大跨度铁路桥梁健康状态评估的统计对比诊断方法研究

利用桥梁结构长期健康监测系统获取的大量数据,结合大跨度铁路桥梁的结构受力特点,提出了一套基于静力识别的统计对比诊断桥梁结构整体性能的评估方法。其基本思路是:先根据桥梁结构完好状态下监测系统所采集到的环境变量(包括环境温度、湿度及荷载等)与结构响应变量的大量样本,采用统计分析的方法建立环境变量与结构响应变量之间的函数关系;在诊断和识别桥梁结构是否异常时,将实测环境变量代入以上函数,预测结构的响应量值,并计算出实测响应量与预测响应量的差值,再将这个差值与事先拟定的诊断标准进行比较,判别桥梁结构是否发生异常。这种方法可以综合考虑多种因素对结构响应量的影响,有望实现对桥梁结构健康状态的实时评估。     

大跨径连续刚构桥安全性评估的基准有限元模型

以八尺门连续刚构桥为背景,结合其健康监测系统,探讨监测数据处理和安全性评估通常值、限值确定方法。基于健康监测进行该桥有限元模型动力修正和模型验证,得到该桥基准有限元模型;利用基准有限元模型确定桥梁安全性评估安全阈值。结果表明:该桥监测系统能满足桥梁健康监测和安全评估基本需要,基于健康监测长期统计通常值确定方法和基于基准有限元模型的安全阈值确定方法可为健康监测系统设定安全预警值提供依据,满足桥梁安全性评估要求。     

基于变权综合原理的斜拉桥索力、线形状态评估

基于变权综合原理,建立斜拉桥索力、线形状态评估模型。以约束优化索力值为基准值,引入索力上下限;以成桥线形作为基准值,以控制点的竖向允许位移高次插值形成线形评估的上下限。编制状态评估算法,利用变权综合原理和斜率关联度,以适度指标模型进行线性插值,并根据一组实测数据,对索力、线形状态进行评估。计算结果表明,随着均衡系数的减小,桥梁构件评估结果是一个加速退化的过程;变权模式作用下的变权权重越发散,评估结果的退化过程越剧烈,均衡系数-评分曲线的曲率越大。对于每个测点评分状态完全一致的桥梁构件,其均衡系数-评分曲线的曲率恒等于0,即评估结果将与均衡系数的取值无关,数值模拟结果与预测基本吻合。     

悬索桥状态评估中初始张力确定的反分析方法及应用

以悬索桥运营期状态评估为背景,提出以既有状态为基准进行初始张力确定的反分析方法。结合缆索力学平衡方程,提出反分析的基本原理,建立悬索桥状态评估反分析流程。以跨度为180 m的悬索桥为例,进行初始张力反分析,得到以所得初始状态为基准的活载效应理论分析结果。通过与以设计为基准的荷载效应理论解和现场实测结果的对比,分析初始张力确定的误差对桥梁挠度和缆索应力的影响。结果表明:本文提出的悬索桥缆索初始张力反分析方法精度较高、可操作性较强,对同类悬索桥状态评估中初始张力的确定具有理论借鉴意义。     

桥梁健康监测技术发展现状及趋势分析

研究目的：通过对桥梁健康监测技术涉及到的模型修正、指纹、动力等不同的状态评估方法的归纳，对桥梁健康监测技术现状进行了综合分析，并对健康监测技术的发展趋势进行预测。研究结果：桥梁健康监测与状态评估系统的研究尚处于基础性的探索阶段，距离实用性的系统目标尚有很大的差距。目前仅能准确测量低频响应，而低频响应多为结构的整体模态，对整体响应贡献小的局部，即使在整体模态中有所反映，但由于量值过小，往往也容易淹没在噪声、误差和不确定因素引起的扰动之中.今后桥梁健康监测的发展方向一是降低噪声和不确定性因素的影响，二足提高桥梁损伤诊断方法的灵敏度，通过技术优化可以达到对损伤程度的量化     

基于动力的预应力混凝土独塔斜拉桥承载力评估

结合桥梁现场环境振动试验和有限元模型修正,本文提出了一套基于动力的大型桥梁承载力评估方法,并应用该方法对一座预应力混凝土斜拉桥的承载力以及发生可能损伤后的承载力进行了分析评估。结果表明:该斜拉桥在当前状态下能够满足设计要求,不需要进行调索,但拉索面积折减与超载对桥梁承载力具有较大的影响。此类评估对于桥梁养护与维修、长期健康监测具有重要的意义。     

小边跨梁拱组合体系桥梁静动力荷载试验与结构评定分析

为验证小边跨梁拱组合体系桥梁在正常运营状态下结构受力性能是否与设计目标吻合,基于现场荷载试验研究了该桥在中载及偏载作用下桥梁各构件内力、变形及应变,同时基于脉冲试验、行车试验、刹车试验研究该桥的自振频率、冲击系数,并最终同有限元计算结果进行对比。试验结果表明:该小边跨梁拱组合体系桥梁静载试验荷载效率系数在0. 86～1. 04,介于0. 85～1. 05之间,满足JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》规定;不同部位控制截面实测挠度均小于计算值;实测振型与有限元结果具有很好的相关性,且实测频率值均大于计算值,同时实测冲击系数平均值小于计算值,表明桥梁结构整体性能及技术情况良好。该小边跨梁拱组合体系桥梁在正常使用状态下主桥承载能力均满足城市-A级荷载等级要求。     

Fisher最优分割在桥梁健康监测门槛值分级中的应用

为提高桥梁健康监测系统的监测能力,完善状态评估系统,对结构特性参数的门槛值进行分级.Fisher最优分割原理可以将有序序列进行最优分类,使得离差平方和最小.建立ANSYS有限元模型,采用实测轴重数据,进行动力分析,对桥梁中跨跨中的横向位移监测指标从数值上按照Fisher最优分割原理进行分级分为:正常值,异常值,报警值.为检验分级效果,将横向位移在各数值段内出现的频率作为分级指标.结果表明,两种分级指标得到的门槛值较吻合,符合统计规律;2.205 mm和2.455 mm可作为横向位移的门槛值.其他监测指标可以采用同样的方法得到.     

盾构隧道地层抗力系数的修正计算方法研究

研究目的:地层抗力系数的合理取值对于盾构隧道管片衬砌结构的设计的合理性、安全性至关重要。鉴于此,本文从既有的盾构隧道地层抗力计算方法出发,通过引入荷载修正和断面不同位置修正的系数ξ,考虑地层中隧道结构与地层的相互作用,推导出基于简化二向不等地应力场假定的地层抗力系数的修正计算公式,并与既有地层抗力系数的计算方法及现场实测数据进行对比分析,对该修正计算方法进行验证。研究结论:(1)采用本文得到的地层抗力系数修正计算方法与Muir Wood方法、Plizzari-Tiberti方法等三种地层抗力理论算法下管片衬砌结构受力分布规律基本相同,但内力的量值有所差异;(2)三种算法下最大正负弯矩对应轴力均与现场实测结果相差不大,采用本文方法管片结构弯矩偏差明显小于其他两种方法;(3)本研究成果可为盾构隧道结构分析中地层抗力系数的合理取值提供有益参考。     

铁路钢桁梁桥结构校验系数研究

以2座铁路钢桁梁桥的试验数据为基础,介绍钢桁梁结构校验系数通常值的适用条件及其特点,研究桥梁的理论内力和变形与平面、空间计算模型的相关性,分析钢桁梁挠度实测校验系数,杆件和纵、横梁应力实测校验系数的特征,提出利用实测的应力、挠度和结构校验系数定量评价桥梁强度和刚度的方法。研究结果表明:钢桁梁桥检定试验宜采用空间模型计算杆件的内力和结构变形,并由此得到结构校验系数;现有简支钢桁梁的结构校验系数通常值不适用于连续钢桁梁;采用结构校验系数换算求得设计活载下的杆件应力和桥梁挠度,可较为准确地评价桥梁结构的强度和刚度。研究结论可供相关单位桥梁检定和规范修订时参考。     

基于改进TOPSIS的轨道交通建设时序研究

为明确城市轨道交通线网中各条线路的建设时序,构建相应的影响因素指标体系,提出一种基于TOPSIS理念的改进决策算法。该方法首先通过指标变换将理想解绝对化;其次建立决策方案到绝对理想解和绝对负理想解的加权距离最优化模型,运用拉格朗日乘子法求解模型得到最优权向量;然后引入"垂直距离"代替传统"欧式距离"的贴近度算法,通过测算垂直距离确定最优建设时序方案。最后对成都市轨道交通线网进行实例分析。结果表明:运用改进的决策算法所确定的结果与实际建设时序一致,且该算法能有效避免TOPSIS模型中的逆序、权重取值主观化、欧式距离自身缺陷等问题,说明该模型能有效支撑城市轨道交通线网建设时序的综合决策。     

非饱和土地基沉降计算参数试验研究

研究目的:提出非饱和土地基沉降计算参数确定的有效试验方法,可使地基沉降计算参数选择更加合理,对于以地基沉降为主要控制因素的高速铁路客运专线建设具有重要意义.研究结论:针对胶济客专非饱和粉质黏土、粉土开展了室内固结试验及多种现场原位试验,经过综合分析得出:胶济客专非饱和粉质黏土、粉土饱和度一般在46％ ～ 80％之间;建议采用室内固结试验、静力触探试验及标贯试验综合确定非饱和粉质黏土、粉土沉降计算压缩模量参数;可按《建筑地基基础设计规范》计算当量模量对应的经验系数进行计算沉降修正.     

钢桥自适应有限元分析

钢桥自适应分析是钢桥塑性分析理论的一个新探讨,它研究在超出弹性极限的重复荷载作用下结构的弹塑性行为,由于其荷载方式接近桥梁结构的实际承载方式,自适应分析更为真实地反映结构的塑性抗弯承载能力。为推广自适应理论在钢桥结构中的应用,以连续实腹钢梁桥为对象,基于Timoshenko梁弹塑性理论,采用分层梁单元,编制有限元程序模拟结构自适应全过程,以求解结构自适应极限承载力,并与相关文献进行算例对比。分析结果表明：对连续钢梁自适应极限荷载的求解问题,非线性有限元程序运用方便,且精度较高;分层梁单元能够很好地表现塑性区的扩展情况;同时也证明自适应极限状态是一种临界状态。     

纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩塑性铰长度研究

以纵向地震下高速铁路桥梁圆端型实体墩为工程背景,将桥墩置于全桥体系中,利用弯矩曲率关系程序和有限元软件对桥梁进行弹塑性分析计算,得出不同墩高、不同车速以及不同地震作用组合工况下的高速铁路桥墩塑性铰长度,并与既有试验结果以及各国桥梁抗震设计规范塑性铰长度计算公式相对比。计算结果表明：在设计纵向配筋率、体积含箍率、剪跨比、轴压比下的塑性铰长度经过修正可以满足要求,提出了适合铁路桥梁圆端型墩的塑性铰长度建议计算公式,为高铁桥梁设计提供参考。     

桥梁测力支座监测系统设计与工程应用

桥梁测力支座及相应的监测系统可用于桥梁的健康监测,在普通球型钢支座基础上开发的一种新型桥梁测力支座,通过在支座内部设置测力结构,采用先进的传感器,外部配置数据传输系统实现实时测力及对桥梁施工和运营状态的远程监控。本文介绍了支座和监测系统的结构形式及工作机理,通过试验测定并在沪昆客专北盘江大桥得到工程应用。结果表明:提出的支座结构形式新颖,受力和传力机理明确,经试验室测试数据重复性好,性能稳定;选用的传感器及配套的数据传输系统性能良好,工艺成熟,输出信号稳定准确;研究成果可以监测桥梁结构的施工和运营状态,也可纳入桥梁健康监测系统,亦可供新制式轨道交通桥梁支座监测系统设计参考。     

基于武汉地层盾构隧道施工的Peck经验公式修正

隧道施工引起的地表沉降大小受到很多因素的影响,Peck经验公式中,参数的变化会使预测结果容易出现较大的偏差。以武汉地铁3号线盾构下穿铁路工程为依托,结合施工和土质参数及实测沉降数据,采用回归分析的方法对Peck经验公式作线性拟合并进行了对比分析,同时研究了沉降槽宽度系数与盾构切口距监测断面间距的关系以及地表最大沉降量与注浆倍数的关系,并拟合得出了相应的函数计算式来对原系数进行修正。实践验证表明,修正后的Peck公式能很好地预测隧道施工引起的地表沉降,且预测曲线与实测曲线吻合度高。     

简支梁桥上纵连板式轨道无缝道岔温度力研究

桥上纵连板式轨道借助底座板的纵连解决梁端转角对轨道结构的不利影响,通过设置滑动层来削弱梁轨相互作用,这种设计思想对桥上铺设无缝道岔具有积极的借鉴意义.基于梁轨相互作用原理和有限元方法,采用梁单元和弹簧单元模拟各结构层,建立桥上纵连板式轨道无缝道岔纵向力计算模型,对多跨简支梁桥进行温度力计算,分析轨道板和底座板伸缩刚度变化、滑动层摩擦系数的影响.     

南京大胜关长江大桥主梁加速度响应的长期监测与分析

针对现有规范对铁路桥梁的振动加速度限值不适用于大跨度高速铁路桥梁的情况,本文通过分析南京大胜关长江大桥桥梁结构健康监测系统长期监测得到的桥梁结构响应数据,研究列车过桥工况下主梁振动加速度峰值的变化规律,并与车速、轴重进行相关性分析。研究结果表明:在单一列车过桥工况下,主梁加速度峰值集中在固定的变化区间,且服从正态分布;桥梁振动加速度峰值与车速不存在线性相关性,与列车轴重存在线性相关性;动应变响应有叠加交汇工况下,加速度峰值约为单一列车过桥工况的1.4倍;现有运营条件下,大胜关桥梁振动加速度响应正常,能保证列车的行车安全。