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[硕士论文] 陈鑫
桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:钢绞线是预应力混凝土结构及缆索支承体系桥梁的主要承重构件,其健康状况直接影响到结构的耐久性和安全性。在服役过程中,钢绞线极易受水、空气及腐蚀性介质侵蚀而产生腐蚀,造成其静力性能和疲劳性能急剧退化,进而导致单根钢丝断裂甚至整根钢绞线破坏,造成重大安全事故。因此,及时、有效进行钢绞线健康状况的检测评估,是保证预应力结构安全性及耐久性的关键问题之一。
  本文从时频域研究了超声导波在钢绞线中的传播规律,并基于导波传播特征进行了钢绞线张拉力识别,为复杂波导结构中导波传播特性研究提供一种有效方法,也为超声导波在钢绞线无损检测中的应用提供理论支撑。首先采用小波变换提取导波时频分布,提出了基于单点波动信号的导波模态分析方法,并分析了腐蚀、张拉力等因素对导波传播模态及时频能量特征的影响;然后,将信息熵导波时频能量结合,提出了抗噪能力强的导波能量熵谱;最后,将导波能量熵谱作为特征向量,构建以特征向量距离为指标的钢绞线张拉力识别模型,考虑了传播距离和传感器布置策略的影响,得到以下结论:
  (1)基于单点波动信号的时频能量分布可以有效进行导波多模态识别。通过提取高强钢丝单节点波动时程信号进行小波时频变换分析,可以识别导波多模态分布,有限元仿真计算及实验结果均理论模态曲线吻合良好,高频段的模态识别需要更高的网格划分。
  (2)导波时频能量分布特征随钢丝腐蚀程度增加而改变。高强钢丝经腐蚀之后,其L(0,1)阶能量占比逐渐上升,L(0,2)阶能量占比逐渐下降,截面损失10.84%之后,L(0,1)阶能量占比提高了52.1%,总体能量逐渐向低频转移。
  (3)导波能量熵谱可以有效反映钢绞线张拉力变化。基于小波时频变换结果的导波能量熵谱随钢绞线张拉力而变化,且在特定尺度范围内谱值变化明显,而即使在信噪比为0dB的强噪环境下,能量熵谱仍呈现良好的规律性。
  (4)基于能量熵谱建立的钢绞线张拉力识别指标钢绞线张拉力之间符合线性变化关系,确定系数大于095,有限元模拟试验结果一致性良好。随导波传播距离增加,张拉力识别指标的敏感性更好。
  (5)采用无耦合布置策略进行钢绞线张拉力识别效果更优。较耦合布置策略相比,采用无耦合布置策略进行钢绞线拉力识别,有限元和实测结果K值分别上升了24%和602%。推荐采用无耦合布置策略进行现场测试。
[硕士论文] 曾俊文
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:现阶段我国的混凝土桥梁施工由于造价原因,大多采用现场浇筑混凝土的方法,由于要保证现场浇筑混凝土的工作性,以及新拌混凝土在运输、泵送过程中保持良好状态,这促使现代混凝土的组成发生了较大改变,导致现代混凝土的性能特别是早期性能较普通混凝土有了明显变化。其中混凝土早期收缩变化较大,这直接导致了导致桥梁在施工期产生裂缝的概率增大。而对于悬臂浇筑混凝土箱梁来讲,还有其施工的特殊性。在施工过程中混凝土箱梁的早期养护主要集中在箱梁顶板顶面以及箱内人员可以到达的区域,而相对受环境影响较大的箱梁腹板外表面及底板底面,由于缺少施工通道则很少养护甚至不养护,这就使得箱梁外侧极易产生收缩裂缝。
  在重庆市赶水大桥的施工中已有采用“钢模板底板内附模贴+人工养护+喷水雾养护”的复合养护方法,该桥在后期桥梁检查中发现箱梁底板底面、腹板裂缝情况优于未采用该方法的同类型桥梁。但是该种方法缺少进一步的理论论证,所以对连续刚构桥悬臂浇筑施工期进行应力分析,确定该复合养护方法的合理性,从而形成一套完整的养护工法,以便推广使用。本文通过收集已有的文献资料,分析现代混凝土的早期收缩对混凝土开裂的影响,然后分析了模板粘贴模贴对混凝土相对湿度分布的影响并提出了钢模板底板粘贴模贴养护的混凝土湿度场有限元模拟计算方法;将该方法应用于龙驹特大桥施工过程跨中合拢区段的湿度场分布及应力状态模拟计算,从理论上论证采用复合养护方法的合理性。具体完成了以下工作:
  ①有限元软件并没有直接求解湿度场的功能,但是参考温度场湿度场的相似性,并且结合温度场求解和热应力求解的方法,有限元软件可以模拟出混凝土湿度场变化以及内部应力变化。
  ②试验研究混凝土试块在采用模贴养护和未采用模贴养护两种条件下对混凝土早期收缩和相对湿度分布规律。
  ③利用有限元软件模拟分析试验试块的湿度场分布情况,并试验值相对比,验证对混凝土湿度场模拟的准确性以及对模贴模拟方法的合理性。
  ④依托万利高速公路龙驹特大桥工程,对比分析相邻节段在自然养护及复合养护条件下施工期湿度场和应力状态,进一步论证复合养护方法的合理性。
[硕士论文] 唐杨
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:本文基于乌曼斯基第二理论和有限元法,通过建立了折线形波形钢腹板组合箱梁分析模型,研究了折线形波形钢腹板组合箱梁的扭转特性以及波形钢腹板的结构参数对折线形波形钢腹板组合箱梁抗扭性能的影响。分析结果表明,在偏心荷载作用下波高和板厚对组合箱梁抗扭性能的影响比水平段长度大,折线形波形钢腹板组合箱梁的折角位置容易出现较大的扭转正应力,在折角位置增加横隔板可以有效降低箱梁的扭转正应力最大值。
  论文通过建立一个大跨径变截面波形钢腹板组合箱梁桥的有限元模型,对桥梁结构形式和波形钢腹板变厚度布置对箱梁抗扭性能的影响进行了分析研究,对比分析了在偏心汽车荷载作用下波形钢腹板等厚度布置和波形钢腹板变厚度布置对组合箱梁抗扭性能的影响。并波形钢腹板采用最小板厚等厚度布置的波形钢腹板组合箱梁相比较,研究结果表明采用波形钢腹板变厚度布置可以降低主墩两侧大部分区域的扭转正应力,并且对改善主墩附近的扭转正应力有一定控制作用;波形钢腹板采用最大板厚等厚度布置的波形钢腹板组合箱梁相比较,研究结果表明采用波形钢腹板变厚度布置能够在保持箱梁绝大部分区域抗扭性能不变的情况下降低结构挠度。
  论文剖析了波形钢腹板的数量、加劲肋的结构参数以及布置方式对抗扭性能的影响,提出了波形钢腹板变波高的布置方式和相关建议。研究结果表明:增加波形钢腹板的数量和加劲肋的厚度、宽度、数量可以明显提高波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能;相同宽度、高度、厚度的波形钢腹板加劲肋,但采用双面布置会降低波形钢腹板组合箱梁的抗扭性能;在恒载不变的情况下,适当减小波形钢腹板的厚度用于增加波形钢腹板的波高可以进一步提高箱梁的抗扭性能,提出了波形钢腹板变波高的布置方法,即在结构抗扭性能较弱的区域增大波形钢腹板的波高。通过在实桥上验证波形钢腹板变波高的布置方式对抗扭性能的影响,进一步说明了波形钢腹板变波高的布置方式可以运用于工程实际。
[硕士论文] 柏湘
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:随着国内钢桥数量的增多,在交通量日俱增的现今,钢桥疲劳破坏的问题受到越来越多的关注。国外BS5400规范、Eurocode规范、美国AASHTO规范中均给出了疲劳验算的标准荷载,中国于2015年发布实施的《公路钢结构桥梁设计规范》中提出了对钢桥结构进行疲劳验算的标准疲劳荷载。而关于中国规范中疲劳验算模型Ⅱ的荷载作用其余规范中标准疲劳车的作用对钢桥结构的影响有何差异这方面的研究较少。
  为了得出各个国家规范中关于相应标准疲劳车规定的差异性,此论文以一座双层公轨两用钢结构桥梁作为研究依托,通过以下方法得出其差异性。首先用MIDAS Civil2015建立桥梁的全桥模型并确定下层最不利横纵连接梁位置,在此基础上提取出各个车道作用下最不利位置的内力影响线。在用ANSYS软件确定出最不利车道后按照各个国家标准的规定使用标准疲劳车对桥梁结构进行加载,使用雨流计数法统计加载结果,提取出内力循环,为了便于对比将内力循环等效为200万次时的试验荷载。为了研究等效荷载作用下最不利位置最不利位置的应力情况,利用ANSYS建立关键部位的有限元模型,并施加各个等效荷载。模型中考虑了,自重和恒载共同作用、仅标准疲劳车等效力以及自重恒载加上标准疲劳车等效力共同作用这三种工况。
  结果表明,上层车道的荷载作用相对下层横梁的影响均较小。标准疲劳车作用在下层车道时,对横纵连接节点产生的内力幅值大小顺序其总轴重大小有关,轴重越大其内力幅值越大。其中BS5400规范标准疲劳车因不是按单车道加载,故其内力幅值较大。在轻轨车道的作用结合在一起后,内力等效幅值排序为中国规范对应幅值最大,BS5400规范第二,Eurocode规范第三,AASHTO规范最小。
  有限元模型连接节点处竖向角钢、顶部角钢及腹板在各个规范标准疲劳车的等效力作用下产生的应力变化表明,中国规范标准疲劳车的等效力作用下三块角钢的应力变化幅度最大。四种规范对应的应力结果都能通过各自的疲劳验算,中国规范在疲劳验算时最为保守,疲劳要求最为严格。
[硕士论文] 刘磊
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:缓冲体式防撞装置主要通过延缓碰撞、拨转船头、吸收能量三大途径保护桥梁免受船舶撞击的破坏,应用于桥墩结构对减轻桥梁船撞事故的危害有非常现实的工程意义,但目前针对内河驳船撞击的防撞装置研究和应用较少。
  本文以防撞装置在驳船碰撞下的耗能机理为研究目标,通过建立防撞装置的弹簧-阻尼简化模型探究相关参数变化对防护性能的影响,并通过各角度的驳船撞击有限元模拟分析对其防撞耗能效果进行了验证,以及通过改变防撞装置的接触外形特征进一步全面分析其耗能机理。本文主要研究内容及成果如下:
  (1)防撞装置弹簧-阻尼模型关键参数分析。建立500DWT内河驳船精细化有限元模型撞击刚性桥墩;同时提出并建立防撞装置的弹簧-阻尼简化模型,开展驳船不同弹塑性刚度参数防撞装置的碰撞动力有限元分析,对撞击力、撞深及能量关系曲线进行对比分析。结果表明,弹簧刚度和最大容许变形等参数对防撞装置的防护性能有深远的影响,并初步提出防撞装置相关参数的建议取值。
  (2)弹塑性钢阻尼器在防撞装置中的耗能机理分析。建立弹塑性钢阻尼器的力学计算模型和有限元分析实体模型,计算其耗能钢构件的本构关系,并建立基于弹塑性钢阻尼器本构参数的防撞装置弹簧-阻尼模型,分析其在驳船撞击下的动力响应。结果表明,合理布置的弹塑性钢阻尼器能够在防撞装置中有效发挥变形耗能作用。
  (3)防撞装置对不同角度驳船撞击的防护机理研究。开展500DWT驳船以不同角度撞击桥墩及防撞装置的动力有限元分析,对撞击力、驳船运动过程和能量转化形式进行对比。结果表明,防撞装置对各角度的驳船碰撞均有防护效果。斜撞工况中,接触面间的摩擦成为关键要素,防撞装置能够减小驳船船艏桥墩间的摩擦,改变驳船运动方向,促使其尽快脱离桥墩,带走部分碰撞动能,降低桥梁结构的损伤风险。
  (4)防撞装置接触面外形对耗能机理的影响分析。以500DWT驳船撞击两种接触面外形的刚性桥墩和防撞装置模型,分析其碰撞过程和动力响应情况。结果表明,撞击力船艏-桥墩间的接触面形状相关;通过将防撞装置的接触面外形改变为弧面形,能够延缓驳船的碰撞过程以进一步降低撞击力,并能使防撞装置船艏协同消耗碰撞能量,达到“三不坏”的防撞目标。
[硕士论文] 王子进
土木工程桥梁隧道工程 重庆交通大学 2018(学位年度)
摘要:缆索吊装施工的混凝土拱桥,拱圈截面由预制拱肋和现浇的纵缝混凝土和顶板混凝土组成,成拱后拱圈截面本质上是一个含有应力梯度分布的组合截面。目前,缆索吊装施工的混凝土拱桥主拱截面极限承载能力仍按《公路圬工桥涵设计规范》或《钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》进行验算,没有考虑拱圈组合截面中因应力历史对结构受力性能及承载力的影响;迄今为止国内很少从缆索吊装混凝土箱型拱桥拱圈组合截面部分存在应力历史开展拱圈承载力验算方法的相关理论研究。
  本文以主跨180m的海马大桥为工程背景,采用MIDAS/Civil建立能考虑拱圈各组分形成过程的拱圈施工阶段联合截面,开展对缆索吊装施工混凝土拱桥裸拱和成桥阶段按照全截面一次成拱和成桥的内力、应力对比分析,比较分阶段施工成拱的拱圈截面的混凝土拱桥一次落架成桥在内力、应力的差异,开展混凝土收缩徐变对分阶段施工成拱截面应力重分配的影响分析。
  基于缆索吊装混凝土拱桥的拱肋截面应力较大,纵缝及顶板混凝土应力较小的应力梯度分布,在拱圈截面以极限承载力破坏时,必然以应力最大的组合截面开始,为此,在现有《公路圬工桥涵设计规范》构件极限承载力验算基础上,对分阶段成拱的组合截面极限承载力进行分析,提出截面折减法改进现行组合截面的极限承载能力的验算方法,考虑应力历史对拱圈承载力影响。
  采用MIDAS/Civil开展施工过程对裸拱状态和成桥状态对结构动力特性和稳定性影响分析,对比一次落架成拱的裸拱状态和成桥状态的结构动力特性和稳定性计算结果,讨论由分阶段施工成拱对裸拱和成桥状态的动力特性和稳定性影响。
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