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正交异性钢桥面板冷维护技术及评价方法

中国公路学报 2016年第8期29卷 50-58页

作者：王春生翟慕赛 HOUANKPO T N O 唐友明长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学公路大型结构安全教育部工程研究中心陕西西安710064

为保证正交异性钢桥面板使用安全,合理延长其使用寿命与维护周期,在剖析疲劳损伤传统热维护技术方法不足的基础上,提出冷连接钢板、超高性能纤维混凝土组合层等具有零损伤或微损伤维护技术特征的冷维护方法,对钢桥面板疲劳开裂细节进行... 详细信息

为保证正交异性钢桥面板使用安全,合理延长其使用寿命与维护周期,在剖析疲劳损伤传统热维护技术方法不足的基础上,提出冷连接钢板、超高性能纤维混凝土组合层等具有零损伤或微损伤维护技术特征的冷维护方法,对钢桥面板疲劳开裂细节进行加固;开展正交异性钢桥面板足尺模型疲劳试验研究,分别采用止裂孔和粘贴钢板法维护纵肋拼接细节疲劳裂纹,将冷维护方法应用于某钢箱梁斜拉桥正交异性钢桥面板,对横隔板挖孔细节、纵肋与横隔板连接细节采用等边角钢进行加固,分别采用车辆加载测试、运营监测和数值断裂力学模拟等方法,对实桥正交异性钢桥面板冷维护效果进行评价。试验结果表明:止裂孔无法阻止裂纹扩展,而采用冷维护后钢板与纵肋协同工作状态良好,纵肋拼接细节疲劳寿命延长70%以上;实桥加载测试结果表明冷维护后疲劳裂纹尖端测试应力降低40.4%;根据动应变监测数据和S-N曲线评估结果,24h内横隔板开裂细节疲劳损伤降低79.6%;数值断裂力学分析表明冷维护后裂尖应力强度因子幅小于裂纹扩展的应力强度因子幅阈值,疲劳裂纹不再扩展;正交异性钢桥面板疲劳损伤冷维护技术工程可实施性强、安全可靠,可实现对原结构进行零损伤或微损伤维护的技术目标,为钢桥面板疲劳维护提供了新的技术选择。

关键词：桥梁工程正交异性钢桥面板疲劳试验冷维护技术冷连接钢板超高性能纤维混凝土组合层

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下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法

交通运输工程学报 2022年第5期22卷 217-230页

作者：张国靖刘永健刘江长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学公路大型结构安全教育部工程研究中心陕西西安710064

为了得到下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法,建立了恒载作用模式和合理拱轴线微分方程,得到合理拱轴线的解析解;在解析解的基础上,定义了主拱恒载占比系数,得到了基于矢跨比和主拱恒载占比系数的合理拱轴线快速求解计算方法;采用... 详细信息

为了得到下承式拱桥合理拱轴线的解析解与计算方法,建立了恒载作用模式和合理拱轴线微分方程,得到合理拱轴线的解析解;在解析解的基础上,定义了主拱恒载占比系数,得到了基于矢跨比和主拱恒载占比系数的合理拱轴线快速求解计算方法;采用拱桥设计规范、工程案例与相关研究成果,验证了本文方法的可靠性。研究结果表明:下承式拱桥的恒载作用模式可等效为连续均布恒载+主拱恒载的形式,合理拱轴线为悬链线,相应的拱轴系数由矢跨比和主拱恒载占比系数共同决定;拟合出的不同矢跨比下的拱轴系数与主拱恒载占比系数的函数关系式为线性相关关系,决定系数大于0.99,说明拟合公式准确;工程中下承式拱桥矢跨比范围为1/3~1/8,相应的拱轴系数范围为1.000~1.792,常见的矢跨比范围为1/4~1/5,相应的拱轴系数范围为1.000~1.465,与工程案例中拱轴系数统计结果的吻合度较高,说明计算结果可靠;工程中常见主拱恒载占比系数范围为0.1~0.5,对应的拱轴系数范围为1.102~1.364,与拱桥设计规范中的取值范围接近,证明了规范取值的合理性;当主拱恒载占比系数小于0.5且矢跨比小于1/7,或主拱恒载占比系数小于0.1时,拱轴系数接近于1.000,即合理拱轴线可采用二次抛物线;利用查表法或简化公式法,可以快速求得合理拱轴线方程;与已有研究成果相比较,主拱截面弯矩、偏心距和偏心距平方和的偏差均在5%以内,证明了本文计算方法的正确性。

关键词：桥梁工程下承式拱桥合理拱轴线解析方程法拱轴系数主拱恒载占比

基于双向渐进结构优化法的钢桥系统失效模式识别

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中国公路学报 2017年第3期30卷 31-39页

作者：罗晓瑜王春生姚书奎寇婷苇王茜长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学公路大型结构安全教育部工程研究中心陕西西安710064

准确模拟钢桥系统失效状态,实现结构失效状态的转移是钢桥结构系统主要失效模式识别算法的核心之一。针对钢桥中已屈服的失效杆件在继续强化或卸载情况下可能导致的结构内力重分布现象,以及通过删除失效单元并对失效单元所在节点外施加... 详细信息

准确模拟钢桥系统失效状态,实现结构失效状态的转移是钢桥结构系统主要失效模式识别算法的核心之一。针对钢桥中已屈服的失效杆件在继续强化或卸载情况下可能导致的结构内力重分布现象,以及通过删除失效单元并对失效单元所在节点外施加虚载实现结构拓扑状态转变的简化方法难以精确模拟结构实际受力性能的问题,提出了更全面反映钢材在弹性、屈服、强化、强化后卸载这4个阶段力学性能的受拉弹-塑性材料本构模型,钢材受压时采用考虑屈服应力折减的弹-塑性本构模型,并引入双向渐进结构优化法实现结构分析状态的自动转移;通过应力判断准则确定拉压杆件的弹塑性状态以及是否出现局部卸载现象,在钢桥系统失效模式搜寻过程中完成材料本构模型随单元受力状态的自动转换,直至达到材料极限强度后才予以删除这些杆件。结果表明:该方法充分考虑了钢桥构件间的相互影响关系与结构的内力重分布现象,通过精细化分析与结构状态自动转移,实现钢桥结构系统失效路径的搜寻;结合阶段临界强度分枝-约界法编制的识别钢桥主要失效模式的计算程序,实现了钢桥系统失效树主干和主枝的快速识别和生成,并成功识别出算例钢桁架桥的主要失效模式以及伪失效模式。

关键词：桥梁工程钢桥双向渐近结构优化法系统失效模式结构可靠度分枝-约界法

钢-混凝土组合梁桥的温度梯度作用——地域差异与等值线地图

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中国公路学报 2023年第1期36卷 135-149页

作者：刘江刘永健马志元吕毅长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学公路大型结构安全教育部工程研究中心陕西西安710064

为研究组合梁桥温度梯度作用取值的地域差异性,搜集了全国839个气象站的长期历史气象数据,建立了全国91个辐射气象站(有太阳辐射历史数据)太阳辐射预测的Bahel模型,补充了748个常规气象站(无太阳辐射历史数据)各23年的太阳日辐射总量数... 详细信息

为研究组合梁桥温度梯度作用取值的地域差异性,搜集了全国839个气象站的长期历史气象数据,建立了全国91个辐射气象站(有太阳辐射历史数据)太阳辐射预测的Bahel模型,补充了748个常规气象站(无太阳辐射历史数据)各23年的太阳日辐射总量数据。在这些气象数据的基础上,提出了温度作用代表值等值线地图的“逐层绘制法”,该方法首先采用有限元温度场长期计算和气象相关性经验公式分别得到91个辐射气象站和748个常规气象站的温度作用样本数据,随后基于广义帕累托分布(GP分布)的超阈值模型求得各气象站的温度作用代表值,最后,采用空间插值方法绘制各温度作用代表值的等值线地图。采用上述方法,绘制了组合梁桥温度梯度升温模式1、升温模式2和降温模式中各温差代表值的等值线地图。研究结果表明:Bahel模型在中国范围内具有很好的适用性,可用于太阳辐射数据的准确预测和补充;中国组合梁桥各温差存在显著的地域差异性,最大可达到27.89℃,若在一个较大的区域内选取一恒定温差作用取值会明显低估了这种地域差异性;“逐层绘制法”概念清晰,操作方便,是进行温度作用等值线地图绘制的有效方法;所绘制的50年回归期温差代表值等值线地图,可用于全国范围内组合梁桥温度梯度作用的准确取值,所提供的温差数据具有概率统计意义,较现行规范更能满足极限状态设计法的基本要求,对于中国组合梁桥的精细化设计和规范体系的补充具有重要价值。

关键词：桥梁工程钢-混凝土组合梁桥温度梯度模式等值线地图温差代表值地域差异性历史气象数据

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基于稳定图解析的桥梁模态参数全自动识别

中国公路学报 2024年第1期37卷 117-127页

作者：贺敏梁鹏杨凡刘玖贤武晓阳长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学公路大型结构安全教育部工程研究中心陕西西安710064

桥梁模态参数识别是桥梁智能监测的重要内容,传统桥梁模态参数识别方法需要人工干预,不适合连续监测,且在传感器较少时可能失效。为解决该问题,提出改进的稳定图解析方法,实现桥梁模态参数全自动识别。首先,提出模态相似指标(Modal Simi... 详细信息

桥梁模态参数识别是桥梁智能监测的重要内容,传统桥梁模态参数识别方法需要人工干预,不适合连续监测,且在传感器较少时可能失效。为解决该问题,提出改进的稳定图解析方法,实现桥梁模态参数全自动识别。首先,提出模态相似指标(Modal Similarity Criterion, MSC)度量模态相似性,解决传统模态置信度指标在传感器较少时可能失效的问题;然后,提出新的稳定图自动清洗方法,剔除稳定图中的大量虚假模态,同时提出改进的层次聚类算法自动解析清洗的稳定图,实现模态参数自动识别;最后,将提出的方法应用于一座斜拉桥和一座具有密集模态的连续梁桥Benchmark,并在极端传感器布置工况下验证所提方法辨别密集模态的可行性。结果表明:即使在发生振型空间混叠时,提出的MSC指标仍能有效辨别不同模态;提出的稳定图自动清洗和自动解析方法不需要任何人工设定的阈值,能够自动剔除虚假模态并得到准确的模态识别结果,同时能够准确识别发生振型空间混叠的密集模态。提出的自动识别方法不受结构刚度和加速度传感器布置位置和数量的限制,能够统一地应用于具有不同刚度和不同传感器布置工况的跨海桥梁集群监测。

关键词：桥梁工程模态参数自动识别振型空间混叠模态相似指标密集模态

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基于同伦方法的路面模量反算研究

中国公路学报 2003年第1期16卷 1-5页

作者：查旭东王秉纲长沙交通学院道路与交通工程系湖南长沙410076 长安大学公路学院陕西西安710064

根据最优化问题的极值条件 ,将模量反算转化为非线性映射求零点的问题 ,结合数值微分计算弯沉对模量的一阶和二阶偏导数 ,建立了基于同伦方法反算路面模量的数学模型 ;并采用 LI-YORKE算法求解微分方程初值问题跟踪同伦曲线 ,获得模量... 详细信息

根据最优化问题的极值条件 ,将模量反算转化为非线性映射求零点的问题 ,结合数值微分计算弯沉对模量的一阶和二阶偏导数 ,建立了基于同伦方法反算路面模量的数学模型 ;并采用 LI-YORKE算法求解微分方程初值问题跟踪同伦曲线 ,获得模量的反算结果 ,在此基础上编制了相应的模量反算程序。通过对 3种路面结构的落锤式弯沉仪 ( FWD)的实测弯沉盆进行模量反算 ,并与国内外其它反算程序比较 ,验证了同伦方法反算结果的精度和可靠性。同时 ,通过选取不同初始值进行反算比较 ,验证了同伦方法的大范围收敛性和反算结果的稳定性。结果表明 ,采用同伦方法进行路面模量反算有效地解决了常规最优化算法的初始值和局部收敛的问题 ,是一种精度好、速度快、效率高、结果稳定且大范围收敛的模量反算方法。

关键词：道路工程路面模量反算同伦方法落锤式弯沉仪数学模型最优化

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道路平、纵线形组合路段错视觉评价

中国科技论文 2015年第16期10卷 1900-1906页

作者：张敏张驰杨琼长安大学公路学院交通工程研究所西安710064 长安大学特殊地区公路工程教育部重点实验室西安710064

为了量化评价道路平、纵线形组合路段的驾驶人错视觉,以提高平、纵组合路段驾驶安全水平,提出了用车辆行驶轨迹指标来评价驾驶人错视觉的方法。选择正交试验方法设计道路实验参数,应用仿真软件UC-win/road建立了道路几何参数与驾驶人错... 详细信息

为了量化评价道路平、纵线形组合路段的驾驶人错视觉,以提高平、纵组合路段驾驶安全水平,提出了用车辆行驶轨迹指标来评价驾驶人错视觉的方法。选择正交试验方法设计道路实验参数,应用仿真软件UC-win/road建立了道路几何参数与驾驶人错视觉之间的仿真模型;利用驾驶仿真模拟完成仿真实验,并进行实验数据的采集与分析;研究了视距、半径、纵坡坡度、缓和曲线长度和转角角度对驾驶人错视觉的影响,并建立了回归方程。从正交试验的极差分析可以看出,道路几何参数与驾驶人的错视觉之间存在较强的相关性,选择合理的道路几何参数对组合路段错视觉的削弱幅度可达10%~50%。对西部某山区高速公路的平、纵组合路段道路几何参数进行评价。分析表明,最容易让驾驶人产生错视觉的路段为不设超高的平曲线路段,从总体来看,凸曲线路段较凹曲线路段更容易让驾驶人产生错视觉。

关键词：道路线形平曲线竖曲线行车轨迹错视觉

基于数字图像处理的路面裂缝自动识别与评价系统

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长安大学学报（自然科学版） 2004年第2期24卷 18-22页

作者：张娟沙爱民高怀钢孙朝云长安大学公路学院陕西西安710064 西安电子工程研究所陕西西安710100 长安大学信息工程学院陕西西安710064

在论述国内外路面裂缝检测技术发展现状的基础上,分析了基于数字图像处理的路面裂缝识别与评价系统的工作原理。通过研究路面裂缝图像的特点和现有裂缝识别算法,提出了该技术应用中尚存在分析结果的可靠性、图像处理的速度以及路面裂缝... 详细信息

在论述国内外路面裂缝检测技术发展现状的基础上,分析了基于数字图像处理的路面裂缝识别与评价系统的工作原理。通过研究路面裂缝图像的特点和现有裂缝识别算法,提出了该技术应用中尚存在分析结果的可靠性、图像处理的速度以及路面裂缝评价技术的完善等几个关键技术,并探讨了解决这些问题的途径。

关键词：数字图像图像处理路面裂缝自动识别系统评价系统道路工程

基于熵权可拓物元模型的公路项目社会稳定风险评估方法

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中国公路学报 2018年第9期31卷 191-198页

作者：董治王欢董小林刘珊长安大学公路学院陕西西安710064 长安大学环境经济与管理研究所陕西西安710064

为了加强中国公路风险评估与管理水平,以国家开展重大建设项目社会稳定风险评估的要求为基础,提出科学、合理并具有适应性的公路项目社会稳定风险评估方法。首先,根据公路项目建设各个阶段的特点,从公路项目内部因素和外部条件两方面分... 详细信息

为了加强中国公路风险评估与管理水平,以国家开展重大建设项目社会稳定风险评估的要求为基础,提出科学、合理并具有适应性的公路项目社会稳定风险评估方法。首先,根据公路项目建设各个阶段的特点,从公路项目内部因素和外部条件两方面分析了其社会稳定风险因素的类型与内涵,建立了以公路项目风险内因指标与外因指标为主体的公路社会稳定风险评估指标体系。其次,提出了基于熵权可拓物元模型的公路项目社会稳定风险评估方法,该方法通过对各项指标进行经典域的划分和关联度函数构建,以熵作为客观评价项目风险评估指标的权重,计算综合关联度值,进而给出评判公路项目社会稳定风险的等级。实证分析以青兰线东阿界至聊城(鲁冀界)段项目为例,基于所提方法,识别了项目全过程的18个内因与外因风险指标,计算得出其社会稳定风险综合等级为"风险中等";针对识别出的风险偏高指标设计并采用相应的风险防范措施,经过再次评估得出该项目风险等级为"风险低"。研究结果表明:所构建的公路社会稳定风险评估指标体系是切实可行的;所提出的基于熵权物元模型的公路项目社会稳定风险评估方法,能够实现客观有效地评估公路项目社会稳定风险,同时还有助于加强项目风险防范措施的针对性。研究成果对公路项目社会稳定风险评估及项目各阶段的风险管理具有重要的支撑作用。

关键词：交通运输经济社会稳定风险评估熵权可拓物元模型综合关联度公路项目