性)降低,因此试验参数选取阶段应考虑围压对动态模量的影响;但随着加载频率的增大,围压对TLA改性沥青混合料动态模量的影响显著性降低。高频(低温)区AC-13和AC-20两种TLA改性沥青混合料动态模量基本重合,表明随着加载频率的增大,沥青混合料类型(最大公称粒径)对动态模量影响的显著性降低。     

土拱效应对桩-土竖向纵波稳态振动响应的影响

为研究土拱效应对桩-土竖向纵波稳态振动响应的影响,首先建立桩-土系统振动响应模型,通过哈密顿原理以及变分法推导出桩体位移控制方程,并利用迭代算法求解解析解;然后采用有限元软件建模并对不考虑土拱效应下竖向纵波稳态振动响应的数值解与解析解进行对比分析,验证理论模型和数值模型的一致性和可行性;最后考虑土拱效应,通过数值模拟探究土拱效应对桩体振动位移响应的影响。结果表明:无量纲频率下,桩体长细比S1对桩体的位移振动响应有显著影响,土拱效应能够使桩体竖向振动响应的刚度增大,同时减小桩体的竖向振动位移响应的数值。     

土工格栅加固浅层软土地基的有限元分析

为了评价土工格栅加固浅层软土地基的效果,对公路软土地基稳定性进行现场监测,通过试验确定土和格栅的计算参数;运用有限元理论,研究浅层软土地基在分级加载情况下的稳定性,并分析格栅加筋效果的影响因素.结果表明:理论计算的侧向位移值和竖向位移值与现场观测结果基本吻合;铺设格栅能有效地控制软土地基的侧向位移,而对减少路堤的竖向位移效果不明显;随着路堤填土的增加,土工格栅的拉力逐渐增加,并且格栅拉力的峰值有逐渐向路基中线方向移动的趋势;加筋模量增大,格栅对坡脚下各点侧向位移的约束作用增强,对路堤底部沉降的变化没有影响;铺设多层格栅比铺设1层处理效果好,但不显著;如果只铺设1层土工格栅,那么在软土地基表面铺设对侧向位移约束的效果最好.     

软弱地层隧道不同桩基设计参数的对比研究

为了系统研究在隧道开挖、支护过程中不同桩基设计参数对地层力学行为的影响规律,运用数值分析方法,通过分别改变桩基的桩长、桩径、桩间距和桩土刚度比,对比分析地层竖向位移及应力变化规律,并对桩基设计参数进行比选优化。研究结果表明:在一定范围内,桩长越长,桩径越大,桩间距越小,相应的地层竖向位移越小且第一主应力也越小;在桩长、桩径、桩间距一定的情况下,仅考虑弹性模量对其影响时,桩土刚度比越大,地层竖向位移越大,桩基轴力增大趋势越明显。     

沥青加铺层抗反射裂缝性能的影响因素

为了分析加铺层材料类型、裂缝宽度、加载频率、加载位置、加载应力比等因素对沥青加铺层抗反射裂缝性能的影响,通过建立水泥混凝土加铺沥青层的模型,采用MTS进行疲劳试验。试验结果表明:SBS沥青+PRM+土工格栅混合料的抗反射裂缝能力优于其他材料;裂缝宽度越小,加铺层混合料的抗反射裂缝能力越好;加载为偏荷载时,沥青加铺层的抗反射裂缝能力越好;当加载频率小于10Hz时,沥青加铺层的抗反射裂缝能力锐减;应力比越小,沥青加铺层的抗反射裂缝能力相对较好。     

均质地基土体竖向位移对被动单桩的受力特性分析

采用两阶段法得到地铁隧道开挖引起群桩的竖向位移和内力的解析解,第一阶段采用Loganathan和Polous提出的解析解估算土体的自由位移场,为使计算方便,采用多项式进行拟合;第二阶段依据文克尔地基模式,将自由土体位移施加于桩,首先建立被动土体位移作用下单桩竖向位移控制方程,利用常数变易法得到均质地基由于隧道开挖对单桩的竖向位移和内力的理论解析解;最后具体研究主要参数如:等效地层损失比、泊松比、桩基轴线离隧道轴线的水平距离、隧道的埋深、桩长、桩径、桩的轴向刚度因素变化对单桩的竖向受力特性的影响规律。     

循环荷载特征对筋土界面剪切特性的影响试验

采用大型结构面剪切仪进行了循环荷载作用下土工格栅与砂土的直剪试验,研究了法向循环荷载特征对土工格栅与石英砂界面剪切特性的影响。循环荷载的波形取余弦波、三角波、方形波3种,频率分别为0.01、0.05、0.1、0.5 Hz,振幅选择25、50、75、100 kPa四种。分析结果表明:法向循环荷载波形控制了剪应力的变化规律,但对界面的峰值剪应力影响不大;频率和振幅对界面剪应力有显著的影响,峰值剪应力随频率的增大而减小,随振幅的增大而增大;频率和振幅对砂土体积应变的影响明显,随着频率和振幅的增加,石英砂的体积应变由剪胀向剪缩过渡。     

实测车辆荷载作用下桥梁位移响应及其相关性分析

为研究实测车辆荷载作用下桥梁的位移响应,以安庆长江公路大桥为工程背景,基于参数修正方法建立有限元模型,计算得到跨中位移影响线;基于动态称重系统(WIM)及拍照系统提取车流数据,将实际车流信息施加于位移影响线,分析实测车辆荷载下桥梁跨中位移的反演值,并与GPS系统监测得到的位移值进行对比。结果表明:基于车辆荷载反演桥梁位移响应的方法能较为准确地反演出车辆过桥时主跨跨中位移值的变化情况,车辆荷载作用下桥梁跨中位移存在时滞效应,选取120s用于修正安庆长江公路大桥GPS监测值和反演值时程曲线,消除时滞效应后两者吻合较好;车辆荷载不仅引起桥梁下挠,同时造成位移响应振荡效应,且荷载越大振荡效应越明显;单车辆荷载作用下GPS监测值与反演值两者相差小于10%,多车辆荷载作用下两者相差较大。该方法可为桥梁健康监测以及GPS监测值校验提供参考。     

多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。     

大跨度公铁两用钢桁梁悬索桥整体静动力特性分析

为给大跨度公铁两用悬索桥的设计提供参考,以某主跨1 092m公铁两用钢桁梁悬索桥为工程背景,采用MIDAS Civil建立该桥整体有限元模型,分析列车荷载不同加载长度对结构内力和变形的影响,提出合理的列车荷载图式加载长度;计算列车、汽车活载作用下的加劲梁挠跨比以及结构温度效应;分析结构的基本动力特性,并对铁路悬索桥合理约束体系进行探讨。结果表明:不同列车荷载图式加载长度对桥梁构件内力的影响不大;列车、汽车活载作用下的加劲梁竖向挠跨比为1/488,横向极限风作用下的加劲梁横向挠跨比为1/1 181;温度作用对加劲梁竖向挠度影响明显;该桥基频为0.094 8Hz,对应1阶正对称横弯,1阶竖弯频率为0.164 7Hz,扭弯频率比在2.0以上。