人行天桥人致荷载模型与舒适度评价方法研究

人行天桥结构的自振频率较低,人的走动、跑跳的频率重合很可能引发结构发生共振。近年来结构的振动问题越来越成为结构分析、设计的焦点问题。论文介绍了人行天桥舒适度分析的实用分析方法,阐述了国外相关规范与指南对人行天桥质量源、阻尼比以及荷载施加方法,依据其他国家相关规范与指南提出适宜人行桥的舒适度评价方法,并据此总结出人行天桥舒适度分析的实用性分析流程。希望论文的设计评价方法可以为人行天桥舒适度时程分析提供有效的参考与借鉴。

钢箱梁斜拉桥等效疲劳车辆荷载模型分析

为了调查长江中下游地区跨江大桥的车辆荷载运行特性,首先,以某一钢箱梁斜拉桥为例,分析大桥1 a实测交通流特性,得到相关轴型车辆的轴距、车辆质量及轴重分布;其次,基于损伤等效原则计算大桥各轴型车的等效疲劳车辆荷载模型;最后,对我国钢桥规范提供的疲劳荷载模型Ⅲ进行修正,提出适用于同区域类型桥梁的标准疲劳车。研究结果表明:大桥呈现交通流量大、货车载重高及超载现象普遍的特征;等效疲劳车辆荷载模型可简化为6种车型,等效车辆质量大于10 t的疲劳车辆占比高达85.9%,其中6轴车在疲劳损伤中占主导地位;提出的疲劳标准车是1辆质量为64 t的4轴车,单轴重为16 t;国外规范疲劳标准车引起的疲劳损伤均低于本文实际疲劳标准车引起的疲劳损伤;对于顶板U肋连接细节,顶板厚度增加2 mm可至少降低疲劳损伤46.4%。

重载交通路段公路车辆荷载模型及其效应研究

车辆荷载作为公路桥梁的基本可变荷载之一,在公路桥梁设计中占有很重要的地位。车辆荷载是变异性很大的随机变量,其大小与地区,时间有很大关系。山西省是煤炭大省,因车辆超载导致桥梁损伤的事情常有发生,本文依托山西省某一道路数据,建立实际重载交通作用下的车辆荷载模型,利用fortune语言编制程序并结合abaqus二次开发功能实现车辆在桥上的移动计算,并以晋南八政桥为计算对象,与公路Ⅰ级车辆荷载模型下产生的荷载效应相比较,利用经验分布函数方法计算得出范围内的荷载放大系数用于该重载交通桥梁设计和评估。研究表明:对于重载现象严重的地区来说,进行交通调查确定车辆荷载模型与规范对比来确定车辆荷载取值是有必要的,可以防止桥梁设计不足。本文对山西省八政桥计算得出,对于类似该桥这种车辆荷载状况的桥梁来说来说,采用公路Ⅰ级车辆荷载值的1.2~1.4倍进行桥梁设计更加安全。同时也应注意重载交通条件下桥梁正常使用的各项限值要求。

基于动态称重数据的中小跨径公路桥梁车辆荷载模型研究

以某中小跨径公路桥梁为工程背景,基于动态称重(Weight in Motion,WIM)系统实测数据建立了该桥梁的车辆荷载模型。结果表明,该桥梁实际车辆荷载为设计荷载的1.18倍,外推100年设计基准期车辆荷载计算结果为设计荷载的1.62倍。所提供的研究方法对桥梁车辆荷载模型的建立具有一定的借鉴意义。

基于WIM的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型研究

为研究钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,采用动态称重系统(WIM)获取山东地区高速公路10个月的交通荷载数据,建立有限元模型分析车型、总重对疲劳评估结果的影响规律,基于等效损伤理论对疲劳荷载模型进行推导。研究结果表明:外侧车道存在42.0%的疲劳致伤车辆,其中二轴货车比例最高、六轴货车次之,五轴货车最少;交通荷载总重呈多峰分布特点,峰值集中于30kN、130kN、350kN,超载车辆占比不足1%;提出的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型推导方法可行,建立了总重315kN的钢-混组合梁桥疲劳荷载模型,供同类型桥梁疲劳评估时参考使用。

基于WIM的新沂河大桥车辆荷载模型研究

为研究京沪高速（G2）沂淮段新沂河大桥的实际运行车辆特征及车辆荷载作用效应,基于动态称重（WIM）系统实测数据和动力影响线理论,计算该桥实际运行车辆参数的统计分布,得到不同荷载重现期内的车辆荷载效应最大值概率分布,从而建立实际运行状态下该桥的车辆荷载模型.分析该桥车辆荷载模型特征,结果表明：该桥车重在一般运行状态下服从三峰分布,密集运行状态下服从多峰分布；车间距在一般运行状态下服从威布尔分布,密集运行状态下服从伽马分布；动态称重系统分析结果与健康监测系统分析结果基本一致,该桥左、右幅实际车辆荷载分别为公路-Ⅰ级荷载的1.06～1.34倍和1.60～1.69倍.

基于南京长江三桥的车辆荷载模型

为了满足南京长江三桥的技术状态评估和预测的需求,基于该桥收费站7年的称重数据库和桥面监控视频资料,根据不同的轴组类型对日常运营的主要车辆进行了车型划分.采用参数估计和非参数估计方法,建立了车辆质量、轴距、车型、轴重等车辆荷载模型中相关参数的数学模型.然后,基于泊松过程理论、Markov过程理论和车辆跟驰模型,对车辆荷载模型中的车速、车辆到达时刻等时变参数进行随机模拟.研究结果表明:多数车型质量分布为多峰分布,宜采用核密度估计法确定其统计模型;生成随机车辆时,需考虑车辆质量与车速、轴重等参数的相关性;采用M CM C法模拟得到的随机车辆车型分布近似于桥梁实际运营中的车型分布.

利用动态称重技术的福建省重载交通公路车辆荷载模型

为建立适合福建省重载交通公路的车辆荷载模型,选取车流量大、重载货车比例高的沿海地区,布设2个动态称重(WIM)系统测点.通过对WIM系统长达30个月不间断采集的车流数据的统计分析,得到福建省典型重载交通公路车辆荷载的统计特征,并建立相应的车辆荷载模型.基于实测模型与现行规范汽车荷载标准,对典型公路简支梁桥和连续梁桥的汽车荷载作用效应进行分析,结果表明:采用公路-I级汽车荷载标准进行结构设计总体上是安全的,而采用公路-II级汽车荷载标准则偏于不安全.文中所建立的重载交通公路车辆荷载模型可供福建省公路桥梁设计或结构损伤验算时参考.

近距离爆炸比例爆距的界定标准及荷载模型

如何准确界定“近距离爆炸(close-in explosion)”一直是防护工程研究领域的热点。本文中基于已被充分验证的精细化有限元模型,研究了TNT球形装药自由场爆炸冲击波传播与爆轰产物高速膨胀共同作用的特点和规律,发现在比例爆距小于0.80 m/kg^(1/3)的范围内,爆轰产物对刚性壁面的爆炸荷载影响显著,提出球形装药近距离爆炸的比例爆距界定标准为0.30~0.80 m/kg^(1/3)。研究发现,在近距离爆炸下,爆炸波在入射角为0°~5°范围内的刚性壁面反射荷载峰值会出现急剧下降的现象,这是由爆轰产物喷射的不均匀性和随机性导致的;近距离爆炸下,刚性壁面反射超压出现了两个峰值的现象,这是由冲击波和爆轰产物分别与刚性壁面相互作用导致的。提出了近距离爆炸情况下两个荷载峰值的计算公式,以及适合工程结构响应计算的简化荷载模型;揭示了近距离爆炸下刚性壁面反射超压的分布规律。

单人步行荷载模型研究

对于大跨轻柔结构,人-结构竖向相互作用较为显著,要准确预测结构人致响应,需建立更加精细的单人步行荷载模型。在单自由度弹簧、质量和阻尼(SMD)模型中,引进包含亚谐分量的内部自激励,建立了更加精细的ASMD模型Ⅱ,并对其进行了实验验证。结果表明:当结构自振频率处于亚谐共振区时,需考虑亚谐分量的影响,其影响随人/结构质量比的增加更显著,忽略亚谐分量会导致计算结果偏小;处于倍频共振区时,不考虑人-结构相互作用的共振响应预测结果偏于保守;相比之下,ASMD模型Ⅱ能更好的预测结构人致竖向动力响应。

轮船-桥墩碰撞简化荷载模型

目前各国桥梁设计规范普遍将船舶撞击力处理为等效静力,忽略了冲击荷载引起的结构动力效应,为建立更加合理的实用荷载模型,建立了5艘轮船的有限元模型,采用正撞刚性墙模型,通过数值仿真获得了45条不同撞击速度下的撞击力时程样本。提出采用修正半波正弦函数近似描述撞击力样本过程,通过数理统计确定了模型的实用参数。最后,以一座连续梁桥为例进行了接触碰撞反应分析与撞击力时程反应分析,并将修正半波正弦荷载模型的响应求解误差分为3类,分别讨论了3种误差对结构响应误差的贡献大小。算例分析结果表明,建立的轮船修正半波正弦荷载模型具有良好的求解精度,具有很好的工程实用价值。

连续刚构桥超高墩的风荷载模型与抗风构造研究

为了对一座具有超高墩的预应力混凝土连续刚构桥在施工过程中的抗风性能进行分析,依据桥址处的风环境确定了上、下部结构区别对待的风荷载模型.在最大悬臂典型工况下与静风荷载进行了对比分析,并在此基础上对该桥的抗风构造措施进行了优化.结果表明:在文中构造的风荷载模型中同时考虑了风压廓线变化及冲击作用对超高墩单T结构的影响,其响应输出更能反映出超高墩具有的特殊风动力特性,同时增加的风撑横系梁构造能够显著降低风荷载下墩顶位移,值得同类桥型抗风设计中借鉴.

人群集度荷载模型及人致振动模拟分析

针对大跨度楼板的人致振动问题,选取北京南站二层候车厅大跨度楼板作为研究对象.基于理想数学模型条件设定假设和等效荷载模型,改进并完善了2种适用于大跨度楼盖的人群荷载模型:人体步态参数服从概率分布的随机概率分布人群荷载模型,以及与交通学和生物学研究成果紧密结合的具有预测性的人群集度荷载模型.通过对比分析北京南站候车厅大跨度楼板在3种人群荷载模型作用下的结构振动响应情况,确定各荷载模型的适用范围并分析各自优缺点.结果表明:人群集度荷载模型对结构在人群荷载作用下加速度响应具有预测性,适用工况范围广.与传统的等效荷载模型相比,采用随机概率分布荷载模型作为结构激励荷载适合用来模拟人群自由行走工况.运用等效荷载模型及人群集度荷载模型模拟人群排队进站荷载工况得到的分析响应结果较为合理.

基于连续行走的人行荷载模型参数实验

为建立人行荷载的傅里叶级数模型,采用新型微电子机械系统AH100B加速度传感器得到201人次、1 407条连续行走在楼板上的荷载曲线。根据姿态角形成的姿态矩阵可将载体坐标系下的三轴加速度转换到自然坐标系下,通过快速傅里叶变换计算人行荷载纵向、侧向和竖直方向前4阶动力荷载因子及相位角,得出用于解决结构振动舒适度问题的三向傅里叶级数荷载模型。采用小波变换得到单条荷载曲线的时频图,反映出单人在行走过程中行走频率的变异性。将荷载模型与已有的其他模型进行比较,验证了荷载模型的合理性及可行性,为解决大跨度结构人行激励产生的振动问题提供了参考。

基于人群密度的随机人群荷载模型研究

人群同步率与行走步频对人行桥的结构振动响应影响较大,但既有随机人群荷载模型仅由单人荷载模型组合而成,并未考虑人群密度对结构振动的影响,建立可描述人群行走特征的随机人群荷载模型尤为重要。以某钢桁架人行桥为研究对象,采用现场振动测试试验与数值模拟的方法,研究人群密度对人行桥振动响应的影响规律,在既有随机人群荷载模型的基础上,提出一种考虑人群同步率与行走步频随人群密度变化而改变的随机人群荷载模型,并采用其他学者的相关试验数据对本文建立随机人群荷载模型的正确性进行了验证。研究结果表明:人群同步率和行走步频都会随人群密度的变化而改变;当人群密度小于1人/m^(2)时,人行桥振动响应与人群密度呈正相关,当人群密度超过1人/m^(2),人行桥振动响应随人群密度呈负相关;基于人群密度的荷载模型所得到计算值与试验值的相对误差为5.0%~12.2%,这证明本文建立的随机人群荷载模型能够较好模拟人群行走所产生的荷载效应。

基于WIM的江苏省高速公路桥梁汽车荷载模型

基于江苏全省高速公路桥梁逾5.4×10^7辆汽车荷载数据,统计全省高速公路桥梁汽车荷载特性,包括车型、车身质量、车间距、轴质量、轴间距等,建立全省高速公路汽车荷载特性的概率分布模型.然后,采用与国家规范制定相似的流程和方法,建立江苏省高速公路桥梁汽车荷载模型,并计算模型的相关系数.结果表明,江苏省高速公路桥梁两轴车和六轴车比例分别约为76%和15%,平均超载率为7%.江苏省高速公路桥梁的实际运行汽车荷载为规范中公路-Ⅰ级汽车荷载中车道荷载的1.46倍.根据实测汽车荷载数据,计算得到一车道、二车道、三车道、四车道、五车道、六车道的横向折减系数分别为1.20、1.00、0.85、0.72、0.60、0.47.研究结果可为江苏省高速公路桥梁汽车荷载标准的制定及既有桥梁加固维修提供参考.

组装式货架有限元分析荷载模型的研究

研究了组装式货架有限元分析过程中的加载问题,重点解决荷载计算与工况选择等难点。

城市桥梁拥堵状况下车辆荷载模型及其对桥梁的影响研究

通过分析城市道路的车流分布特点,分别建立了小轿车、大型客车和重型车三类车辆模型,然后依据拥堵情况拟定针对城市桥梁拥堵的车辆荷载模型。通过实例计算,比较分析桥梁在设计状态下和拥堵状态下的荷载效应。计算表明,由小轿车和重型车组成的拥堵车辆荷载产生的荷载效应可能大于城A和城B荷载产生的效应,是影响桥梁安全的一个重要因素。

基于WIM数据的斜拉桥评估汽车荷载模型研究及应用

为了对大跨径斜拉桥在运营期内的使用性能做出准确评估,研究了考虑实际运营交通状况的评估汽车荷载模型建立方法。借助动态称重(WIM)数据形成连续自然车队,通过结构关键效应影响线进行加载计算,对效应进行统计分析,运用极值理论得到评估基准期内的汽车荷载效应最大值概率分布并进行极值外推。以某斜拉桥为例,阐述建立评估汽车荷载模型和预测效应极值的方法,并采用两种评估方法对结构进行承载能力和使用性能的评估。

合肥市城市桥梁验算车辆荷载模型分析研究

文章通过对合肥市内几座代表性超载桥梁进行现场车辆超载情况的实地调查,以概率统计计算为基础,绘出荷载总重和轴重直方图,确定出了桥梁验算车辆荷载模型,得出超载车辆荷载最大值分布的0.95分位值作为合肥市桥梁验算车辆荷载标准。所建立的验算车辆荷载模型,可供合肥市及其他城市桥梁设计时参考。