摘要：针对桥梁高墩、梁底等区域检测困难的问题,设计开发了一款基于负压吸附的桥梁病害检测爬壁机器人。针对其自身的吸附稳定性,建立并推导了满足抗滑移和抗倾覆条件下的吸附力指标计算式,据此确定能在各角度壁面实现稳定吸附时机器人所需的最小吸附力。结果表明:为确保机器人可靠工作,吸附模块需提供53.0N的吸附力;结合经验公式给出离心叶轮的初步设计方案并利用Fluent对叶轮流域进行流体力学仿真及响应面优化,建立了由吸附力与扭矩共同构成的评价函数,并给出了函数值最佳时的叶轮设计参数,使吸附模块在满足稳定性的前提下,综合评价函数值较初设方案提升了3.4%;对负压腔进行拓扑优化,综合考虑拓扑优化结果及负压腔气动性能,获得了腔体内加强肋的构造及布置形式,其中与车轮支撑臂相衔接的加劲肋为“八”字形与直线型镂空构造设计;优化后负压腔的最大竖向位移值减小为原模型的18.5%,而质量仅增加了16.9%,加强肋的精准布设效果明显,成功将竖向变形控制在了合理的范围内。最后,利用UTR6180型光敏树脂借助3D打印工艺完成了样机制作,其尺寸约为300mm×280mm×15mm,质量约为1.15kg。将样机置于多工况下进行性能测试,结果表明:本研究设计开发的爬壁机器人可在多种桥梁壁面稳定吸附并行进,不存在打滑、漂移现象。

摘要：胜利黄河大桥主桥为(60.5+136.5+288+136.5+60.5)m连续钢箱梁斜拉桥,桥面板采用正交异性钢桥面板,钢箱梁节段横缝采用摩擦型高强螺栓(Friction-type High-Strength Bolt,FHSB)连接。受人为和自然环境因素影响,该桥运营33年后出现了横缝FHSB节点锈蚀、接触面磨光、正交异性钢桥面板U肋焊缝开裂与脱落、横缝折角等病害。对该桥病害进行统计及成因分析,并提出病害FHSB节点修复及超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete,UHPC)桥面板补强技术。拆除横缝位置处的原连接U肋拼接板,按照“纵横对称间隔拆除”的原则拆除原桥螺栓群,喷砂处理节点接触面,螺母侧朝下重新栓接更换的拼接板,栓焊新增的U肋拼接板,最后铺装UHPC桥面板。通过理论分析及数值模拟,对比分析了加固前、后横缝FHSB节点的抗滑承载力及主梁结构性能,并进行全桥荷载试验。结果表明:加固后,横缝FHSB节点抗滑承载力恢复至设计值,修复施工阶段桥梁结构安全可靠,改造后主梁结构性能满足规范要求。

摘要：预应力连接预制节段桥墩已在美国低震地区广泛应用,但在中国的工程应用甚少。由于预制节段墩的抗震机理尚不明确,震害资料缺乏,使其在强震地区的应用受到制约。本文基于预应力连接预制节段桥墩缩尺模型的拟静力试验,采用有限元分析软件ABAQUS,建立其精细化数值模型,在压弯荷载作用下进行墩柱的非线性力学行为仿真,并与试验结果进行对比验证;在此基础上,探讨耗能钢筋配筋率、预应力筋面积及其初始张拉力3个关键设计参数对预制节段桥墩抗震性能的影响规律。结果表明:本文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果;随耗能钢筋配筋率的增加,桥墩承载能力、等效黏滞阻尼比和残余位移都明显增加;随预应力筋面积增加,桥墩屈服后刚度明显增加,抗侧承载力增加,残余位移略有增加,等效黏滞阻尼比降低;随预应力筋初始张拉力的增加,桥墩承载能力增加,但墩底混凝土破碎严重;对于预制节段拼装预应力桥墩,建议当目标偏移率不超过4%时,为了避免严重的混凝土损伤,预应力筋初始张拉力应小于其极限抗拉强度的50%;为了实现桥墩震后的快速修复,耗能钢筋配筋率应小于1%。研究结果可为预制节段拼装预应力桥墩的抗震设计提供参考,促进其在强震地区的使用。

摘要：根据中、小跨度钢筋混凝土简支梁桥承载能力极限状态方程,提出一种基于结构可靠性理论的典型车辆限载取值分析方法。首先以受弯构件抗力和恒载效应为相互独立的随机变量,以汽车荷载标准值效应限值为常量,建立汽车荷载限载系数反演分析模型;通过给定结构容许失效概率与设计采用的活恒载比值,反算理想抗力桥梁与按原规范设计桥梁的汽车荷载限载系数。为简化分析,以原桥梁设计规范车队荷载中的三轴载重汽车与五轴载重汽车为典型限载车辆模型,通过引入设计汽车荷载标准值效应与典型车辆荷载总重呈近似线性关系的假定,应用汽车荷载限载系数计算典型车辆荷载限值。最后,以3根在役钢筋混凝土空心板梁现场静载试验验证所提限载分析模型的正确性。

摘要：为确定85和04规范钢筋混凝土简支梁桥限载标准,系统分析了受弯和受剪抗力对桥梁限载系数的影响规律。首先,根据结构可靠度理论,提出了桥梁限载取值的一般分析方法。然后,以6~30m简支梁桥为例,通过比较85和04规范汽车荷载产生的跨中弯矩和支点剪力,选择三轴和五轴载重汽车作为典型限载车辆模型。在此基础上,以设计活恒载比值为基本参数,采用85和04规范钢筋混凝土受弯和受剪抗力设计表达式,分别计算了85规范汽车-20级和汽车-超20级以及04规范公路-Ⅰ级和公路-Ⅱ级桥梁的限载系数。结果表明,在同一限载安全等级下,按85和04规范设计的中、小跨径钢筋混凝土简支梁桥,其限载值均由受弯抗力控制,建议按受弯抗力确定此类桥梁的限载取值。

摘要：根据车辆荷载效应右截尾分布模型,提出一种基于结构可靠度理论的中、小跨度桥梁限载分析方法。首先以规范规定的车辆荷载效应分布为原始分布,构造右截尾的车辆荷载效应概率密度函数;然后,假定抗力、恒载效应及车辆荷载效应为相互独立的随机变量,建立了考虑车辆荷载效应右截尾分布特征的限载系数反演模型;继而,通过分析车辆荷载效应均值变化对限载系数的影响规律,提出了理想抗力桥梁条件限载系数的确定方法,并讨论了条件限载系数对车辆荷载效应变异系数与分布类型的敏感程度;最后,根据原桥梁规范受弯构件承载能力设计表达式,计算了按原规范设计桥梁的条件限载系数。结果表明,桥梁限载取值仅与设计荷载等级、容许失效概率以及设计采用的活恒载比值有关,而与车辆荷载效应的统计参数关系不大。所提限载分析方法可为中、小跨径桥梁提供具有一致可靠度水平的限载取值。

摘要：针对钢筋混凝土中、小跨径简支梁桥,提出一种适用于不同设计荷载等级或抗力衰减桥梁的限载取值简化分析方法。首先,通过引入抗力修正系数,构造钢筋混凝土梁受弯破坏极限状态函数。进而,以规范建议的钢筋混凝土受弯抗力、恒载效应概率密度函数为依据,提出考虑抗力修正系数的桥梁限载简化分析模型。在此基础上,以04规范桥梁的设计抗力水平为基准,以设计采用的活恒载比值为基本参数,计算与不同抗力修正系数对应的桥梁限载系数。最后,以13m钢筋混凝土空心板梁为例验证限载分析模型,通过分析限载系数和典型车辆限载取值,给出了限载取值的修正方法。结果表明,按所提限载分析模型推算的限载值均有一定的安全储备,可用于不同抗力水平桥梁的限载分析。

摘要：应用结构可靠性理论,系统分析了钢筋混凝土中、小跨径简支梁桥在不同限载条件下的结构失效概率。首先,以规范建议的设计基准期内汽车荷载效应最大值分布为初始分布,提出了考虑不同桥梁限载等级因素的汽车荷载效应右截尾分布模型;进而,以不同的右截尾点取值模拟桥梁不同的限载等级,分析了不同右截尾点取值对桥梁失效概率的影响规律;最后,构造3种不同的汽车荷载效应超载分布模型,模拟桥梁不同的超载运营状态,进一步分析了右截尾点取值对超载桥梁失效概率的影响程度。结果表明:汽车荷载效应右截尾点取值对桥梁失效概率有不同程度的影响,随着右截尾点取值的减小,结构失效概率有所降低;桥梁超载程度越大,右截尾点取值对结构失效概率的影响越明显。

摘要：预制装配式桥墩已广泛应用于国内外低震区的公路及城市桥梁工程中,为促进预制桥墩在强震地区的应用,针对国内外等同现浇预制装配式钢筋混凝土桥墩的相关研究与工程应用展开系统总结和分析.从连接技术、抗震性能及工程应用3个方面介绍了基于灌浆套筒、灌浆波纹管和承插式连接的预制装配钢筋混凝土桥墩的发展现状,指出预制装配式桥梁的未来发展趋势.分析表明,等同现浇的预制装配式桥墩与现行设计规范可方便地衔接,更易于在工程应用中推广;灌浆套筒布置在塑性铰区时,其抗震机理、塑性铰长度与普通现浇桥墩略有不同,应重点关注;灌浆波纹管连接和承插式连接预制桥墩在保证可靠连接的基础上可用于强震区;高性能化、轻型化、高韧性及技术高适应性是未来预制装配式桥墩的重点发展方向.

摘要：预应力连接预制节段桥墩已在美国低震区桥梁中得到较多应用,但在我国的工程应用甚少。由于预制节段桥墩的震害资料缺乏,震害经验不足,且其抗震机理不明确、设计方法不完善,在强震区较少应用。该文基于预应力连接预制节段墩柱缩尺模型的拟静力往复试验测试,采用有限元分析软件ABAQUS建立其精细化数值模型,进行了单向、斜向往复荷载作用下墩柱拟静力试验数值仿真,将桥墩的损伤特征、滞回行为、墩内竖向预应力和预制节段间接缝开口量与试验测试结果进行了对比分析。结果表明:该文建立的预制节段桥墩数值模型可较好地再现拟静力试验结果,试验和模拟结果均表明斜向加载的预制节段墩柱较单向加载的构件损伤更为严重,构件屈服更早,残余位移较大,墩柱最大偏移率达4%时其残余偏移率已超过1%。常规设计中桥墩按纵桥向或横桥向单向抗震设计偏于不保守,特别是考虑震后功能可恢复或可修复时建议考虑多向地震作用影响。