摘要：为研究桥梁抗风型调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)对车辆荷载引起结构振动的减振效果,并揭示车载作用下的TMD激振机理,提出了基于模态动能演化的多自由度结构TMD控制方法,确定了安装TMD的最优设计参数和布设位置;考虑桥梁有限元模型动力求解的通用性,基于桥梁三维动力分析系统BDANS软件建立了车-桥-TMD动力耦合分析系统;以经典单自由度移动弹簧质量过简支梁模型为研究对象,分析了车-桥-TMD系统振动特性,结合某深水区非通航桥梁抗风型TMD工程实例分析了TMD对车致振动的减振效果和机理。研究结果表明:TMD行程幅值与减振效果呈现正相关特点,即行程幅值越大对车-桥动力效应引起的振动减振效果越好;安装TMD可以显著提高结构的等效阻尼比,满足等效阻尼比>1%的工程需求,提高桥梁结构振动的稳定性;TMD在一定条件下可以减小车辆通过时引发桥梁竖向位移冲击效应,最大可减少3%左右;TMD对车-桥2个子系统的加速度瞬态峰值均起到了一定的抑制效果,尤其对桥梁结构竖向振动加速度作用效果明显,安装TMD后的桥梁跨中竖向振动加速度RMS值减少约20%;对大跨钢箱桥梁而言,相比较小的车辆荷载冲击效应,一阶竖弯呈邻跨反对称特性的桥梁结构在车辆通行过程中更容易激起TMD,使桥梁结构获得更佳的减振效果。

摘要：为实现以实测数据为目标的龙卷风高精度数值模拟,在总结已有研究成果的基础上,基于计算流体力学(CFD)方法建立了ISU型龙卷风数值模型,通过参数灵敏度分析确定拟优化模拟参数;提出了以实测数据为目标的龙卷风模拟参数优化方法,引入代理模型提高计算效率并通过数值模型计算设计样本点响应来训练代理模型,采用最大切向速度、最大切向速度处半径及标准化风剖面线形误差3个指标建立目标函数;通过一组数值算例验证了所提出优化方法的可靠性,采用所提出的优化方法分别以龙卷风物理模拟器试验数据和龙卷风现场实测数据为目标进行模拟参数优化,并基于此进行CFD数值模拟。研究结果表明:入口切向速度U_(t)、模拟器离地面高度H_(g)和地面移动速度V_(T)三个参数对龙卷风场影响较大,因此选作为待优化模拟参数;引入代理模型进行参数优化,避免了数值模型直接参与优化迭代过程,提高了优化效率;以龙卷风物理模拟器试验数据为目标的数值模拟结果,与试验数据的标准化风剖面线形误差V_(Mp)仅为0.034 4;以龙卷风现场实测数据为目标的数值模拟结果,在h=250 m及h=450 m高度处与实测结果的风剖面综合误差V_(M)分别为0.024 0、0.035 1,均小于训练样本集中模拟结果的误差,采用优化后的模拟参数进行龙卷风数值模拟很好地改善了模拟精度。

摘要：为评估运营阶段极端制动车载作用下悬索桥伸缩缝的服役状态,基于已有车-桥耦合振动分析系统,引入车辆制动力和俯仰力矩建立可考虑车辆制动过程的分析系统,并进行荷载试验验证;联合监测交通流数据与变参数速度-密度关系模型,推导了与监测车道数据匹配的速度-密度模型,确定不同车流密度状态下的车流交通量及车速取值;采用融合交通流及车辆特性并考虑变量相关的车流模拟方法,考虑驾驶员反应时间及拥堵流模型实现了极端制动车流的高真实度仿真;以伸缩缝工作极限状态为准则明确了对应的工作域及失效域状态;以一悬索桥为算例,评估了不制动、单车道制动及双车道制动车载下悬索桥伸缩缝服役状态。分析结果表明:验证后的分析系统可为极端车流制动车载下伸缩缝服役状态的评估提供数值分析平台;不同环境温度取值下悬索桥伸缩缝的正常工作域存在差异性;相对不制动及单车道制动工况,双车道发生制动且对向车道正常运营时,纵向位移响应极值的均值最大,为416.25 mm,未超过设计范围-640-700 mm;单车道及双车道制动工况下伸缩缝绕竖向轴角度极值的均值分别为0.075 rad,0.082 rad,均超过设计范围0.0557 rad,极易造成伸缩缝发生一端拉裂或一端挤死现象;建议设计过程中考虑极端制动工况以确保梁端伸缩缝变形量的工作储备,且当发生车道制动状况时,应立即控制对向车道的车辆驶入桥梁范围直至交通事故状态解除。

摘要：为解决当前纤维增强复合材料(FRP)加固钢筋混凝土梁抗弯承载力预测中模型不统一、计算繁琐、精度有限等问题,建立了统一化的抗弯承载力预测模型。根据既有文献收集外贴式、端锚式和嵌入式3种FRP典型加固方式加固钢筋混凝土梁试验数据,确定影响加固梁承载力的关键因素,通过XGBoost(极限梯度提升树)算法训练回归各影响因素与加固后梁抗弯承载力间的非线性映射关系,得到统一化的FRP加固钢筋混凝土梁抗弯承载力预测模型。随后在测试样本集上对该模型的预测精度进行了验证,与基于支持向量回归(SVR)和人工神经网络(ANN)两种代表性机器学习算法得到的预测模型进行了横向对比,并分析了不同加固方式下的预测精度。研究结果表明:该文得到的基于XGBoost的抗弯承载力预测模型拟合优度R^(2)=0.9417,可见整体精度较高,有良好的性能;相比基于传统机器学习算法SVR和ANN建立的预测模型,基于集成学习算法XGBoost的拟合优度分别提升了8.00%及6.70%,均方根误差减少了33.94%和30.72%,平均绝对误差减少了32.38%和30.51%,表明基于XGBoost的模型精度更高,远优于SVR和ANN;基于XGBoost的模型在外贴式、端锚式和嵌入式加固方式下拟合优度分别达到0.9472、0.9631和0.9278,可见预测精度均表现优良,精度相当,说明该模型可以统一考虑三种不同加固方式;通过分析输入参数的特征重要性,说明了该模型的合理性。研究成果可为实际桥梁工程中FRP加固设计应用提供参考。

摘要：为合理确定跨航道桥梁的船撞风险与防船撞设计水准,采用基于目标失效概率的分析方法,对某跨航道桥梁进行了船撞安全风险评估。根据美国AASHTO船撞分析规范推荐的船舶速度调整模型,对船舶碰撞速度进行了修正,并采用AASHTO经验数学模型进行了桥梁船撞概率计算。根据中国《公路桥梁抗撞设计规范》(JTG/T 3360-02—2020)中提供的等效静力法,计算了不同载重吨位与不同速度的船舶碰撞力。采用截面抗力法计算了桥梁的船撞抗力。通过对比桥梁船撞抗力与不同吨位级别的船舶碰撞力,分析得到了桥梁实际防撞水准,并根据桥梁目标失效概率(1×10-4次/a)反推得到了桥梁设计防撞水准。结果表明:桥梁船撞安全风险主要来源于靠近航道下行线且船撞抗力较低的桥墩;桥梁在5 a和10 a后的船撞概率分别增长1.4倍和1.8倍,而桥梁的失效概率分别增长1.8倍和2.4倍,船舶流量增长过程中大吨位船舶比例增加,桥梁船撞失效概率的增长速率要高于船撞概率;采用基于目标失效概率得到的桥梁设计防撞水准可确保全桥各涉水桥墩具有相对一致的船撞安全可靠度,船撞失效风险处于可控水平,采用设计防撞水准后可使桥梁的船撞年失效概率较实际设防水准在目前及远期分别下降17.0倍和14.6倍。

摘要：以一质量达340 t的特重车通过白水港一桥项目为背景,考虑到按常规荷载等级设计的旧石拱桥的承载力一般难以满足超重荷载通行的要求,对特载通行的可行性进行了安全评定。通过现场静、动荷载试验,评估了桥梁的整体刚度和强度,并结合试验结果,利用桥梁通用有限元软件分别建立单梁模型和实体模型进行结构承载能力检算及动力特性分析。综合桥梁现状及有限元计算结果,提出安全评定结论,并依据评定结果提出了现浇三钢混凝土和压注水泥砂浆的有效加固措施,确保了特重车安全过桥。

摘要：为研究超高车辆撞击预应力空心板桥的损伤破坏机理及被撞主梁承载力的变化规律,建立精细的预应力空心板桥-双轴卡车碰撞有限元模型,其中车辆模型采用美国国家碰撞分析中心建立的标准双轴卡车模型,并用足尺模型试验结果对空心板桥模型承载力进行验证。分别考虑车辆速度、载质量、超高高度、撞击角度和混凝土强度等因素,采用显式动力分析软件LS-DYNA进行不同参数下超高车辆-桥梁的碰撞分析(共计13种工况)。研究结果表明:在超高车辆撞击作用下,桥梁整体位移和变形较小,空心板桥主要发生局部型损伤,碰撞区域混凝土剥落,部分普通钢筋及预应力钢筋外露甚至屈服退出工作,车辆的碰撞速度、碰撞角度以及结构自身的材料强度对于空心板局部损伤影响较明显;在不同车辆撞击参数下,被撞主梁的竖向抗弯承载能力损失水平都在15%以内,30°角为最不利的撞击角度,损伤结构的承载力下降达14%;混凝土强度为C30时空心板桥撞损后的承载力下降比例要大于C40及C50。在主梁预应力筋因撞击退出工作的情况下,被撞梁的竖向承载性能及变形刚度均明显降低,其中车辆撞击侧预应力底板束失效情况下,竖向承载力仅为损伤前承载力的65%;底板束和腹板束同时失效时,主梁在自重作用下出现整体垮塌。对于预应力空心板桥,需高度重视撞后预应力筋损伤破坏对主梁承载力的影响,在桥梁防撞设计中应予以充分考虑。

摘要：为动态仿真与评估运营阶段风和随机车流联合作用下大跨钢桁悬索桥伸缩缝纵向变形,建立了风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统;基于已有单主梁风-车-桥耦合振动分析系统,引入弹簧单元模拟伸缩缝,并从车-桥耦合关系和钢桁梁横断面风荷载精细化加载2个方面将分析系统从单主梁提升为梁格法;基于监测数据仿真重现了交通流荷载,采用建立的分析系统计算了一座典型大跨钢桁悬索桥伸缩缝在随机车流作用下的动态位移时程响应,获取并验证了累计位移与交通流质量的相关关系;以滑动支承耐磨材料厚度为评估指标确定了伸缩缝累计位移临界值,评估了伸缩缝的正常工作寿命;在不同风速和随机车流作用下对伸缩缝纵向变形性能进行了参数敏感性分析。分析结果表明:伸缩缝在随机车流作用下的时位移极值远小于设计允许伸缩范围-880~880 mm;伸缩缝累计位移与其对应时段内的交通流荷载具有正相关性;在风与随机车流联合作用下,风速小于15 m·s^-1时,影响伸缩缝纵向变形的主要荷载因素为随机车流,风速大于15 m·s^-1时,主要荷载因素为风荷载;伸缩缝时位移极值与时累计位移随风速的增大均呈增大趋势;当风速增大至20 m·s^-1时,风荷载产生的伸缩缝纵向变形近似为车流荷载下的2倍;建立的风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统可为运营荷载下伸缩缝纵向变形的动态仿真与性能评估提供数值分析平台。

摘要：台风灾害频发以及大跨径桥梁塔高、质轻和阻尼弱的特点,台风作用下大跨径桥梁的安全评估十分必要,大跨径桥梁三维台风风场合理模拟是面临的首要问题。利用三次样条函数,模拟台风时变平均风速;采用更新时变平均风速的谐波合成法,实现台风风速脉动部分的数值模拟;并考虑空间点群风速相关性,建立三维台风风场模拟方法。基于进化谱理论,推导非均匀调制进化功率谱(简称进化谱),建立台风风场模拟验证方法;通过对比进化谱与模拟功率谱,对台风模拟结果进行验证。选取沿海地区某大跨斜拉桥为例,应用构建的三维台风风场模拟与验证方法,进行实例桥梁风场分析。结果表明,采用更新时变平均风速的谐波合成法,并考虑空间点群风速相关性,可实现三维台风风场的模拟。

摘要：为了进行对现有抖振时域分析理论的实例验证,在杭州湾跨海大桥全桥模型风洞试验中,不仅对抖振位移进行了测量,还通过在塔根布设动态应变片完成了桥塔内力的实测。采用考虑桥塔风效应的抖振时域分析方法计算出大跨度斜拉桥的抖振响应,气动导纳分别取1和Sears函数,采用等效风谱法计算考虑气动导纳修正的抖振力,对风洞的空间相关性进行了测量研究并分别探讨了Sears气动导纳函数及空间相关性对抖振响应的影响,与风洞试验结果进行了对比分析。分析比较表明:当衰减因子l取实测值12.9时,风洞试验结果都介于导纳为1和导纳为Sears函数所计算的抖振响应之间,导纳取Sears函数将得到偏不安全的结果;空间相关系数对抖振响应影响较大,采用风洞实测的相关系数得到的抖振响应比采用《公路桥梁抗风设计指南》建议相关系数所得抖振响应小13%￣22%。通过杭州湾跨海大桥的实例验证发现现有抖振时域分析理论并不能完全精确预测桥梁的抖振响应,抖振响应计算值与试验值存在一定的差距。