基于长期监测的特重车流作用下桥梁动态放大系数研究

基于桥梁监测系统记录的特重车交通荷载数据研究了特重车过桥的空间动力响应和动态放大系数。首先利用某高速公路大桥安装的交通信息采集系统和动态称重设备(WIM)实时采集数年的交通荷载信息形成与实际车流特征相符的随机车流样本,定义并提取特重车交通荷载工况。其次,建立公路桥梁典型车辆动力分析模型库,推导了各典型车型的质量、刚度、阻尼矩阵,并将典型车型的车辆动力分析模型嵌入到自行研发的随机车流-桥梁耦合分析软件BDANS(Bridge Dynamic Analysis System)。最后以一座6跨连续T梁桥为工程实例,计算了特重车交通荷载作用下桥梁的空间动力响应和动态放大系数,研究了动态放大系数与路面粗糙度、纵梁的横向位置以及车重的变化关系。结果表明,动态放大系数随路面粗糙度的增大而增大,随车重的增大而减小;车辆直接作用位置处的纵梁动态放大系数小于远离车辆作用位置处的纵梁;特重车交通荷载下桥梁的动态放大系数比按照规范确定的动态放大系数小。

特重车交通荷载作用下大跨拱桥动力响应分析

为研究特重车交通荷载工况作用下大跨拱桥的动力响应特点,以河北省宣大高速公路上某大桥的动态称重系统所采集的近3年的交通数据为基础,定义并提取了特重车的交通荷载工况,进而分析了不同类型特重车交通荷载工况所占比例及每个特重车交通荷载工况车辆总质量的分布规律。利用随机车流-桥梁耦合振动分析软件计算了大跨拱桥在特重车交通荷载作用下的空间动力响应,并与新旧桥梁规范中的设计车辆荷载对应的响应进行了对比。结果表明:新规范对拱桥关键部位的设计荷载定义更为保守,实测的交通荷载工况中仅有极少数特重车交通荷载工况对应的响应超过了设计车辆荷载对应的响应;对于该大跨拱桥,新桥梁规范中的设计车辆荷载能够较充分地考虑大部分特重车交通荷载作用对桥梁结构整体受力产生的不利影响。

特重车通过大跨石拱桥计算模型对比分析及试验验证

在对一重达376.7 t的特重车能否安全通过一主跨40 m的既有石拱桥进行安全评定时,针对石拱桥建立了两种实体分析模型:一为不考虑拱上填料、侧墙影响仅考虑拱上建筑与主拱联合作用的实体模型一;另一为考虑拱上填料、侧墙与主拱联合作用的较符合实桥实际情况的实体模型二.通过两种实体模型下的特重车过桥安全验算发现,采用计算模型二所有断面抗力均满足要求,而模型一的拱脚断面抗力不满足要求.在对比模型一、二在特重车下作用的挠度、应力结果后发现拱上填料、侧墙对结构的纵向空间整体工作性能影响较大.不考虑填料与侧墙的实体模型一相对于模型二的纵向刚度联系较弱,在荷载作用下的局部效应明显,从而揭示了实体模型一拱脚截面抗力效应不能满足规范要求的原因.通过荷载试验验证了采用实体模型二与实桥实际情况较为接近,而采用实体模型一的验算结果偏于保守.

特重车各轮相干桥面激励对斜拉桥随机振动的影响

为了研究特重车各轮相干桥面激励对斜拉桥振动响应的影响,根据特重车左右轮的相干函数关系和前后轮的时间滞后关系,推导并建立了特重车各轮相干桥面不平顺激励的功率谱矩阵。基于车桥耦合振动理论和虚拟激励法分析特重车各轮相干桥面激励对大跨度斜拉桥车致振动响应的影响,研究结果表明:特重车各轮相干桥面激励增大了斜拉桥振动响应的离散程度,桥梁振动响应随着各轮桥面激励相干强度的提高而增大。斜拉桥在特重车各轮相干桥面激励下的振动响应受不同相干函数模型的影响较小。特重车各轮相干非平稳桥面激励的斜拉桥振动响应离散程度大于各轮相干平稳桥面激励,桥梁振动响应标准差最大值随着车辆加速度的提高而增大。斜拉桥的车致振动响应对多轮多点相干桥面激励很敏感,其振动响应的离散程度随着特重车轴数的增加而增大。

预应力混凝土空心板桥在特重车通过时结构性能安全评定

以一质量达400 t的特重车通过预应力混凝土空心板梁桥项目为背景,通过现场对桥梁检测、静载试验,评估了桥梁的整体强度和刚度。结合试验结果,运用桥梁专用有限元分析软件分别建立梁体模型及盖梁墩柱模型进行结构承载能力验算,并参考现有文献对空心板铰缝抗剪强度进行相应验算。综合桥梁现状及有限元验算结果,对空心板梁桥提出安全评定结论,确保了特重车安全通过桥梁。

竖向支撑法应对特重车过桥的研究

以某中桥应对特重车荷载过桥为例,结合加固方法比选、有限元分析与试验监测数据,对竖向支撑加固法应对特重车过桥进行研究。研究结果表明:静载作用下,竖向支撑加固法可对特重车过桥起到较为明显的加固作用,但实际加固效果与理论模拟状态存在偏差;动载作用下,竖向支撑加固法可使桥跨结构满足特重车通行承载能力极限状态的要求。研究结果可为今后应对同类特重车过桥问题的加固方法比选与运用提供参考。

基于长期监测的特重车交通荷载特性及动态过桥分析

为了获取特重车交通荷载特性以及对特重车过桥所产生的桥梁动力响应和桥梁安全进行分析,从河北宣大高速公路某大桥安装的健康监测系统实时记录的3年交通荷载数据库中,定义并提取了1 319个特重车交通荷载工况,记录的荷载信息包括车型、车速、车质量、车长、行驶车道和车辆到达时刻,对特重车交通荷载样本进行统计分析从而获得各参数特征。以一座6跨连续T梁桥为例,利用自主研发的BDANS软件中的随机车流-桥梁耦合振动分析模块,计算了特重车交通荷载作用下桥梁的空间动力响应,并与考虑冲击效应的公路Ⅰ级设计荷载对应响应进行对比。研究结果表明:少量特重车工况下桥梁强度超限,超限工况主要为单辆特重车过桥工况,最大超限率达到15%。

特重车荷载下装配式PC板桥荷载效应分析

为研究特重车荷载作用下PC板桥的荷载效应,以河北省宣大高速公路WIM数据为基础,共提取出883个特重车荷载工况,使用"随机车流-桥梁耦合振动分析系统"计算各工况作用下PC板桥各片板的最不利正弯矩效应及PC板桥的最大正弯矩效应。通过对PC板桥横向各片板最不利正弯矩效应的统计分析研究其横向受力性能,通过最大正弯矩效应与设计荷载效应的对比,分析PC板桥的特重车正弯矩效应超限情况。结果发现:由于特重车在桥面鲜明的分布特点,PC板桥1#板的最不利正弯矩效应极值最大,而5#板最不利正弯矩效应的均值最大,在特重车荷载作用下,PC板桥正弯矩效应超限情况普遍,且部分工况最大正弯矩效应已超越设计荷载效应的1.8倍,随着跨径的增加,PC板桥正弯矩效应的超限工况数量、超限程度呈现下降趋势,但降幅并不明显。

特载车通过空心板时的计算分析

在对一重达419.3t的特载车能否安全通过一跨径为16m的预应力混凝土空心板,针对空心板建立了实体模型:通过采用桥梁荷载试验分析系统(BLT)建立实体模型及桥梁博士分别求出横向分布系数,根据荷载试验结果修正模型,通过试算,当考虑铺装层刚度及混凝土弹性模量提高1.15倍时,实测值和理论值较为吻合。通过桥梁博士建立单梁模型,进行特载车过桥安全验算,验算证明:承载能力极限状态,中板、边板正截面抗弯及斜截面抗剪均能满足要求;正常使用极限状态,中板、边板正截面、斜截面抗裂均不满足规范对预应力混凝土A类构件的要求。