伸缩缝及支座病害对简支梁桥车致动力响应的影响研究

中小跨径桥梁在中国公路桥梁中占比大,其伸缩缝服役环境恶劣,易发生损伤造成过往车辆剧烈振动、桥梁支座损伤等病害。为探明伸缩缝、支座参数对简支梁桥车致动力响应的影响,建立了车⁃伸缩缝⁃桥梁耦合动力响应(VBCV⁃J)数值分析方法,并通过实测数据验证了该方法,进而开展了伸缩缝、支座参数影响规律的研究。研究结果表明:车速与车辆的振动密切相关,在车速较高、路面状况“一般”时,伸缩缝、梁端的冲击效应会超出规范值。伸缩缝中梁高于路面会导致该部件的冲击效应增大明显,反之则有所减小;而伸缩缝中梁高于或低于路面,均会造成该桥梁端冲击效应增大。伸缩缝弹性支撑刚度的降低、主梁边支座脱空均会引起伸缩缝、主梁梁端的冲击效应增大。支座刚度降低则主要导致主梁整体的冲击效应增大。伸缩缝的破损不仅影响自身冲击效应,还会大幅增大简支梁桥梁端构件的冲击作用,在设计和养护中,应对伸缩缝及梁端构件给予足够的重视。

大跨度异型钢管混凝土拱桥典型病害分析及支座脱空影响研究

大跨度异型钢管混凝土拱桥在使用过程中易出现车致动力响应大等不利情况,现阶段造成该类型桥梁车致动力响应显著的病害及其影响尚不明晰。以某典型大跨度异型钢管混凝土拱桥为研究对象,对该桥的典型病害进行了调查,基于现场测试与理论分析,对该桥的典型病害及支座脱空病害的影响进行了研究。现场调查及测试结果表明:支座脱空会引起主梁伸缩缝两侧的差异沉降,导致桥梁受力状态变化,加剧车辆对主梁和吊杆的冲击作用。现阶段钢箱梁伸缩缝附近和跨中位移冲击系数分别达到了1.52和1.15,吊杆力应力幅变化率为-28.0%~18.5%;数值分析结果表明:支座脱空后钢箱梁和吊杆的车致动力响应变化显著;支座脱空将导致该桥主梁明显的顺桥向位移,且与主梁竖向位移达到了相同量级;支座脱空后钢箱梁车致加速度峰值会显著增加,且当车辆荷载作用下支座与钢箱梁仍能发生相互碰撞时影响更为显著;支座脱空后吊杆力应力幅变化显著,且其对短吊杆影响更显著;支座脱空是造成该类型桥梁钢箱梁、吊杆等构件车致冲击响应显著变化的重要原因之一。

考虑车辆过缝的车-桥耦合振动分析方法

为考虑伸缩缝参数变化对车-桥耦合动力响应的影响,通过分析车轮过缝过程,提出了车辆过缝等效力、等效位移模型.利用伸缩缝局部振动模态提取法及模态综合法,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析模型,并基于Matlab平台编制了车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析程序及其数值求解方法.以某简支转连续梁桥为例,通过现场实测对考虑车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析方法进行验证.结果表明,利用所提方法计算的伸缩缝和主梁的加速度和位移响应峰值与实测值的误差均在7%以内,说明该方法能够较为准确地考虑车辆过缝对车-桥耦合动力响应的影响.

考虑伸缩缝参数影响的连续梁桥车-桥耦合动力响应研究

伸缩缝劣化对车-桥耦合动力响应规律影响显著。为考虑伸缩缝参数变化对车-桥耦合动力响应的影响,结合车-桥耦合动力响应分析方法及车轮过缝的力学特性,提出了车轮过缝单点接触时变力模型。并采用伸缩缝局部振动模态提取法及模态综合法建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析模型(车-缝-桥耦合动力响应分析模型)及其数值求解方法,并基于实测数据验证。进而以实测三跨连续梁桥为对象,探究了车辆过缝与否,伸缩缝高差、间隙,车速、车辆布置、车质量等参数对车-缝-桥耦合动力响应的参数影响规律。结果表明:端部支座外侧设置伸缩缝,会降低连续梁桥主梁跨中位移响应,但会增加桥梁端部的车致冲击作用;相同桥长条件下,车辆过缝会增大桥梁的位移和加速度响应,且加速度响应增大更为明显;伸缩缝高差会降低第一跨的竖向位移响应,但会增大其他两跨的竖向位移响应,伸缩缝高差对不同区域的车致冲击作用(系数)影响显著;伸缩缝附近车致冲击作用随伸缩缝间隙的增大而增大;车速较低时,主梁竖向峰值位移和冲击系数波动较小,并在80 km/h车速附近出现峰值;主梁各跨跨中的动位移均随着车辆数目的增多而增大,但各跨跨中的位移冲击系数不一定增加;桥梁冲击系数随车质量的增加而减小。在桥梁设计时应考虑伸缩缝参数变化对桥梁不同区域车致冲击作用变化的影响。

公路桥面伸缩装置及其对桥梁静动力性能影响综述

桥梁伸缩装置(以下简称伸缩缝)使用环境恶劣、受荷形式复杂,易出现多种病害。伸缩缝病害会造成桥梁耐久性降低,车致桥梁动力响应加重等不利现象。因此,伸缩缝病害机理及其处置方法和考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应规律研究受到了广泛关注。本文综述了桥梁伸缩缝力学性能,常见病害及其影响,病害机理及其处置方法等的发展现状;重点讨论了考虑伸缩缝参数及其变化影响的桥梁动力响应的研究进展及存在的问题;展望了未来桥梁伸缩缝研究中有待解决的关键问题。

伸缩缝参数对大跨度拱桥车致动力响应的影响

为探究伸缩缝参数对大跨度中承式钢管混凝土拱桥车致动力响应的影响,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析方法(车-缝-桥耦合动力响应分析方法);进而以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为研究对象,探究了伸缩缝高差、支撑刚度、缝宽等参数对车-缝-桥耦合动力响应的影响规律。结果表明:1)伸缩缝设计参数条件下,随车速的增加车辆对伸缩缝的竖向冲击作用呈先减小后增大的趋势,与主梁车致冲击作用相比,伸缩缝车致冲击作用更加显著;随车速增加主梁车致冲击系数呈增大趋势;考虑伸缩缝参数影响后,车辆对主梁的竖向冲击作用与空间位置有关,与伸缩缝位置相近的主梁测点冲击系数更大。2)伸缩缝参数变化条件下,中横梁升高会导致车辆对伸缩缝的冲击作用增大,而中横梁升高或降低均会导致车辆对梁端的冲击作用增大,并造成支座反力的增大;伸缩缝支撑刚度降低或缝宽变大时,车辆对伸缩缝中横梁的冲击作用影响均增大;伸缩缝参数对主梁1/4跨截面、1/2跨截面位移响应影响较小。