考虑桥面不平整度退化的简支梁桥冲击系数检测方法研究

针对桥面不平整对桥梁冲击系数的影响机理,不平整度等级与冲击系数之间关系,以及桥梁冲击系数的检测方法等问题,进行了如下研究工作:基于车桥耦合振动理论编制了数值分析程序,计算研究了桥面不平整度的空间域和频域特性对冲击系数的影响方式;基于冲击系数的概率分布模型,给出了特征冲击系数这一新指标,以代表桥梁在不同不平整度等级下、采用不同保证率时冲击系数提高值的大小;最后在有障碍跑车试验法的基础上,给出了模拟不同桥面退化程度的障碍物尺寸与布置方式,提出了一种可预判桥面退化后桥梁冲击系数是否符合要求的新型检测方法,在桥梁动力检测方向上做出了一定的探索。

考虑桥面不平整度的铺装层动力响应研究

为了研究混凝土桥梁在车辆随机动载作用下,桥面不平整度对铺装层控制应力响应的影响规律,采用具有典型性的双自由度1/4车辆模型,考虑车轮的随机动载作用,建立车-桥-铺装层耦合振动的实体模型,研究了铺装层不平整度以及车速变化时,铺装层控制应力的变化规律.结果表明:铺装层的应力极值响应相比于跨中节点的应力时程响应,不仅可以反映车辆荷载的随机性,还能够抓住结构最不利响应;同一不平整度下,铺装层内各项控制应力的极值响应曲线峰值的放大系数非常接近;当桥面平顺性一般或较差时,铺装层各项控制应力的极值相比于桥面绝对平顺时增大了1倍多.通过对桥面铺装平整度进行测量和评估,一定程度上可把握铺装各项控制应力的变化情况,能较为直观、方便地实现对铺装层的检测评估.

考虑车队叠加效应与桥面平整度影响的梁式桥动力冲击系数研究

针对桥面不平整度对冲击系数的影响,采用自编程序,模拟计算了一定量不平整度样本下混凝土梁式桥的冲击系数。结果表明,即使同等级不平整度影响下的冲击系数也具有离散性,现行的不平整度能量谱密度分级法用于冲击系数的计算具有一定的局限性;对不平整度样本所引起的冲击系数集合进行统计分析,结果表明,同等级、具有独立同分布相位角的不平整度样本引起的冲击系数集合服从正态分布。针对连续车队对冲击系数的影响,提出了一种采用延时叠加法计算适应度值的遗传算法,该算法可减少车桥耦合振动计算工作量,高效地对车队中车辆间距进行优化分析,得到车队作用下桥梁最大冲击系数及相应的车队布置。

不平整度桥面下连续梁桥车桥耦合振动分析

现行《公路桥涵设计通用规范》采用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数,而基频的计算宜采用有限元方法,但如何计算,规范没有明示;而且规范给定的连续梁基频估算公式不分直桥和弯桥;再者按规范基频估算公式计算冲击系数的值有待商榷。采用一种基于有限元通用分析软件ANSYS来实现公路桥车桥耦合振动数值分析方法,对弯桥车桥耦合振动影响因素进行分析,然后分别对直线和曲线连续梁桥考虑了桥面不平整度后车桥耦合振动进行计算。分析结果表明,直桥和弯桥的动力系数不同,换算成冲击系数均大于连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数。

公路桥面不平整度下车桥耦合振动分析

桥面平整度被认为是影响桥梁车激振动的主要因素之一。这一影响因素,即使考虑其影响,也是将其按正弦曲线来简化处理,但是,在公路桥梁动力响应研究中,往往忽略了桥面平整度造成了不可忽略的误差,尤其在我国公路桥面状况普遍较差情况下,这种偏差可能更大。本文引用GB7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式得到桥面不平度值,再将不平整序列作为车轮的位移输入,从而分析车辆在桥面不平激励下的时域反应。结合GB7031-86规定的路面平整度等级分类,将桥面不平整对公路车桥耦合振动的影响进行了对比分析,得到随机不平整桥面下的车桥耦合振动响应。

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.

基于空间桥面不平顺的简支梁桥冲击系数研究

为研究空间桥面不平顺对桥梁冲击系数的影响,文章采用功率谱密度函数模拟桥面不平整度,以简支梁桥为研究对象,基于手机加速度采集客户端进行车辆行驶轨迹随机条件下的桥面不平整度测试,构建空间桥面不平整度模型;在此基础上模拟车辆的随机行驶轨迹,得到不同行驶速度下500组桥梁动态响应,分析了桥梁冲击系数在车辆随机行驶轨迹下的概率分布模型以及在不同车速下的变化规律;基于现行不平整度规范,采用三角函数叠加法对不同等级桥面不平整度进行数值模拟,对比研究了车辆行驶单线程、行驶轨迹随机以及现行4个国家设计规范的冲击系数。研究结果表明:随机车辆行驶轨迹下,车速由5 m/s增加到25 m/s,冲击系数均值由0.130增加到0.311,冲击系数均值、标准差和极值整体随车辆行驶速度增大呈递增趋势,但当车速较大时,冲击系数增加缓慢,甚至出现减小趋势;同一车速不同车辆行驶轨迹条件下所得冲击系数样本服从正态分布;基于空间桥面不平整度和随机车辆行驶轨迹下冲击系数大于车辆单线程行驶条件下的冲击系数,当车速为25 m/s时两者最大相差20%;相同车速条件下,随着桥面状况等级变差,冲击系数呈明显增大趋势。研究结果可为桥梁结构动态性能评估提供参考。

基于桥面实测的刚构桥冲击系数分析

基于三维车辆模型和车-桥耦合分析程序,利用接触面间的位移协调条件与力相互作用建立车-桥耦合振动方程;以某大跨度连续刚构桥为工程背景建立桥梁有限元模型,以桥面不平整作为系统的自激激励源,分别采用有限元软件和MATLAB车-桥耦合振动分析程序,在实测桥面数据下对整体模型在车辆作用下的动力响应和冲击系数进行分析,并对国内规范和国外几种常用规范计算的冲击系数进行对比分析.

车桥耦合振动研究方法综述

回顾了在公路桥梁车桥耦合振动领域内的国内外研究成果,并分别就桥梁模型,车辆模型,路面不平整模型,耦合模型数值求解进行了研究综述,且就每一部分详细介绍了一种较为广泛应用的解决手段,同时针对斜拉桥振动模型这一特殊课题的分析理论做了简要说明。

考虑引桥工作状态下的短跨板桥的车致动力反应

通过把车辆和桥梁看作一个耦合系统来建立模型去求解桥梁的车致动力反应。文中研究了由AASHTO HS20卡车引起的不同跨径的短板桥的动力反应。利用参数分析来研究不同车速及不同路面状况所产生的效应。研究发现,引起桥梁动力反应峰值的临界车速遵循描述列车致桥梁共振的规则。分析中考虑了引桥状态的影响包括引桥桥头断层及引桥板形变。虽然引桥变形对桥梁的动力反应影响微小,但是在研究中却发现引桥桥头断层能在短跨板桥中引起显著的动力反应。该文对评价既有短跨径桥梁的动力性能有很大的意义,因此值得中国从业者借鉴。

斜拉桥车桥耦合振动对冲击系数的影响分析

通过车桥耦合振动分析,探讨路面不平整度、车辆行驶速度对双层斜拉桥位移和车辆冲击系数的影响,同时按照JTG D60—2004《公路桥涵设计通用规范》计算出该类双层斜拉桥的冲击系数,并对其合理性予以验证。

标准能量冲击下桥梁动态响应仿真分析

基于在桥梁动载试验中,截面最大动位移响应受到桥面不平整度的影响难以取值,讨论标定能量冲击荷载得到某一截面的最大动位移的可行性。通过ANSYS/LS-DYNA动力分析方法,计入行车阶段车桥耦合振动,模拟桥梁跨中截面在不同平整度的情况下,车辆行驶至跨中并进行标定枕木高度的跳车试验下的竖向位移时间历程响应。排除动载试验中桥面不平整度的影响。

车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一。为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响。首先建立了三维车桥耦合振动模型,并采用美国AASHTO桥梁设计规范中的Ⅰ形简支钢-混凝土组合梁桥、强度设计车辆荷载模型和疲劳设计车辆荷载模型作为算例进行分析。然后,基于建立的车桥耦合振动程序、S-N曲线和雨流计数法,获得不同桥面状态下强度设计车以不同车速过桥时产生的动力冲击系数和疲劳设计车以不同车速过桥时产生的疲劳损伤累积和最大应力,并根据卡方检验对在不同桥面状态和不同车速下获得的这3个参数的分布类型进行检验。最后,基于剩余强度理论,利用AASHTO规范中规定的桥梁承载力设计方程,建立能考虑桥梁全寿命周期内桥面处于不同状态时车辆过桥产生的累积疲劳损伤对钢主梁极限承载能力折减的极限状态方程,并以此对钢主梁极限承载力的可靠指标进行研究,获得其与疲劳设计车日均通行量的关系。研究结果表明:桥梁极限承载力可靠度会随着疲劳设计车日通行量的增大而降低;钢主梁疲劳累积损伤对其极限承载力折减具有重要影响。提出的方法为准确评估在役桥梁的极限承载能力提供了更为有效的途径。

中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。

基于主成分-逐步回归的大跨弯连续刚构桥冲击系数计算

为确定大跨弯连续刚构桥冲击系数的计算公式,基于结构动力学和车桥耦合相关机理,组建了车辆与桥梁的振动方程。通过轮桥位移协调关系,确定车桥相互作用,采用MATLAB软件编译大跨弯连续刚构桥车桥耦合分析模块。通过采用主成分分析法,对多指标参数进行降维处理。综合考虑特征值大于1和方差累计贡献率大于90%的目标参数,确定了桥面不平整度、曲率半径和墩高为主要敏感参数,通过逐步回归法拟合回归桥梁挠度、弯矩和扭矩冲击系数计算公式。结果表明:桥梁挠度冲击系数受桥面不平整度、墩高的影响性较为显著,而曲率半径对其影响相对较小;桥梁弯矩冲击系数受桥面不平整度的影响较为显著,墩高和曲率半径对其影响相对较小;桥梁扭矩冲击系数受桥面不平整度和曲率半径的影响较大,而墩高影响较小。拟合回归的桥梁冲击系数计算公式相关系数均大于0.94,相关性较好,且所有冲击系数计算公式中桥面不平整度的标准化相关系数均在0.9以上,表明该因素对大跨弯连续刚构桥冲击系数的整体影响很大,建议后续规范修订中考虑该因素的影响。

车桥耦合作用下系杆拱桥吊杆疲劳耐久性分析

针对车桥耦合作用下拱桥吊杆的疲劳耐久性能,以国内某大跨系杆拱桥为依托,建立了系杆拱桥车桥耦合振动的理论分析模型,并对比了桥面不平整度、车速、横向车道和车辆类型等车辆运行参数的影响。采用随机车流模拟程序模拟车辆运行参数,获取不同桥面不平整情况下吊杆的应力谱,运用雨流计数法计算疲劳应力幅与循环次数,结合S-N曲线与Palmgren-Miner疲劳累积损伤准则,对是否考虑腐蚀因素的吊杆疲劳寿命进行了估算。结果表明:不考虑腐蚀作用时,吊杆的疲劳寿命可达100年以上,而考虑腐蚀的影响时,吊杆的疲劳寿命为20年左右,车桥耦合分析需充分计入不同车辆运行参数的差异。