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受损PPC斜拉桥主梁灌缝加固后疲劳性能试验研究

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中南大学学报（自然科学版） 2024年第3期55卷 1068-1081页

作者：袁晟颜东煌王文熙刘昀潘权袁明长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙理工检测咨询有限责任公司湖南长沙410076 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南交通职业技术学院路桥工程学院湖南长沙410132

为进一步研究受损部分预应力混凝土(PPC)斜拉桥主梁裂缝灌浆加固后的疲劳性能,对受较大疲劳及静力损伤的PPC斜拉桥节段缩尺模型主梁进行裂缝灌浆加固,并开展疲劳及疲劳后静载试验研究。研究结果表明:在疲劳荷载作用下,灌浆裂缝未重新开... 详细信息

为进一步研究受损部分预应力混凝土(PPC)斜拉桥主梁裂缝灌浆加固后的疲劳性能,对受较大疲劳及静力损伤的PPC斜拉桥节段缩尺模型主梁进行裂缝灌浆加固,并开展疲劳及疲劳后静载试验研究。研究结果表明:在疲劳荷载作用下,灌浆裂缝未重新开裂,在疲劳加载初期(约20万次),结构体系刚度下降较快,后期下降较平缓;250万次疲劳加载后,主梁L/4、L/2和3L/4截面处的结构体系刚度分别降低12.83%、9.48%、13.62%,较原主梁第4轮疲劳加载下结构体系刚度下降幅度大,但疲劳结束时结构体系刚度仍然比原主梁第4轮疲劳加载初始结构体系刚度大;对裂缝进行灌浆处置能有效恢复PPC斜拉桥主梁的抗裂强度及结构体系刚度;随着荷载增大,灌浆裂缝逐步张开,但最大裂缝宽度对应位置发生转移,同时不断有新裂缝产生,且裂缝分布区域范围增大,环氧树脂胶的作用极大地延缓了裂缝宽度的增大,提高了主梁的抗裂性能;环氧树脂胶不仅能修复混凝土裂缝界面,同时能有效恢复钢筋与混凝土间的黏结滑移损伤;对受严重损伤的PPC斜拉桥主梁仅进行裂缝灌浆处置后,主梁仍然具有良好的抗疲劳性能,同时,其疲劳后的抗裂性能及刚度也得到较大恢复。

关键词：桥梁工程混凝土斜拉桥部分预应力灌缝加固疲劳性能模型试验

椭圆形悬浮隧道管节沉放过程的波激运动特性分析

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隧道建设（中英文） 2024年第S01期44卷 92-104页

作者：易壮鹏桂怡琦唐新超李宇杰长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为了理清悬浮隧道施工过程中波浪参数与沉放体系中管节运动规律、系泊锚索张力的关系,以沉放过程中的大尺度椭圆形悬浮隧道管节为研究对象,基于ANSYS-AQWA软件采用数值模拟方法分析管节在规则波作用下的波激特性。在通过已有悬浮隧道管... 详细信息

为了理清悬浮隧道施工过程中波浪参数与沉放体系中管节运动规律、系泊锚索张力的关系,以沉放过程中的大尺度椭圆形悬浮隧道管节为研究对象,基于ANSYS-AQWA软件采用数值模拟方法分析管节在规则波作用下的波激特性。在通过已有悬浮隧道管节的缩尺模型试验验证本文所用数值方法正确性的基础上,研究波浪环境中大尺度椭圆形悬浮隧道管节运动的时程历程曲线、RAO曲线以及锚索支撑的索力分布规律,得到沉放系统时域、频域运动特性与波浪参数(周期、波高、入射角)及管节的沉没深度、浮重比(BWR)之间的变化关系。结果表明:1)波高、周期增大时,管节位移与缆绳缆力均显著增加,增至一定程度时管节位移出现非线性特征,锚索出现松弛现象。2)在入射角增大的过程中,垂荡RAO曲线图分布规律基本一致,横摇值增大,纵摇值减小。3)不同沉没深度时横荡RAO曲线规律一致;垂荡RAO曲线对沉没深度非常敏感,其增加时垂荡值减小;沉没深度越大,横摇RAO值越小。4)管节浮重比减小时,管节横荡位移幅值减小,变为周期运动或准周期运动,缆索索力均大于零,松弛现象消失,索力时间历程呈现准周期规律。

关键词：悬浮隧道沉放波激运动特征数值模拟 RAO曲线

考虑风向相关性的风电机组山地湍流风场模拟研究

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可再生能源 2024年第6期42卷 812-819页

作者：杨春侠于增豪朱陶炜长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为了更加准确地进行风电机组结构时程响应计算,考虑风剪切、塔影和山地环境等对平均风速的影响,文章基于Kaimal自功率谱和纵向与竖向脉动风速分量互功率谱,采用谐波叠加法通过湍流相干模型建立空间三维且具备风向相关性的非平稳风场。... 详细信息

为了更加准确地进行风电机组结构时程响应计算,考虑风剪切、塔影和山地环境等对平均风速的影响,文章基于Kaimal自功率谱和纵向与竖向脉动风速分量互功率谱,采用谐波叠加法通过湍流相干模型建立空间三维且具备风向相关性的非平稳风场。选取某风电场2 MW风电机组为例进行实例分析,对模拟方法进行验证,并与不考虑风向相关性进行对比。模拟结果表明,风速时程数据特征符合预期,得到的模拟功率谱与目标谱吻合较好,考虑风向相关性可提高模拟吻合度。从而证明了模拟方法的准确性和必要性,实现了三维非平稳脉动风场的模拟。

关键词：风电机组谐波叠加法非平稳脉动风风向相关性功率谱检验

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叶片质量不平衡下风机基础的疲劳性能

可再生能源 2024年第5期42卷 640-646页

作者：张惠平刘哲锋李鹏飞长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410004

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片... 详细信息

为探究基础环式风机基础在叶片质量不平衡时的疲劳性能,文章通过重构风力发电机组叶片质量不平衡模型推导了附加载荷,基于谐波合成法理论对脉动风速谱做单点模拟以计算风电机组气动荷载等基本运行载荷,并以实际工程为例建立了风机叶片—塔筒—基础一体化有限元模型,计算了结构自振特性和基本运行载荷与附加载荷共同作用下的载荷响应。结果表明:风机叶片质量不平衡程度加深会导致基础结构的应力集中现象,加剧应力幅增加,进而影响结构的疲劳性能与寿命;结构中混凝土的受力特性受影响较大,钢筋笼次之,基础环最小。

关键词：风机基础叶片质量不平衡有限元模拟疲劳寿命

带风嘴π型组合梁断面涡振性能试验及抑振机理研究

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实验力学 2024年第4期39卷 474-484页

作者：李春光黄笑韩艳颜仲良罗浩轩长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114

为研究带风嘴π型叠合梁断面涡激振动性能,基于某在建斜拉桥工程的设计方案,通过1∶50缩尺比刚性节段模型自由悬挂风洞试验,测试了不同工况下π型梁的涡振性能,并对上、下稳定板及组合稳定板措施的抑振效果进行了研究。进一步采用SST k... 详细信息

为研究带风嘴π型叠合梁断面涡激振动性能,基于某在建斜拉桥工程的设计方案,通过1∶50缩尺比刚性节段模型自由悬挂风洞试验,测试了不同工况下π型梁的涡振性能,并对上、下稳定板及组合稳定板措施的抑振效果进行了研究。进一步采用SST k-ω湍流模型,模拟了原断面和推荐措施下π型梁断面周围的流场特性,并结合绕流涡量演化图探讨了涡振抑制机理。研究结果表明:原断面在5种风攻角状态下均发生明显竖向涡激振动,且+5°攻角竖向幅值超过规范允许振幅。设置与边主梁等高的下中央稳定板明显降低了涡激振动响应,主梁涡振性能随着下中央稳定板高度的增加先提升后降低。

关键词： π型主梁断面风洞试验涡振性能气动措施

面向低碳理念的桥梁群多目标维护决策优化研究

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中国公路学报 2024年第4期37卷 188-200页

作者：王磊陈瑞戴理朝涂荣辉长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 浙江省交通工程管理中心浙江杭州311215

为解决低碳理念下路网桥梁群维护策略制定难题,提出了基于改进第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ算法)的桥梁群多目标维护决策计算框架。首先,基于碳排放因子理论提出了路网桥梁群维护阶段碳排放计算方法,该方法涵盖了加固原材料生产、... 详细信息

为解决低碳理念下路网桥梁群维护策略制定难题,提出了基于改进第三代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ算法)的桥梁群多目标维护决策计算框架。首先,基于碳排放因子理论提出了路网桥梁群维护阶段碳排放计算方法,该方法涵盖了加固原材料生产、车辆通行以及辅助设施三级碳排放来源。以单个桥梁和节点连通可靠度为基准,建立了融合碳排放量、综合维护费用等指标的桥梁群多目标维护优化模型。其次,通过遗传K均值聚类法产生最佳聚类中心替代原NSGA-Ⅲ的参考点,利用基于遗传参数的动态交叉变异机制增强种群的多样性,提出了改进NSGA-Ⅲ算法;同时,结合组合权重逼近理想解排序法实现考虑决策者偏好的桥梁网络多目标维护优化模型的快速、精准求解。最后,以某地区桥梁网络为背景,分析了考虑决策者偏好的维护策略,并对比了不同目标组合对维护策略的影响。研究结果表明:不同的权重分配和不同的目标组合均会导致桥梁网络维护策略产生差异;相比于侧重经济效益的策略,侧重环境影响的策略费用增加了23.93%,但碳排放量减少了28.74%;在桥梁网络维修决策中,细化决策目标有助于获得更均衡的维护策略。

关键词：桥梁工程桥梁网络改进NSGA-Ⅲ算法碳排放维护决策

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共旋梁单元几何非线性分析的子结构方法

土木工程学报 2024年第5期57卷 65-75页

作者：邓继华梁璐祎谭平周福霖长沙理工大学土木工程学院湖南长沙410114 长沙理工大学桥梁工程安全控制教育部重点实验室湖南长沙410114 广州大学广东广州510405

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚... 详细信息

采用有限元方法分析结构的非线性行为必须进行多次迭代求解,因此在保证非线性计算精度的同时提高其计算效率是关键。该文以内含2个平面梁单元的子结构为例,建立一种平面梁结构基于共旋法与子结构的几何非线性分析方法。共旋法具有将刚体位移从结构的大位移中扣除而得到准确的小变形的特点,子结构法则能将内部节点的自由度凝聚到边界节点从而大大减少结构非线性平衡方程组的阶数,该文将两者结合并利用有较好的通过荷载和位移极限点功能的修正弧长法编制了计算程序,对荷载-位移曲线具有“位移跳跃”或“荷载跌落”显著特征的数个算例进行分析,与已有文献的结果对比验证了方法及程序的正确性。

关键词：平面梁结构共旋列式子结构法几何非线性修正弧长法

考虑自支撑临界角的3D打印混凝土球壳结构拆分方法与成型试验

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工程设计学报 2024年

作者：李胤贤蒋友宝刘艳高鹏翔长沙理工大学卓越工程师学院长沙理工大学土木工程学院

为实现3D打印混凝土球壳结构无支撑建造，本文提出了一种基于自支撑临界角的结构拆分建造方法。该法将结构拆分问题转换为单目标优化问题，依据改进遗传算法和动态优化拆分策略，寻求到最为简便、可行的球壳结构拆分方案。基于拆分方案... 详细信息

为实现3D打印混凝土球壳结构无支撑建造，本文提出了一种基于自支撑临界角的结构拆分建造方法。该法将结构拆分问题转换为单目标优化问题，依据改进遗传算法和动态优化拆分策略，寻求到最为简便、可行的球壳结构拆分方案。基于拆分方案可将球壳结构拆分成若干无需支撑即可打印的部件，对拆分部件逐一打印后完成整体结构的拼装。对混凝土球壳结构而言，随着材料自支撑临界角的增大，拆分部件数量也随之增加，为降低拆分段数过多对结构后续连接及其整体性能的不利影响，3D打印混凝土材料的自支撑临界角不宜过大。模型成型试验表明，本文方法可将球壳结构有效拆分，打印过程中能够免除结构支模工作，提高建造效率。

关键词： 3D打印混凝土球壳结构自支撑临界角遗传算法结构拆分

矿渣-粉煤灰地聚物注浆材料配比优化方法研究

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硅酸盐通报 2024年第10期 3726-3735页

作者：张永杰李嘉兵邓沛宇龙康甘泽同田湘长沙理工大学土木工程学院

地聚物作为绿色环保、价格低廉的注浆材料,要达到良好可注性需兼顾强度和流动性等注浆性能指标。为此,以液固比、水玻璃掺量和水玻璃模数为试验因素开展室内配比优化试验,构建了抗压强度、流动度和终凝时间的多元二阶响应面回归模型,并... 详细信息

地聚物作为绿色环保、价格低廉的注浆材料,要达到良好可注性需兼顾强度和流动性等注浆性能指标。为此,以液固比、水玻璃掺量和水玻璃模数为试验因素开展室内配比优化试验,构建了抗压强度、流动度和终凝时间的多元二阶响应面回归模型,并通过方差分析获得单因素及其交互作用对各注浆性能指标的影响规律。试验因素对注浆性能指标的影响程度依次为液固比、水玻璃掺量、水玻璃模数,液固比和水玻璃掺量交互作用对抗压强度的影响显著,其余两因素交互作用对注浆性能指标的影响均不显著。采用层次分析法并结合专家赋值法获取各注浆性能指标相对权重,构建多目标满意度函数对矿渣-粉煤灰地聚物注浆材料配比进行优化,据此对注浆性能指标综合最佳配比的浆液结石体进行SEM测试。结果表明,体系中仍能观测到少量球形未反应粉煤灰颗粒,矿渣颗粒和水泥颗粒基本反应完全,低聚态凝胶类反应产物重新排列和沉积延伸,相互交叉搭接构成致密且完整的空间网络状结构。

关键词：地聚物注浆材料多目标优化响应面法满意度函数微观结构

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