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基于等效推力影响线的系杆拱桥损伤识别方法研究

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应用力学学报 2024年

作者：周宇李萌狄生奎石贤增石英迪安徽建筑大学土木工程学院兰州交通大学土木工程学院安徽建筑大学建筑健康监测与灾害预防技术国家地方联合工程实验室

早期系杆拱桥因荷载等级与维养水平无法满足现行交通荷载需求，其结构损伤不断累积、安全风险日益突显。为精确评估系杆拱桥结构影响线特性，识别拱肋、吊杆损伤，提出用于识别系杆拱桥吊杆与拱肋损伤的新方法和新指标。研究基于力法方... 详细信息

早期系杆拱桥因荷载等级与维养水平无法满足现行交通荷载需求，其结构损伤不断累积、安全风险日益突显。为精确评估系杆拱桥结构影响线特性，识别拱肋、吊杆损伤，提出用于识别系杆拱桥吊杆与拱肋损伤的新方法和新指标。研究基于力法方程推导并建立了与两铰拱推力影响线等效的无吊杆系杆拱推力影响线解析解，通过数值模拟验证所提实用解析解在矢跨比大于1/5的无吊杆平面系杆拱结构上具有良好的分析精度，利用等效推力影响线差值曲率对平面系杆拱结构的系杆、吊杆、拱肋，以及系杆拱桥的吊杆和拱肋进行损伤识别验证，结合灰色关联度分析所提指标的抗噪性，建立了基于三轴重车准静态影响线加载的桥梁健康评估实用流程。通过理论解析与数值验证研究表明，对于矢跨比大于1/8的无吊杆平面系杆拱结构，所推实用解析解误差低于9.57%，且误差随着矢跨比的增大而减小；提出的等效推力影响线指标能够定位系杆拱桥的吊杆与拱肋损伤，比较后发现吊杆损伤识别效果较拱肋更优，且所提方法抗噪性良好。本研究为系杆拱桥的健康监测及检测提供了理论支撑与思路借鉴，提出的损伤识别新方法结合现有的桥梁监测设备，有望在未来实现在役系杆拱桥健康状态的常态化评估。

关键词：系杆拱桥影响线等效推力损伤识别抗噪性

420m主跨网状吊杆系杆拱桥顶推施工受力性能研究

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公路 2024年第3期69卷 171-176页

作者：许凯峰吴霄李辉王个伟王伟赵辉济南城市建设集团有限公司济南市250000 上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海市200092 济南市政公用资产管理运营有限公司济南市250000

齐鲁黄河大桥为420 m主跨超大跨度拱桥,受黄河通航以及水文条件的限制,顶推施工成为其首选施工方案。为节约顶推施工工期,减少临时墩的数量,提出一种带吊杆及临时撑杆的组合体系拱桥整体顶推施工工法,以该工法为背景,对齐鲁黄河大桥在... 详细信息

齐鲁黄河大桥为420 m主跨超大跨度拱桥,受黄河通航以及水文条件的限制,顶推施工成为其首选施工方案。为节约顶推施工工期,减少临时墩的数量,提出一种带吊杆及临时撑杆的组合体系拱桥整体顶推施工工法,以该工法为背景,对齐鲁黄河大桥在顶推施工中的受力性能进行分析。结果表明,该施工方法在显著减少施工工期的同时,能够通过吊杆的主动张拉实现梁拱之间的受力分配,达到施工状态可调的目的。在整个顶推过程中,通过对局部构件的加强,保证了结构的安全性与可靠性。

关键词：系杆拱桥顶推施工网状吊杆局部稳定临时墩

大丝束碳纤维系杆拱桥受力特性与疲劳性能研究

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大丝束碳纤维系杆拱桥受力特性与疲劳性能研究

作者：蔡然北方工业大学

学位级别：硕士

现今系杆拱桥的吊杆大多由高强钢绞线构成,桥梁钢吊杆长期暴露在潮湿的环境中,在持续的车辆荷载作用下,钢绞线易产生锈蚀和疲劳破坏。48K大丝束碳纤维具有强度高、耐腐蚀和抗疲劳性能好等优点,能够有效弥补钢材性能的缺陷。但大丝束碳... 详细信息

现今系杆拱桥的吊杆大多由高强钢绞线构成,桥梁钢吊杆长期暴露在潮湿的环境中,在持续的车辆荷载作用下,钢绞线易产生锈蚀和疲劳破坏。48K大丝束碳纤维具有强度高、耐腐蚀和抗疲劳性能好等优点,能够有效弥补钢材性能的缺陷。但大丝束碳纤维作为各向异性材料,材料性质与钢材差别较大,目前国内的实际工程中,将大丝束碳纤维直接作为拱桥吊杆的案例尚少。为了分析其工程应用的可行性,本文研究了大丝束碳纤维系杆拱桥的力学特性和疲劳性能,主要研究内容及成果包含以下几个方面:(1)通过实验测得了48K大丝束碳纤维各项力学性能,将求得的材料性质导入有限元仿真软件中,通过与普通钢系杆拱桥对比分析,分别研究了两种桥梁在静力和温度变化时的变形规律和应力分布特点。研究表明:大丝束碳纤维系杆拱桥所产生的内力和位移总体上与普通的钢系杆拱桥保持一致,差距在8%以内;外界温度变化时,碳纤维系杆拱桥的纵向轴力、竖向弯矩和挠度变化均更小。(2)建立了成桥到使用期间四种荷载组合工况,研究了大丝束碳纤维系杆拱桥在四种荷载组合工况下的稳定性能。结果表明:在自重、车辆、温度荷载等组合作用下,大丝束碳纤维系杆拱桥的稳定性安全系数均大于4,满足结构的使用要求。碳纤维拱桥与钢系杆拱桥的屈曲稳定性系数差距在1%以内,未来在对汽车及温度荷载作用下的大丝束碳纤维拱桥进行稳定性分析时,可直接参照普通钢拱桥的规范。(3)采用Ritz向量法计算了大丝束碳纤维拱桥主要振型、周期和频率。结合场地特征选取了三条地震波,利用非线性时程分析法,计算了碳纤维拱桥在地震荷载下的动力响应。研究表明:大丝束碳纤维拱桥主振型自振频率比普通系杆拱桥略大;地震波作用下,大丝束碳纤维拱桥拱顶位移比普通拱桥分别减小5.94%、2.44%、8.23%,主梁平均弯矩分别降低6.62%、8.39%和4.28%,平均剪力分别减小6.11%、8.42%和4.51%。(4)根据研究区域车流量统计数据,利用Matlab生成了随机车辆荷载模型,结合线性损伤Miner准则,研究了在随机车流下大丝束碳纤维拱桥最不利受力部位的疲劳性能。研究结果表明:碳纤维拱桥的边吊杆是其承受疲劳荷载时的最不利受力部位,在相同的疲劳荷载谱作用下,边吊杆的损伤度最大,疲劳剩余寿命最短。在本次研究所用的疲劳载荷作用下,普通钢系杆拱桥的疲劳预估寿命为43年,大丝束碳纤维系杆拱桥预估寿命有67年,桥梁寿命提高了约55%。本文考虑了大丝束碳纤维和钢材各自的优缺点,率先将大丝束碳纤维运用于拱桥的吊杆设计中,探究其工程应用的可行性,为大丝束碳纤维系杆拱桥的建设与推广提供了理论支撑。

关键词：大丝束碳纤维筋系杆拱桥力学分析疲劳性能稳定性

系杆拱桥拆除施工技术--以高邮市捍海大桥为例

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黑龙江交通科技 2024年第2期47卷 123-126,131页

作者：王国平张俊周全江苏瑞沃建设集团有限公司江苏扬州225699

捍海大桥老桥在服役多年后,现已无法满足航道的要求,为提高高邮市内通扬线的通航标准,需要拆除重建。考虑到下承式系杆拱桥在施工过程中结构体系的转变对安全性的要求,提出了采用倒拆法进行拆除施工的方案。按照此方案对捍海大桥老桥进... 详细信息

捍海大桥老桥在服役多年后,现已无法满足航道的要求,为提高高邮市内通扬线的通航标准,需要拆除重建。考虑到下承式系杆拱桥在施工过程中结构体系的转变对安全性的要求,提出了采用倒拆法进行拆除施工的方案。按照此方案对捍海大桥老桥进行拆除,每次占用航道时间均小于规定的6 h,保证了航道的畅通,并且缩短了总工期近20 d,同时也为新桥的建设保证了良好的场地环境。

关键词：桥梁工程系杆拱桥拆除倒拆法节段切割

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大跨度钢桁架系杆拱桥钢锚箱优化设计

市政技术 2024年第5期42卷 194-200,227页

作者：陈富强上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

系杆拱桥是一种常用的结构体系,具有受力合理、用材经济、施工方便、造型优美等优点。其中,钢桁架系杆拱桥跨越能力大,近年来在我国得到了广泛应用。索梁锚固结构是大跨度钢桁架系杆拱桥的关键部位。为研究钢锚箱结构的受力性能,以湖南... 详细信息

系杆拱桥是一种常用的结构体系,具有受力合理、用材经济、施工方便、造型优美等优点。其中,钢桁架系杆拱桥跨越能力大,近年来在我国得到了广泛应用。索梁锚固结构是大跨度钢桁架系杆拱桥的关键部位。为研究钢锚箱结构的受力性能,以湖南省株洲市清水塘大桥为工程背景,应用有限元分析软件ANSYS建立了包含锚箱结构的系梁节段模型,并对其进行了计算分析。研究结果表明:吊点隔板与锚箱底板连接处受力最不利。通过调整吊点隔板与锚箱底板连接处的构造参数,并对计算结果进行对比分析,得到了吊点隔板受力的最佳构造尺寸,据此优化了设计方案,相关研究和设计成果可为今后同类型钢锚箱的研究分析及设计提供借鉴。

关键词：大跨度系杆拱桥钢锚箱有限元分析参数优化

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三岔主梁下承式系杆拱桥结构方案和受力性能研究

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上海公路 2024年第1期 31-36,M0004页

作者：邹小洁上海市政工程设计研究总院(集团)有限公司上海200092

下承式系杆拱桥是一种受力性能优越的桥型。现吸取下承式系杆拱桥“自平衡”的结构特点,创新性地提出了一种可适用于三岔河口等特殊建设条件的、主梁呈Y形分岔的下承式系杆拱桥,并分析了该桥型的传力机理,介绍了采用该桥型的某桥设计方... 详细信息

下承式系杆拱桥是一种受力性能优越的桥型。现吸取下承式系杆拱桥“自平衡”的结构特点,创新性地提出了一种可适用于三岔河口等特殊建设条件的、主梁呈Y形分岔的下承式系杆拱桥,并分析了该桥型的传力机理,介绍了采用该桥型的某桥设计方案。同时,对三岔主梁下承式系杆拱桥和常规下承式系杆拱桥的受力特点进行了对比分析,总结了三岔主梁下承式系杆拱桥的受力特点,为类似建设条件下的桥梁设计提供了有益参考。

关键词： Y形主梁三向主梁三岔主梁下承式系杆拱桥方案设计受力性能

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下承式钢管混凝土系杆拱桥吊杆力计算与分析

交通科技与管理 2024年第3期 100-102页

作者：汤远华中交第二公路勘察设计研究院有限公司

下承式钢管混凝土系杆拱桥结构内部存在多次超静定，其中吊杆力的求解存在诸多方法，这些分析方法各有特点。为了优化系杆拱桥受力，提高设计效率，文章对这几种方法求解的吊杆力进行了简单分析，选取了两种具有代表性的方法，即刚性吊... 详细信息

下承式钢管混凝土系杆拱桥结构内部存在多次超静定，其中吊杆力的求解存在诸多方法，这些分析方法各有特点。为了优化系杆拱桥受力，提高设计效率，文章对这几种方法求解的吊杆力进行了简单分析，选取了两种具有代表性的方法，即刚性吊杆法和最小弯曲能法，进行了实际工程的应用，通过有限元程序Midas Civil进行模拟分析，对比了两种方法求解吊杆力的结果，表明最小弯曲能法能较好地求解系杆拱桥初步吊杆力，为同类型工程提供吊杆力求解方面的参考。

关键词：系杆拱桥超静定刚性吊杆法最小弯曲能法吊杆力求解

基于机器视觉的系杆拱桥的拱位移监测技术研究

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城市道桥与防洪 2024年第6期 254-258页

作者：杨媛媛杨天宇王进潇上海城投公路投资(集团)有限公司上海市200335

随着我国桥梁的服役数量及服役时间的不断增长,桥梁领域越来越重视对系杆拱等特殊结构桥梁的位移监测。本文基于机器视觉方法,通过在拱上特定位置设施靶标、在两端拱脚设置相机的方式,提出了一种拱位移监测方案。随后以S32公路油墩港桥... 详细信息

随着我国桥梁的服役数量及服役时间的不断增长,桥梁领域越来越重视对系杆拱等特殊结构桥梁的位移监测。本文基于机器视觉方法,通过在拱上特定位置设施靶标、在两端拱脚设置相机的方式,提出了一种拱位移监测方案。随后以S32公路油墩港桥为实例,对该方法进行了试验验证,结果表明该方法能够同时达到亚毫米级位移精度与昼夜动态监测的要求,实现了对油墩港桥的拱位移监测。试验结果可靠,为同类系杆拱桥的拱位移监测方案提供了参考。

关键词：位移监测机器视觉系杆拱桥动态监测拱位移

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刚性系杆拱桥吊杆张拉索力施工控制研究

中文科技期刊数据库（文摘版）工程技术 2024年第6期 0109-0113页

作者：秦志鹏中交建筑集团有限公司北京100022

系杆是系杆拱桥中最主要的承载结构,其索力直接关系到整座桥的受力和工作状况,因此张拉顺序和张拉力的控制是系杆拱桥施工中的一项关键技术。在此基础上,本项目拟通过理论分析,结合该桥的具体工况,研究拱肋抗弯惯性矩、轴力惯性矩等对... 详细信息

系杆是系杆拱桥中最主要的承载结构,其索力直接关系到整座桥的受力和工作状况,因此张拉顺序和张拉力的控制是系杆拱桥施工中的一项关键技术。在此基础上,本项目拟通过理论分析,结合该桥的具体工况,研究拱肋抗弯惯性矩、轴力惯性矩等对吊杆成桥索力的影响,并对成桥后的成桥状态、张拉端锁定螺帽、泵回油等因素进行灵敏度分析,揭示其对成桥索力的影响规律。在以上研究基础上,建立了刚性系杆拱桥吊杆张拉的施工控制流程,并对其进行了施工控制。研究发现,采用由拱脚向拱顶对称张拉吊杆的方法,相对于由拱顶向拱脚张拉更合理,而成桥期间的临时施工载荷和锚下拉索损耗均会对其索力产生很大的影响,因此,在进行吊杆张拉的理论分析时,需要对结构计算参数进行校正,同时还要进行临时性施工荷载的调研。在施工阶段,采用顶推法对频率法中的吊杆有效计算长度进行校正,并将频率法和千斤顶法相结合,严格控制吊杆张拉过程,可有效解决由于千斤顶返油而导致的锚下张力损失无法确定的难题。在此基础上,采用本文所建立的悬臂张拉索力控制方法,使成桥索力与目标索力最大偏差小于3%,达到了规范和设计的要求,并能有效地减少吊杆索力调整次数,加速工程进度。

关键词：桥梁工程系杆拱桥吊杆张拉索力控制影响矩阵法有效计算长度