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考虑焊缝横向收缩的钢-混组合梁桥钢梁制造线形研究

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世界桥梁 2022年第3期50卷 67-74页

作者：包善发张定马刘国坤中国市政工程西南设计研究总院有限公司四川成都610081 中国公路工程咨询集团有限公司北京100086 湖南省交通科学研究院有限公司湖南长沙410014 长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410014

为确定考虑焊缝横向收缩量的钢-混组合梁桥中钢梁的制造线形,基于焊接温度场理论及热固耦合关系,建立钢板焊接有限元模型,对焊接工艺参数进行单变量、多变量参数分析,并采用多元线性回归对焊接工艺参数与焊缝横向收缩量之间的关系进行拟... 详细信息

为确定考虑焊缝横向收缩量的钢-混组合梁桥中钢梁的制造线形,基于焊接温度场理论及热固耦合关系,建立钢板焊接有限元模型,对焊接工艺参数进行单变量、多变量参数分析,并采用多元线性回归对焊接工艺参数与焊缝横向收缩量之间的关系进行拟合,以某钢-混组合梁桥为例,利用回归式结合不计焊缝的常规FEM模型对钢梁制造线形进行简化计算。结果表明:基于焊接温度场理论及热固耦合关系可以较好地模拟焊缝横向收缩,与文献试验值及FEM值基本一致;焊接工艺参数中钢板厚度、对接缝隙宽度、焊层数量对焊缝横向收缩影响更为显著,多变量组合下存在多元线性回归关系,决定系数最高可达0.9;回归式与有限元法计算的焊缝横向收缩量较为接近,采用回归式结合不计焊缝的常规FEM模型的方法可以较为简便地确定钢梁制造线形。

关键词：组合梁桥钢-混组合梁焊缝横向收缩制造线形回归式有限元法

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带竖向接缝的混凝土箱梁桥抗剪性能试验研究

桥梁建设 2017年第4期47卷 66-71页

作者：张涟英袁明颜东煌罗媛岳新华长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙410114 贵州大学贵州贵阳550025

为了解竖向接缝对预应力混凝土箱梁桥抗剪性能的不利影响及改进措施,以七里坪湘江大桥预应力混凝土梁为原型,设计制作4片预应力混凝土模型梁进行跨中单点加载试验,分析各模型梁在试验过程中的裂缝发展情况、破坏形态和抗剪承载力,研究... 详细信息

为了解竖向接缝对预应力混凝土箱梁桥抗剪性能的不利影响及改进措施,以七里坪湘江大桥预应力混凝土梁为原型,设计制作4片预应力混凝土模型梁进行跨中单点加载试验,分析各模型梁在试验过程中的裂缝发展情况、破坏形态和抗剪承载力,研究交界面粗糙度和普通钢筋配筋率对抗剪性能的影响。结果表明:各模型梁的裂缝发展过程基本相似,破坏形态均为弯剪破坏;带竖向接缝梁的抗裂性能比整体浇筑梁差,但各梁的抗剪承载力相差不大;带竖向接缝梁的刚度低于整体浇筑梁的刚度;增加接缝处混凝土交界面粗糙度和普通钢筋配筋率可以提高带竖向接缝梁的抗裂性能和刚度。

关键词：预应力混凝土桥箱形梁竖向接缝抗剪承载力刚度配筋率模型试验

混凝土斜拉桥施工控制中温度对主梁标高的影响

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长安大学学报（自然科学版） 2017年第6期37卷 63-69,77页

作者：刘国坤颜东煌涂光亚长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为研究温度对主梁标高的影响,采用基于实测温度场的数值分析方法,研究索、塔、梁温度轴向应变和曲率等相关参数对主梁标高的敏感性,并分析主要天气条件(持续晴天、阴雨天、昼夜温差大、季节变换)下,温度对主梁标高的影响。结果表明:采... 详细信息

为研究温度对主梁标高的影响,采用基于实测温度场的数值分析方法,研究索、塔、梁温度轴向应变和曲率等相关参数对主梁标高的敏感性,并分析主要天气条件(持续晴天、阴雨天、昼夜温差大、季节变换)下,温度对主梁标高的影响。结果表明:采用基于实测温度场的数值分析方法能快速、精准地计算温度场对主梁标高的影响;由于斜拉索的牵制作用导致主梁温度曲率变化对主梁标高的影响较小;对于混凝土斜拉桥,凌晨温差很小时,主塔及主梁曲率对主梁标高影响较小,斜拉索、主塔和主梁温度轴向应变对标高影响显著;塔壁中间测点温度可视为全截面平均温度计算主塔轴向应变;仅考虑索、塔、梁轴向温度应变对主梁标高的影响与温度总影响量较为接近,可用于快速评估温度对主梁标高的影响;夏季持续晴天、阴雨天,甚至秋季昼夜温差大的持续晴天天气条件下,日出前凌晨温度场均较为均匀,能较为有效地避免温度影响,但由于索温偏低导致主梁标高略偏高,日出后由于索温升温快使标高快速下降,但在日出后日照强度不大的1~2h内,标高降幅有限且更接近理想状态,此时的温度场也能为施工控制提供便利;夏秋转变季节,气温突降时凌晨温度场更为复杂,施工时温度场的影响难以避免。

关键词：桥梁工程混凝土斜拉桥数值分析温度施工控制主梁标高

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多维地震作用下曲线梁桥伸缩缝处碰撞响应

长安大学学报（自然科学版） 2021年第2期41卷 77-88页

作者：吴佳东颜东煌吕文舒许红胜陈星烨崔博文长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 中交水运规划设计院有限公司北京100020 郑州大学土木工程学院河南郑州450001

为了研究多维地震作用下曲线梁桥的碰撞响应,以某曲线梁桥为例,通过Hypermesh与ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,并结合三维摩擦-接触模型研究其在多维地震作用下的碰撞响应,主要分析伸缩缝处碰撞力、损伤、相对位移、转角等在单向、... 详细信息

为了研究多维地震作用下曲线梁桥的碰撞响应,以某曲线梁桥为例,通过Hypermesh与ABAQUS软件建立了精细化有限元模型,并结合三维摩擦-接触模型研究其在多维地震作用下的碰撞响应,主要分析伸缩缝处碰撞力、损伤、相对位移、转角等在单向、双向与三向地震作用下差异;通过改变伸缩缝长度,分析碰撞作用对主梁位移、扭转、墩底内力、墩顶位移的影响。研究结果表明:多维地震作用下曲线梁桥的碰撞次数与梁体损坏程度要大于单向与双向地震作用时,因此为安全考虑,分析时考虑多维地震输入以确定最不利地震输入方向是必须的。碰撞作用会限制主梁的相对运动,但会加剧主梁与桥墩的扭转。通过与相关文献结论对比得出,多维地震作用对主梁与桥墩的影响大于单向地震。该研究结论可为曲线梁桥的碰撞效应分析与桥梁抗震设计提供一定参考依据。

关键词：桥梁工程曲线梁桥多维地震碰撞效应三维摩擦-接触模型有限元模型

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基于可靠度指标的小概率失效结构优化

长安大学学报（自然科学版） 2021年第1期41卷 50-58页

作者：吴佳东颜东煌许红胜陈星烨吕文舒长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 中交水运规划设计院有限公司北京100020

针对实际工程中具有隐式功能函数的小概率失效结构的可靠度计算与优化问题,提出一种适用于小概率结构可靠度计算与结构优化设计的方法。该方法首先采用径向基神经网络构建结构的隐式功能函数;其次,引入自适应随机变量对遗传算法进行改进... 详细信息

针对实际工程中具有隐式功能函数的小概率失效结构的可靠度计算与优化问题,提出一种适用于小概率结构可靠度计算与结构优化设计的方法。该方法首先采用径向基神经网络构建结构的隐式功能函数;其次,引入自适应随机变量对遗传算法进行改进,遗传算法根据可靠度的几何意义搜索可靠度指标最优解及验算点,以此求解可靠度指标;最后,以引入自适应随机变量的遗传算法为主程序,径向基神经网络构建优化变量与结构可靠度之间的隐式关系供主程序调用,对工程结构进行优化,并以矮寨大桥钢桁架为例进行实例验证。研究结果表明:引入的自适应随机变量明显改善了遗传算法初始种群的质量,加快遗传算法收敛速度;根据可靠度的几何意义,采用引用自适应随机变量的遗传算法搜索钢桁架(小概率失效结构)可靠度的方法与蒙特卡洛法计算结果相对偏差仅为0.33%;引入自适应随机变量的遗传算法收敛速度、计算精度明显提高,证明该方法具有鲁棒性强、计算速度快、适用性强、精度高等优点。通过2个优化模型对钢桁架进行了优化,优化结果表明:设计时应适当增加钢桁架腹杆的面积与截面高度,减小纵横梁的截面面积;在钢桁架可靠度指标一定的前提下,质量较优化前减少14.2%;钢桁架设计质量一定的前提下,可靠度指标由4.8212提高至5.9124。

关键词：桥梁工程结构优化小概率失效可靠度 RBF神经网络遗传算法

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大跨径混凝土斜拉桥模型试验

长安大学学报（自然科学版） 2019年第5期39卷 78-87页

作者：刘昀袁明颜东煌长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南交通职业技术学院路桥工程学院湖南长沙410132

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的... 详细信息

为在有限的空间内进行具有足够精度的模型试验以体现斜拉桥整体受力特点,提出了混凝土斜拉桥节段缩尺相似法的模型试验方法。选择主梁塑性最强的跨中附近区域作为试验节段,在节段两端设置无索区并施以弹性支撑,以模拟原结构在边界处的受力状态并消除边界模拟的误差;调整无索区长度和两端弹性支撑刚度,直至试验梁和在外荷载作用下控制截面和控制索的内力增量与原结构保持一致,以正确反映整体结构的受力特征;确定缩尺比例、制作试验梁段和弹簧支座,以混凝土裂缝宽度为控制指标设计了加载工况并完成了加载试验,并对局部节段和整体模型控制截面的计算和实测结果进行对比。试验结果表明:在弹性受力范围内节段模型和实桥受力状态一致,主梁开裂后两者的荷载-挠度曲线和荷载-索力曲线均比较接近,节段模型可较好反映实桥该区域的受力状态;该方法能有效反映大跨径混凝土斜拉桥整体非线性受力特点和内力重分布规律;斜拉桥主梁初裂位置在集中力加载点附近,开裂后裂缝逐渐向加载点周边扩展且最大裂缝宽度增长缓慢,混凝土压应变发展和支撑索的索力增长也比较缓慢;混凝土斜拉桥在主梁开裂后整体刚度下降的幅度并不大,整体结构发生明显的内力重分布使得结构极限荷载加大。

关键词：桥梁工程非线性节段-整体模型混凝土斜拉桥无索区弹性支撑

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强受扭损伤箱梁加固后的压弯性能研究

公路交通科技 2017年第12期34卷 66-72页

作者：刘国坤颜东煌涂光亚袁明长沙理工大学土木与建筑学院湖南长沙410114

为研究某特大跨双索面混凝土斜拉桥因火灾致强受扭损伤的混凝土箱梁能否修复使用,对强受扭损伤加固后主梁的压弯刚度、扭转刚度及抗弯极限承载力开展了模型试验研究,评估灌浆-锚钢加固对主梁的压弯刚度及扭转刚度的影响。依据常用规范... 详细信息

为研究某特大跨双索面混凝土斜拉桥因火灾致强受扭损伤的混凝土箱梁能否修复使用,对强受扭损伤加固后主梁的压弯刚度、扭转刚度及抗弯极限承载力开展了模型试验研究,评估灌浆-锚钢加固对主梁的压弯刚度及扭转刚度的影响。依据常用规范公式对箱梁抗弯极限承载力及正常使用极限状态下的变形、裂缝特征进行验算,评估规范中相应计算公式的适用性,并对加固箱梁在压弯荷载作用下的破坏形态进行对比分析。结果表明:灌浆-锚钢加固能有效地提高弯扭剪复合受力下箱梁的压弯刚度及扭转刚度;在压弯荷载作用下,加固梁的最终破坏形态为箱梁底板拉裂至钢筋屈服破坏,顶板混凝土没有被压溃,腹板锚贴钢板基本无损坏,但顶板锚贴钢板与混凝土界面发生了剥离现象,钢绞线未被拉断;GB50010—2010、JTG D62—2012、ACI318M-05规范均能较为准确地计算箱梁的抗弯极限承载力,ACI318M-05规范计算试验梁在正常使用极限状态下的跨中挠度值与实测值较为接近,基本能反映预应力混凝土箱梁正常使用极限状态下的变形性能;GB50010—2010规范计算试验梁的最大裂缝宽度和裂缝间距与实测值均较为接近,基本能反映预应力混凝土大比例缩尺箱梁的裂缝特性。

关键词：桥梁工程压弯性能模型试验混凝土箱梁扭转刚度抗弯极限承载力

基于声发射技术的混凝土梁桥弯剪受力状态下损伤试验

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长安大学学报（自然科学版） 2019年第2期39卷 73-81页

作者：袁明黄练彭卓颜东煌刘昀长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 湖南交通职业技术学院路桥工程学院湖南长沙410132

为实现使用声发射参数定量评估混凝土梁的损伤,开展了试件和构件层次的混凝土梁剪切试验研究。采用声发射技术对混凝土梁的损伤过程进行动态监测,总结基于声发射理论的混凝土损伤评估方法,并提出一种改进的损伤模型,采用三次多项式模型... 详细信息

为实现使用声发射参数定量评估混凝土梁的损伤,开展了试件和构件层次的混凝土梁剪切试验研究。采用声发射技术对混凝土梁的损伤过程进行动态监测,总结基于声发射理论的混凝土损伤评估方法,并提出一种改进的损伤模型,采用三次多项式模型建立声发射参数与应力水平之间的定量关系,从而推导出混凝土梁的损伤演化方程,并计算出试件与构件对应于3种损伤模型的基于声发射技术的钢筋混凝土梁承载能力评估的损伤量。然后,通过与已有损伤模型的计算比较,验证损伤演化方程对混凝土梁损伤进行量化评价的有效性和准确性。试验结果表明:累计声发射数分三阶段变化,线性发展阶段的声发射信号较为活跃,相对应力水平位于0%～40%,其与材料本身含有较多微裂隙有关;而稳定增长阶段对应的累计声发射事件数与撞击数稳步增长,此时混凝土内部微裂纹稳定且缓慢发展,相对应力水平为40%～80%;在失稳阶段累计声发射数剧烈增加,其相对应力水平超过80%,试件内部裂缝达到失稳扩展状态。累计声发射事件曲线较好地描述了混凝土梁损伤发展变化的全过程,改进的损伤模型计算的损伤量在初始阶段发展较快,在中期趋于平缓,应力水平超过0.8以后损伤量发展迅速,直至试件破坏,能较好地反映混凝土梁损伤发展的三阶段变化规律。通过各损伤模型计算损伤度发现在相对应力水平较低时,试件或构件亦存在一定的损伤。

关键词：桥梁工程声发射技术剪切试验裂缝扩展损伤评估累计声发射事件数

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仅裂缝灌浆处置PC斜拉桥主梁模型试验研究

中外公路 2019年第6期39卷 59-65页

作者：颜东煌张德培袁明长沙理工大学土木工程学院

为了研究超重交通荷载作用下PC斜拉桥主梁受损状况及开裂主梁仅做裂缝灌浆处置后受力性能的变化情况,以一座跨径220m的PC斜拉桥为研究背景,进行了PC斜拉桥节段缩尺模型试验,对加载至破坏的试验主梁裂缝灌浆封闭后再进行相同工况加载,建... 详细信息

为了研究超重交通荷载作用下PC斜拉桥主梁受损状况及开裂主梁仅做裂缝灌浆处置后受力性能的变化情况,以一座跨径220m的PC斜拉桥为研究背景,进行了PC斜拉桥节段缩尺模型试验,对加载至破坏的试验主梁裂缝灌浆封闭后再进行相同工况加载,建立了该模型试验混凝土塑性损伤(Concrete Damage Plastic,简称CDP)Abaqus有限元模型,并将试验与有限元计算结果进行对比分析。结果表明:超重交通荷载作用下的PC斜拉桥主梁开裂严重、主梁刚度急剧下降,裂缝灌浆处置虽然能显著提升破坏梁体刚度,但很难恢复到受损伤之前的刚度;低倍活载(1倍)作用下灌浆主梁的位移与原主梁接近,说明仅做裂缝灌浆处置可以满足PC斜拉桥正常使用性能;灌浆主梁抗裂性较原主梁偏低,但仍满足规范要求,且有一定储备;加载过程中拉索始终未达到极限受拉状态,模型在加、卸载过程中荷载-位移曲线重复性好,呈线性状态,索力随荷载变化规律也与之相似;PC斜拉桥考虑混凝土塑性损伤有限元模型计算结果与试验结果吻合较好,表明CDP模型能较好地模拟组合结构在往复荷载作用下的受力特性。

关键词：桥梁工程裂缝灌浆模型试验 PC斜拉桥混凝土塑性损伤