重载与中强地震联合作用下的曲线独柱墩桥梁倾覆性分析

为探讨移动车辆和中强地震联合作用对曲线梁桥的抗倾覆影响,建立车-桥-地震分析模型,提出考虑地震作用的曲线梁桥车-桥耦合振动分析方法。以多跨曲线连续梁桥为研究对象,对比分析中强地震和重载车辆偏载组合作用下的支座反力和主梁倾覆时整体转角大小。研究地震动类型、峰值、车辆关键参数等因素对曲线梁桥倾覆稳定性的影响。结果表明:不同车辆和地震荷载组合会改变桥梁的受力情况,纵向间隔2 m的3辆100 t车辆以3 m/s速度行驶时,三跨曲线梁桥的倾覆最明显;综合考虑重载及地震联合作用,对抗倾覆性规范中的稳定系数计算公式进行了修正;分析了五跨曲线梁桥中墩支座偏心距对抗倾覆稳定系数的影响,计算结果表明中墩两相邻支座设置偏心时曲线桥最大抗倾覆系数为1.55。

路面破损的桥梁在车辆作用下冲击系数分析

在已建立三维车辆模型和所编制车-桥耦合分析程序的基础上,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立旧桥的车-桥耦合振动方程;根据一座被加固实桥的实测振动数据和模型修正方法对所建立的旧桥的车-桥耦合振动模型进行更新,通过实测数据与数值结果比较表明本文方法可精确地计算出桥梁的动态响应值及冲击系数;并与其他桥梁规范相比表明,美国桥梁规范的冲击系数最大,而中国桥梁规范值最小;相对于大多数路面已经严重损坏的旧桥而言,通过现有规范计算出的桥梁冲击系数已经失去准确性。

基于面接触的车桥耦合振动研究

现有分析车-桥耦合振动的研究中都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触。事实上,轮胎与路面是通过面接触的。通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响,将车轮与路面的接触面模拟为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。对车速、车轮刚度与阻尼、接触面尺寸大小、车辆数目等进行参数分析,研究了接触面对车-桥耦合振动的影响。数值计算与试验结果验证表明:所提出的模型能更准确合理的研究车桥耦合振动。

考虑车-桥耦合振动及桥面平整度退化影响的拱桥吊杆疲劳分析

现有拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动及考虑桥面平整度退化的影响,致使分析成果具有一定的局限性.根据在役桥面平整度等级国际通用评价体系,模拟了运营阶段桥面平整度退化历程.结合已编制随机车流-桥梁耦合振动分析程序,建立了可考虑车-桥耦合振动及考虑桥面退化等因素的拱桥吊杆疲劳分析模型.以某拱桥为工程背景,对比研究了不同因素作用下拱桥典型吊杆的疲劳损伤及疲劳寿命.结果表明,车-桥耦合振动及桥面平整度退化因素对拱桥吊杆疲劳影响较大,在考虑车-桥耦合及桥面平整度退化共同影响下,计算得到的吊杆疲劳寿命值比不考虑两者影响所得值少15~30年.研究成果对桥梁结构正常使用状态评估有一定的工程应用价值.

车辆制动作用下的车辆-路面-桥梁系统随机振动分析

视车辆、路面体系和桥梁为整个系统,将车辆模拟成弹簧和阻尼器连接的多刚体,沥青路面层模拟成Kel-vin模型支承的无限长梁,混凝土路面和主梁一起模拟成Euler-Bernoulli梁。应用弹性系统动力学总势能不变值原理和形成矩阵的"对号入座"法则,建立了系统的竖向运动方程;并运用协方差等效方法模拟了车轮随机输入非平稳时域模型。研究了车辆制动作用下的车辆-路面-桥梁耦合系统的振动特性。计算表明:在其他条件相同时,刹车时,混凝土路面层对应的冲击系数为沥青路面层所对应系数的1.31倍;刹车时间为0.3s时对应的冲击系数为刹车时间0.6s所对应的1.29倍;路面的不平状况加剧了车辆制动作用时对桥梁冲击系数的影响。

随机车流作用下桥梁冲击系数分析

为研究交通车辆作用下在役桥梁的振动特征,需提出随机车流作用下桥梁的冲击系数计算方法.根据响应面分析方法拟合了影响面的函数表达式,求得随机车流作用下桥梁结构最大静挠度;基于已编制的车-桥耦合振动分析程序,获得各类车型单独作用下车-桥耦合接触力,用该耦合接触力等效代替各类车辆三维模型作用在桥梁结构上,从而获得随机车流作用下桥梁结构的动力效应,并求得相应冲击系数,从而提出了简便且实用的随机车流作用下桥梁结构冲击系数计算方法.通过与规范计算值对比表明,本文所提出的方法能有效地计算随机车流下桥梁的冲击系数.

随机车流作用下大跨度悬索桥振动分析

引入元胞自动机随机车流模拟方法,采用已建立的能考虑车辆空间振动的18个自由度整车模型模拟车流中重型车辆,利用单自由度车辆模型模拟车流中其他车型,模拟了能考虑邻近车辆对车流的影响桥上随机车流模型.通过车轮与桥面间的变形与接触力协调关系,建立了桥梁与车流耦合作用下运动方程.分析表明:车流中相邻车辆是否考虑对桥梁振动位移的影响较大,且随机车流作用下引起的悬索桥主梁及索塔的空间振动不能被忽视.

风环境下高墩大跨连续刚构桥的行车安全性分析

基于风-车-桥耦合系统振动理论,建立风-车-桥耦合系统的运动方程。运用自编风-车-桥耦合程序,计算不同路面、不同车速和不同风速下车轮竖向接触力,分析路面等级、车速和风速对车辆行驶安全性的影响;以车轮折算压力为标准,采用概率统计方法建立车辆侧滑和侧倾事故模型,提高事故分析的可靠性,并结合工程实例,对风环境下车辆的动力响应进行了分析。计算了车辆行驶在不同车速下侧倾临界风速、不同风速下侧倾临界车速和4种不同路面状况下侧滑临界风速,为车辆在桥上行驶安全风速和车速确定提供依据。

基于桥面退化模型的在役桥梁冲击系数研究

由于各种荷载及风、雨、雪等不利环境因素的持续作用,桥面平整度在运营期内不断降低,加剧了移动车辆对在役桥梁的冲击效应,因此有必要基于现有桥面平整度及交通量状况,提出一种能预测在役桥梁冲击系数的分析方法。本文依据国内外公认的桥面平整度指数与时间、交通量及环境等参数之间的关系,分析了20年运营期内桥面平整度系数随这些参数变化的规律,得到了相应的桥面平整度系数退化值;基于三维车桥耦合振动模型,统计分析了桥面退化模型对冲击系数的影响,并修正了现有桥规冲击系数公式,获得了在役桥梁冲击系数随时间的变化规律,为评估在役桥梁使用阶段受力性能提供理论基础。

风与车流联合作用下在役桥行车舒适性研究

现有基于风-汽车-桥梁耦合振动的行车舒适性研究中,较少考虑了车流随机性和路面等级退化因素,致使分析成果具有一定局限性.本文综合考虑了车流随机性和路面等级退化等因素,运用一种新的车辆和路面等级退化模型分析大跨度桥梁的振动及行车舒适性.建立一个包含座椅及车辆纵向振动的24自由度空间车辆模型;基于考虑邻近车辆影响的改进CA(Cellular Automation-元胞自动基)模型和路面退化模型,通过桥梁和车辆相互作用力关系,建立了风-车流-桥梁系统的耦合振动方程.数值计算表明:本文所提出的方法能够合理地模拟风-车流-桥梁系统的耦合振动,且驾驶员座椅模型的各向振动对行车舒适性有显著影响.

高墩连续桥在移动车载作用下的横向振动分析

将轮胎与路面之间的面接触引入车-桥耦合模型基础上,进一步考虑车辆的横向自由度,提出一种新的车辆模型研究移动车载作用下桥梁的横向振动。将车辆轮胎模拟成一个三维弹簧模型,轮胎与地面的接触面模拟成长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程。考虑影响接触面间横向力大小的三种重要参数如:滑移角、侧偏角、轮胎"S"形运动对耦合系统的影响;并与炉坪大桥实测数据比较,验证该方法的正确性,并分析接触面积、车速等对横向振动的影响。

独柱墩连续弯梁桥抗倾覆稳定影响因素分析

以某独柱墩三跨连续弯箱梁桥为背景,采用有限元软件建立不同参数弯桥分析模型,分析了曲率半径、桥梁跨数、梁端双支座间距等因素对弯梁桥抗倾覆稳定性的影响。结果表明,曲率半径、桥梁长度和梁端双支座间距对弯梁桥抗倾覆稳定性影响很大,增加曲率半径、桥梁跨数和梁端双支座间距可减小弯梁桥发生整体倾覆的可能,提高桥梁抗倾覆能力。

大跨度斜拉桥在车辆作用下的随机振动

建立了车桥耦合系统的空间运动方程,编制了车-桥系统随机振动响应的计算程序,该程序不特定具体桥梁形式和构造,具有一定的通用性。结果表明:四轮受到的路面非平稳随机激励的幅值与车辆速度有关且随车速的增大而增大;车辆匀速行驶时,冲击系数并不随车辆数目的增加而增加,只有当车辆加速行驶时,冲击系数才具有随车辆数增加而增加的趋势。

车载作用下多跨变截面损伤梁的振动特性

将车辆视为7自由度的整车模型,桥梁为多跨变截面的混凝土梁,裂缝分成开口裂缝和呼吸裂缝两种类型,建立了多跨变截面的损伤混凝土梁的车桥耦合方程;编制了相应的计算程序,结果表明了本方法的正确性。数值分析表明:相同条件下,呼吸裂缝所对应DFC的绝对值约为开口裂缝对应绝对值的1.55倍,故忽略呼吸裂缝随载荷张开与闭合的特性是不可取的;裂缝参数、裂缝位置等对耦合系统振动特性影响很大,如当裂缝参数α值从0.2变化到0.4时,对应的DFC绝对值增大1.95倍,且随着裂缝区域出现越多,各阶振动频率减小越快。

轮胎接触面对车-简支梁桥耦合振动的影响

现有分析车-桥耦合振动的研究中,都假设移动车辆与路面的接触关系为点接触.事实上,轮胎与路面是通过面接触的.通过建立新的三维车轮模型,分析了面接触对车-桥耦合振动的影响.将车轮与路面的接触面简化为长方形,通过接触面间的位移协调条件和力相互作用建立车-桥耦合振动方程.同时还研究了接触面对车-桥耦合振动的影响.

体外预应力桥梁转向块的受力性能分析

转向块是体外预应力桥梁中一种传力构件,由于转向块形状不规则,且要承受预应力筋对转向块中预留孔道的巨大作用力,所以转向块会出现受力集中的情况,其预留孔道周围应力分布复杂,是控制设计的关键部位。转向结构的可靠程度直接关系到大桥的安全和稳定。该文应用Ansys软件对一横隔板式转向块进行仿真分析,揭示了转向块的应力传递路线和受力特性。应力分析结果表明:横隔板式转向块在抵抗预应力筋转向力的过程中,形成了预应力筋孔道上部受压、下部受拉的应力分布,最大拉应力和最大压应力分别发生在预留孔道的下缘和上缘处。提出了在设计中应优先选用整体加厚的转向块,能改善转向块的受力特性,保证大桥的安全和稳定。

大件运输车作用下宽幅斜拉桥动力响应分析

为研究大件运输车辆作用下桥梁的动力响应,建立了以实际工程为背景的宽幅斜拉桥有限元模型和精细化的车辆有限元模型,并利用LS-DYNA程序的接触算法实现了相较于传统方法更为真实的车-桥耦合振动模拟,以车辆类型、行驶车道、行驶速度等为参数,对比不同工况下桥梁的振动响应。结果表明:在大件运输车辆通过宽幅斜拉桥时,相较于标准车辆会引起桥梁更大的竖向下挠和拉索索力;边车道工况下桥梁的竖向位移变幅和索力变幅大于中间车道工况下的变幅;大件运输车辆行驶速度的提升会使桥梁竖向下挠和拉索索力增加,且相较于中间车道工况,边车道工况下桥梁响应对车速的敏感度更高。

既有钢桁梁桥加固顶升模型验证及参数分析

现有钢桁梁桥在运营过程中,因地质条件受损、桥梁本身的疲劳老化及锈蚀等,其结构刚度相较于初始状态会有所降低。以某既有钢桁梁桥为研究背景,通过现场采集应变及变形数据,对有限元模型进行验证,并基于刚度参数及温度参数变化,分析该桥在顶升施工阶段的结构受力特征。数值分析结果表明,在桥梁加固顶升过程中,桥梁结构变形受刚度损失及温度变化的影响较大;当整桥刚度分别折减10%、15%、20%时,桥梁最大变形量分别增加了12.5%、20.0%、25.3%;当温差为20℃时,桥梁竖向及纵向最大变形量分别为15.7、35.1 mm。研究结果可为同类钢桁梁桥的加固顶升提供一定的参考。

基于雷诺平均法的四圆柱桩绕流数值模拟研究

为研究河海深水中水流对桥梁桩基础的动力学作用。文章基于ANSYS/FLUENT数值仿真软件,采用雷诺平均法研究四圆柱桩的绕流特征,分析7种不同迎流角及3种典型间距比下的四圆柱桩流场特征、各桩阻力系数及桩周床面所受切应力的分布。结果表明:迎流角与间距比均对四圆柱桩绕流特性有较强的影响;随迎流角从0°增大到45°,下游桩周床面切应力分布模式由屏蔽状态逐渐转变为分离流冲击状态;当间距比为1.0时,临界屏蔽角为5°;当间距比为1.5或2.0时,迎流角处在20°~30°之间,各桩阻力系数值均处于1.0±0.2范围,此时屏蔽效应最小。

变速车辆与桥梁的耦合振动及其TMD控制

在车辆变速与路面粗糙条件下,推得安装调质阻尼器(TMD)前、后的车桥耦合系统的无量纲运动微分方程.作为其特例,研究了匀变速车辆与路面粗糙弹性支撑桥梁的耦合系统,讨论了车辆的加速度、初速度、弹性支撑刚度以及随机路面粗糙度对桥梁跨中无量纲最大挠度的影响,并对耦合系统发生共振时进行TMD控制.数值计算结果表明,车辆的加速度、初速度、弹性支撑刚度以及随机路面粗糙度对桥梁的影响均很大而不能忽略;TMD明显地减小了共振振幅.