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钢桁梁桥的温度梯度长期监测及工程设计方法

钢桁梁桥的温度梯度长期监测及工程设计方法

作者：周金中国矿业大学

学位级别：硕士

目前,我国高速铁路桥梁建设蓬勃发展,其中钢桁梁桥因其具有强度高、材质均匀等诸多优点而被广泛应用。现有研究表明钢桁梁桥温度场会产生混凝土板开裂、桥梁支座病害等不良影响,但是中国《公路斜拉桥设计规范》、欧洲EN1991-1-5规范、美... 详细信息

目前,我国高速铁路桥梁建设蓬勃发展,其中钢桁梁桥因其具有强度高、材质均匀等诸多优点而被广泛应用。现有研究表明钢桁梁桥温度场会产生混凝土板开裂、桥梁支座病害等不良影响,但是中国《公路斜拉桥设计规范》、欧洲EN1991-1-5规范、美国AASHTO等规范未对钢桁梁温度梯度有所规定。本文基于实际监测数据、有限元软件探究钢桁梁桥的温度梯度规律,根据温差概率统计特性求解温度梯度作用标准值,并与相关性分析结合提出了最不利工程应用推荐模式。本文的主要研究内容和取得的成果如下:(1)钢桁梁桥温度场长期监测及规律分析。基于钢桁梁桥的实测数据,提出了针对于温度数据的预处理方法,之后探究钢桁梁桥的时变与空间分布监测规律。钢桁梁桥时变监测规律主要体现在各节点呈现“夏暑冬寒”季节变化特征,以年为周期的温度时程变化符合正弦曲线,夏天的变化幅度大于冬天的变化幅度,且在同一时刻各节点温度值不一致,证明钢桁梁桥内部各节点存在温差。钢桁梁桥空间分布监测规律主要是从单个杆构件横截面、钢桁梁桥横向温度梯度分布特征和桥面构件整体竖向温度梯度分布特征进行探究,发现均存在温度梯度,且边桁温度梯度大于中桁的温度梯度。(2)日照辐射下钢桁梁桥温度梯度影响因素分析。基于Ansys软件对钢桁梁桥进行有限元模拟,通过与实测数据对比,验证了模型的准确性,探究了钢桁梁桥模型在顶板厚度、翼缘板长度、季节参数和热工参数作用下的变化规律,总结了各变化参数与钢桁梁桥节点温度、横向和竖向温度梯度的相关性。(3)钢桁梁桥温度作用工程设计方法。基于温差的概率统计特性对温差极值样本进行拟合,通过拟合误差公式,选择样本数据拟合效果最佳的累积分布函数,并考虑了时间间隔对拟合效果的影响;通过数理统计方法,计算温差极值在服役年限为100年时的温度作用标准值,并通过拟合表达式揭示了钢桁梁桥实际的温差极值和求解的温度作用标准值之间的内在规律;基于温度作用标准值及温差极值样本数据的相关性,提出了求解钢桁梁桥最不利温度梯度模式的方法。该论文有图68幅,表28幅,参考文献73篇。

关键词：钢桁梁桥监测数据温度场有限元模拟温度梯度模式

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基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法研究

桥梁建设 2023年第6期53卷 26-33页

作者：毛伟琦李小珍王熊珏西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 中铁大桥局集团有限公司湖北武汉430050 桥梁智能与绿色建造全国重点实验室湖北武汉430034

针对山区钢桁梁桥1+1预拼装对场地要求高、工序资源消耗大的问题,提出基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法。该虚拟拼装方法主要通过多尺度三维激光扫描技术进行桁段逆向模型构建、基于聚类分割特征的逆向模型点云优化、基于迭代最近... 详细信息

针对山区钢桁梁桥1+1预拼装对场地要求高、工序资源消耗大的问题,提出基于特征点的钢桁梁桥桁段虚拟拼装方法。该虚拟拼装方法主要通过多尺度三维激光扫描技术进行桁段逆向模型构建、基于聚类分割特征的逆向模型点云优化、基于迭代最近点算法的桁段拼装运算进行钢桁梁桁段虚拟拼装,以代替实体预拼装,减少施工工序。为验证该虚拟拼装方法的可行性及准确性,以某山区特大铁路悬索桥为背景进行钢桁梁桁段缩尺模型试验。结果表明:该虚拟拼装方法可以筛选出相邻桁段中偏差较大的螺栓孔,在最大程度上保证螺栓孔拼装的合格率,避免因为某些螺栓孔偏差较大影响全局的拼装精度,验证了该虚拟拼装方法的可行性及准确性。

关键词：钢桁梁桥钢梁桁段三维激光扫描技术虚拟拼装逆向模型点云优化迭代最近点算法缩尺模型试验

钢桁梁桥大悬臂状态顶推启动瞬态动力效应分析

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桥梁建设 2019年第4期49卷 18-22页

作者：华旭刚曹利景王钰陈政清风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 中国铁建大桥工程局集团有限公司天津472000

为研究钢桁梁桥大悬臂状态顶推过程中的顶推启动瞬态效应及风荷载对施工的影响,以三门峡黄河公铁两用大桥钢桁梁顶推施工为背景进行分析。采用ANSYS软件建立该桥顶推状态有限元模型,在分析顶推启动瞬态效应作用机理的基础上,建立动力效... 详细信息

为研究钢桁梁桥大悬臂状态顶推过程中的顶推启动瞬态效应及风荷载对施工的影响,以三门峡黄河公铁两用大桥钢桁梁顶推施工为背景进行分析。采用ANSYS软件建立该桥顶推状态有限元模型,在分析顶推启动瞬态效应作用机理的基础上,建立动力效应分析方法,将顶推启动瞬间静、动摩擦力的差值转化为钢桁梁的水平等效加速度进行数值模拟。分析结构在大悬臂工况下由顶推启动所引起的瞬态冲击效应、考虑风荷载的冲击效应及阻尼比对冲击效应的影响,结果表明:只考虑顶推启动状态时,冲击效应随悬臂跨度的增加有减小趋势;在静风荷载联合作用下,顶推启动瞬态冲击效应随悬臂跨度的增加而增加;阻尼比对顶推启动瞬态冲击效应影响不明显;顶推启动的瞬态冲击效应及风荷载不可忽略,需针对不同跨径选取合适的冲击系数。

关键词：钢桁梁桥顶推施工大悬臂状态瞬态冲击效应冲击系数风荷载阻尼比

钢桁梁桥双悬臂加固施工方法优化设计及局部受力分析

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钢桁梁桥双悬臂加固施工方法优化设计及局部受力分析

作者：许方塔长沙理工大学

学位级别：硕士

桥梁在使用过程中,由于使用时间带来的结构老化以及持续的交通荷载作用下,桥梁结构的承载能力逐渐降低,对现有桥梁维修加固是未来交通发展的重点。钢桁梁桥因其自身重量轻、结构受力明确以及施工方便等优点,被广泛应用于各大跨径桥梁中... 详细信息

桥梁在使用过程中,由于使用时间带来的结构老化以及持续的交通荷载作用下,桥梁结构的承载能力逐渐降低,对现有桥梁维修加固是未来交通发展的重点。钢桁梁桥因其自身重量轻、结构受力明确以及施工方便等优点,被广泛应用于各大跨径桥梁中。钢桁梁桥的加固方式多种多样,采取合适的加固方法不仅能使结构的承载能力大大提高,而且还有更好的经济效益。本文以某运河双悬臂平旋开启式钢桁梁桥为背景,基于有限元软件,对钢桁梁桥进行数值模拟分析,主要工作如下:(1)对目前主要的桥梁加固方法进行整理分析,研究桥梁加固的原因、各种加固方法的优点及适用条件,分析主要加固方法的受力特性及计算说明。(2)研究钢桁梁桥在加固之前的顶升优化工作。为使结构达到最佳应力状态,在加固之前需要将主塔边跨和中跨两端悬臂顶升至相应位置进行加固,分别采用三种优化方案,通过有限元软件分析顶升过程中桥梁的应力及线形变化,并结合现场配置的液压设备,确定最终的优化方案。(3)根据有限元整体计算模型,选取桥梁主梁最不利荷载位置,通过ABAQUS有限元软件建立局部模型,通过整体模型数据,在局部施加相应荷载,分析局部在悬臂和顶升结束下的应力状况。采用增大截面的加固方法,增加主纵梁的截面面积,通过ABAQUS有限元软件局部分析,对比加固前后的应力大小。通过ABAQUS软件对桥梁上弦锚箱实体建模,分析在分组预应力张拉下,锚箱的应力变化。(4)分析开启式钢桁梁桥成桥合拢后的状态。分别采用国内和欧洲列车荷载规范,在整体模型中施加跨中最不利荷载,对比不同规范下,桥梁结构的变形情况。研究对比在国内和欧洲温度荷载规范下,桥梁主梁的应力差异。

关键词：钢桁梁桥加固有限元分析局部分析荷载规范

基于联合概率法的重载铁路大跨钢桁梁桥剩余疲劳寿命评估

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铁道科学与工程学报 2023年第8期20卷 3162-3171页

作者：郭文华蒋晨奕中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为准确评估在重载列车开行条件下大跨钢桁桥的疲劳损伤,提出基于联合概率法的重载铁路大跨钢桁梁桥剩余疲劳寿命评估方法。通过建立包含正交异性桥面的简支钢桁梁桥精细化分析模型,采用考虑车桥振动影响的重载列车移动简谐荷载,计算重... 详细信息

为准确评估在重载列车开行条件下大跨钢桁桥的疲劳损伤,提出基于联合概率法的重载铁路大跨钢桁梁桥剩余疲劳寿命评估方法。通过建立包含正交异性桥面的简支钢桁梁桥精细化分析模型,采用考虑车桥振动影响的重载列车移动简谐荷载,计算重载列车通过钢桁梁桥时的结构动力响应。基于雨流计数法和Miner线性疲劳累积准则,获得单次列车过桥时钢桁梁桥控制部位疲劳应力谱,研究列车类型、行车速度、车辆载重、编组车辆节数等对钢桁梁桥疲劳损伤的影响。根据等效列车历史运营谱和考虑年运量及典型疲劳列车发展趋势的未来运营谱,采用联合概率法计算了钢桁梁桥的剩余疲劳寿命。研究结果表明:钢桁梁桥的最不利疲劳控制部位为正交异性桥面板的横肋跨中下翼缘纵向角焊缝以及纵肋与桥面板焊接连接部位;运营列车类型对横肋、纵肋疲劳损伤的影响显著;钢桁梁桥纵肋、横肋疲劳损伤度随编组车辆节数增多而增大,随车速的变化具有不确定性;疲劳部位损伤度随车辆载重增加而增大,且当车辆载重超过某临界值后,将对钢桥疲劳产生重大影响;与定值分析法相比,采用考虑列车载重、车速正态分布的联合概率法计算疲劳损伤度更准确合理,估算包含正交异性桥面板的大跨简支钢桁梁桥的剩余疲劳寿命更可靠,可为开展重载铁路大跨钢桥疲劳分析提供参考。

关键词：重载铁路钢桁梁桥剩余疲劳寿命疲劳损伤正交异性桥面板

钢桁梁桥主桁杆件厚板焊接残余应力空间分布试验研究

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铁道学报 2019年第3期41卷 128-133页

作者：强斌李亚东顾颖邹永丰西南交通大学土木工程学院四川成都610031 西南科技大学土木工程与建筑学院四川绵阳621010 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面... 详细信息

为研究某钢桁梁桥主桁杆件钢厚板焊接残余应力的空间分布规律,采用与实桥相同的材料和焊接工艺制作30 mm厚的对接焊试板,用局部逐层去除盲孔法对试板表层及内部残余应力进行测试,并对测量结果进行不确定度评定。试验结果表明:厚板表面焊接残余拉应力峰值位于焊缝附近区域,残余应力呈典型的拉-压分布趋势;内部横向残余应力在焊缝附近的分布状态为外拉内压,并且在上表层具有较大的应力梯度;内部纵向残余应力在焊缝附近为拉应力;随着距焊缝中心线距离的增加,纵横向残余应力皆开始逐渐减小,直至转变为压应力。

关键词：钢桁梁桥主桁杆件厚板对接焊焊接残余应力空间分布

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钢桁梁桥上列车双车交会气动特性风洞试验

中国公路学报 2018年第7期31卷 76-83页

作者：邱晓为李小珍沙海庆肖军王铭西南交通大学桥梁工程系四川成都610031 重庆交通大学土木工程学院重庆400074

为探究横风作用下钢桁梁桥上列车双车交会过程中气动力系数的突变机理,以某一大跨度公铁两用钢桁梁桥为背景,首先根据XNJD-3风洞实验室的尺寸设计了一套移动车辆模型试验系统;然后根据风洞阻塞比的要求设计了几何缩尺比为1∶30的桥梁和... 详细信息

为探究横风作用下钢桁梁桥上列车双车交会过程中气动力系数的突变机理,以某一大跨度公铁两用钢桁梁桥为背景,首先根据XNJD-3风洞实验室的尺寸设计了一套移动车辆模型试验系统;然后根据风洞阻塞比的要求设计了几何缩尺比为1∶30的桥梁和车辆试验模型;最后测试了横风作用下桥上列车交会过程中移动车辆模型的气动力。为尽可能地降低试验系统对运动车辆气动力的干扰,对原始时程数据进行了低通滤波处理,并分析了车速、风速、合成风向角、车辆所在轨道位置等因素对车辆气动力系数的影响。试验结果表明:双车交会时,背风侧运动车辆的气动力系数具有明显的突变趋势,迎风侧运动车辆的气动力系数变化较为平稳;列车交会时突变区域主要受运动车辆引起的列车风速的影响,且随车速的增加而增大,横风风速对突变区域影响较小;交会过程中背风侧车辆升力系数和侧向力系数的突变量随合成风向角的增大呈增大趋势,力矩系数突变量对合成风向角的变化不敏感;横桥向列车所处轨道位置影响其气动力系数。试验结果可为研究横风作用下高速列车-桥上交会过程的行车安全提供数据支持。

关键词：桥梁工程双车交会风洞试验气动力系数钢桁梁桥

潍莱铁路钢桁桥车桥耦合振动分析及行车安全性评估

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铁道科学与工程学报 2023年第10期20卷 3989-3997页

作者：张丛孙洪斌姜金凤曹庆超胡春建朱志辉余玉洁中铁十局集团有限公司青岛分公司山东青岛266000 山东铁路投资控股集团有限公司山东济南250102 中南大学土木工程学院湖南长沙410075

为准确分析高速铁路钢桁梁桥的动力特征和实际运营安全性,基于车-桥耦合振动理论和有限元模拟方法,对潍莱铁路跨青荣特大桥进行车桥耦合振动分析和行车安全性评估。首先,采用ANSYS有限元软件建立潍莱铁路钢桁桥全桥有限元模型;其次,基... 详细信息

为准确分析高速铁路钢桁梁桥的动力特征和实际运营安全性,基于车-桥耦合振动理论和有限元模拟方法,对潍莱铁路跨青荣特大桥进行车桥耦合振动分析和行车安全性评估。首先,采用ANSYS有限元软件建立潍莱铁路钢桁桥全桥有限元模型;其次,基于十自由度垂向车辆动力学模型开展钢桁桥—高速列车耦合动力分析,得到桥梁主桁下弦节点挠度和主桁杆件应力的动态响应,并且与施加移动静荷载得到的静力过桥模式下桥梁响应结果进行对比,计算得出主桁下弦节点挠度和主桁杆件应力的冲击系数。最后,针对车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力3项行车安全性指标进行分析,得到桥梁在实际运营工况下的行车安全状态。研究结果表明:铁路钢桁梁桥在列车荷载作用下,桥梁主桁的下弦节点挠度响应和主桁杆件应力响应都会增大;桥梁主桁下弦节点挠度冲击系数均小于0.04,节点之间挠度冲击系数差异较小;桥梁主桁应力冲击系数最大值为0.697,主桁各部分应力冲击系数存在较大差异,所以在桥梁设计时要充分考虑应力冲击系数放大效应;车体振动加速度、脱轨系数和横向轮轨力3项行车安全性指标均符合规范要求,桥梁满足实际运营条件。研究成果可为同类型铁路钢桁梁桥的动力分析与行车安全性评估提供参考。

关键词：高速铁路钢桁梁桥车桥耦合动力分析应力响应冲击系数行车安全性

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基于高斯贝叶斯网络的大型钢桁梁桥损伤识别

铁道科学与工程学报 2022年第11期19卷 3293-3302页

作者：袁明贵辛宇王佐才段大猷合肥工业大学土木与水利工程学院安徽合肥230009 安徽省基础设施安全检测与监测工程实验室安徽合肥230009 安全关键工业测控技术教育部工程研究中心安徽合肥230009

为确保桥梁结构在运营期间的安全性能,以某大型公铁两用钢桁梁桥为研究背景,开展基于高斯贝叶斯网络(Gaussian Bayesian network,GBN)的钢桁梁桥损伤识别研究。建立该钢桁梁桥的有限元模型,对桥梁在汽车和列车作用下的耦合振动效应进行... 详细信息

为确保桥梁结构在运营期间的安全性能,以某大型公铁两用钢桁梁桥为研究背景,开展基于高斯贝叶斯网络(Gaussian Bayesian network,GBN)的钢桁梁桥损伤识别研究。建立该钢桁梁桥的有限元模型,对桥梁在汽车和列车作用下的耦合振动效应进行分析,并研究不同荷载因素对桥梁振动效应的影响;构建以移动荷载为1级节点,桥梁挠度为2级节点,桁架单元峰值应力为3级节点的GBN网络模型;通过有限元分析,获取桥梁结构在不同荷载因素作用下的训练数据,并对构建的GBN网络进行训练,得到能够准确表征各级节点复杂映射关系的网络模型。结合训练后的GBN网络模型和基于结构单元峰值应力残差的损伤指标,分别对钢桁梁桥在单点损伤、多点损伤以及不同损伤程度工况下的损伤识别进行研究,并对比分析不同移动荷载对桥梁结构损伤识别结果的影响。研究结果表明:基于训练后的GBN网络,能够准确地实现钢桁梁桥的损伤定位,并根据损伤指标计算值对结构的损伤程度进行量化;此外,对比汽车和列车荷载作用下的损伤识别结果,基于汽车荷载作用下的损伤识别结果具有更高的精度。

关键词：钢桁梁桥车桥耦合振动分析高斯贝叶斯网络损伤指标损伤识别