重型拖挂卡车撞击桥墩的数值仿真及碰撞力特征分析

车辆撞击桥梁事故中,车辆结构形式对碰撞事故后果的影响显著。基于有限元软件LS-DYNA建立了精细的集装箱卡车数值模型,并对重型卡车碰撞桥墩过程进行了数值模拟。通过与实车撞击实验中的车辆破坏形态进行对比,确认了本文数值模型的合理性。基于该集装箱卡车模型,本文研究了不同车辆参数对车辆碰撞力的影响,其中包括集装箱货物刚度、车辆与桥墩的偏心距以及车辆速度等因素。讨论了各个参数对碰撞力变化特征及碰撞力峰值的影响规律。     

桥梁地震碰撞的三维撞击模型及非线性响应分析

为合理模拟地震时相邻桥梁间发生的碰撞响应,提出适用于桥梁多维碰撞响应分析的三维Kelvin接触-摩擦撞击模型,即将Kelvin-Voigt模型和库伦摩擦模型相结合,通过一个摩擦元件来模拟发生纵向碰撞后,接触点间的横向和竖向的相对摩擦作用,以真实地模拟结构接触位置的三维撞击行为。进而将该三维撞击模型引入所建立的结构精细化模拟分析平台FENAP中,与纤维梁柱单元模型良好结合,实现对桥梁的多维碰撞响应分析。通过对一钢筋混凝土连续梁桥在双向地震作用下的碰撞响应分析,结果表明:所提出的三维撞击模型能够模拟邻梁间的纵向和横向碰撞响应;纵向碰撞对刚度较大的桥梁影响较大,会增大墩底剪力和墩顶位移,加剧桥墩的塑性发展;横向碰撞对桥梁的碰撞响应影响较大,不可忽略。     

斜箱梁桥活载正应力放大系数讨论

当下城市和公路桥梁中斜交梁桥所占比例逐步增大,其在汽车荷载作用下应力变化与正交桥梁存在差异,这些差异在日常桥梁设计中利用三维杆单元建模是无法考虑的。因此利用ANSYS大型通用有限元软件分别建立宽跨比为0.53、不同斜交角度的两跨预应力混凝土连续箱型梁桥的三维实体单元模型进行讨论,总结出跨中断面和中支点断面活载正应力放大系数的变化规律和变化范围。根据分析得出桥梁斜交角度越大,偏心车道荷载的布置对于正应力影响越小的结论。     

不同速度超高车辆碰撞下跨线桥动态响应分析

为研究桥梁在超高车辆撞击下的受力状态,深入研究了车-桥的碰撞机理,采用了通用有限元程序ABAQUS,针对不同车速车辆垂直撞击桥梁的情况进行了模拟分析,分析表明,车速越大,主梁的应力和位移越大,主梁破坏的越早。     

基于高斯曲率模态相关系数判断简支T梁桥支座损伤的方法研究

桥梁支座损伤对于桥梁结构的安全使用有很大影响。提出利用高斯曲率模态相关系数来判断简支T梁桥的支座损伤情况。通过理论与试验研究发现,损伤支座处的高斯曲率模态相关性系数与其他支座位置处的差异明显,可实现损伤定位;且支座损伤越严重,相关系数下降越多。     

车辆撞击下桥墩动力响应与撞击荷载研究

为研究城市桥墩抗撞性能,采用LS-DYNA有限元软件建立精细化车辆-桥墩碰撞模型,分析桥墩动力响应与撞击荷载。该模型考虑了应变率效应对钢筋与混凝土非线性材料力学性能的影响。基于40个车-桥碰撞工况,研究了撞击速度、撞击质量对撞击荷载和桥墩变形的影响,分析了撞击能量和桥墩破坏模式之间的关系。根据40个撞击荷载样本,提出撞击荷载经验公式与半正弦荷载时程曲线,用来计算撞击荷载峰值与反应时撞击荷载时程。将撞击荷载峰值分别与3种等效静力荷载和《公路桥涵设计通用规范》荷载限值进行对比。结果表明:规范中撞击荷载限值偏于不保守;采用等效静力荷载作为撞击荷载对城市桥墩进行抗撞评估偏于不安全。     

主梁断面形状对车-桥系统气动特性影响的风洞试验研究

确定车辆和桥梁各自的气动参数是车-桥耦合振动分析的基础。为研究主梁断面形状对车辆和桥梁气动特性的影响,利用自制的三分力分离装置-交叉滑槽系统,针对8种分离式双箱主梁断面进行多工况模型风洞试验。通过对不同模型及工况试验结果的对比,讨论不同主梁断面形状下车-桥系统的雷诺数效应,得出不同行车位置处车辆和桥梁各自气动参数随主梁宽高比的变化规律以及其阻力系数的取值方法,为后续抗风设计及风-车-桥耦合振动研究提供参考。     

先简支后连续暗横梁结构在城市立交中的应用

兰州市嘉峪关东路上跨二热什字立交工程,桥梁上部结构为预应力小箱梁,多箱单独预制,简支安装,现浇整体横梁和湿接缝,形成先简支后连续暗横梁结构。此结构形式避免墩盖梁占用桥下净空位置,减少桥长,同时解决交通繁忙城区现浇大跨径桥梁的施工难题。本文针对工程的特殊性,利用Midas Civil软件和孙广华曲线梁桥程序建立计算模型,分析了各施工阶段结构受力特征,并简要介绍此特殊结构在关键节点上的处理方法,为今后类似工程的设计和施工提供参考。     

先简支后连续墩顶暗横梁结构在城市立交中的应用

兰州市嘉峪关东路上跨二热什字立交工程，桥梁上部结构为预应力小箱梁，多箱单独预制、简支安装，现浇整体横梁和湿接缝，形成先简支后连续墩顶暗横梁结构。此结构避免墩盖梁占用桥下净空位置，减少桥长，桥型美观，同时解决交通繁忙城区现浇大跨径桥梁的施工难题。针对工程的特殊性，利用MIDAS Civil软件和孙光华曲线梁桥程序建立计算模型，分析各施工阶段结构受力特点，并简要介绍此特殊结构在关键节点上的处理方法，为今后类似工程的设计和施工提供参考。     

爆炸荷载作用下空间格构式拱结构的数值模拟

为了研究空间格构式拱结构在爆炸荷载下的破坏模式,利用动力有限元软件ANSYS/LS-DYNA,建立了空间格构式拱的有限元模型,分析了不同炸药比例距离下的变形情况,结果表明:在不同的工况下,破坏模式与炸药比例距离有关,比例距离越大,结构破坏程度越小。     

桥梁拓宽中混凝土徐变对桥梁受力性能的影响研究

为了研究桥梁拓宽工程中新建上部结构混凝土收缩作用对预应力混凝土简支T梁桥受力性能的影响,以某高速公路桥梁拓宽为工程实例,采用有限元计算软件ANSYS进行建模分析,通过分析可知,成桥工况和徐变工况下全桥结构的变形趋势是基本一致的,由于连接处混凝土的徐变作用,新建桥梁部分的竖向、横向和纵向会发生变形,但是变形量在允许范围之内。     

连续梁桥支座损伤识别方法

桥梁支座损伤对于桥梁结构的正常使用有很大影响。本文以实际工程为例,建立连续T梁有限元模型进行数值分析,并通过模态试验进行验证,从而对连续T梁桥支座损伤的量化分析进行研究。提出利用高斯曲率模态相关系数对公路连续梁桥支座进行损伤识别。数值分析证明该方法是可行的,损伤支座处的高斯曲率模态相关性系数与其它支座位置处的差异明显,可实现损伤定位;支座损伤越严重,相关系数下降越多,在此基础上利用神经网络则可实现对支座损伤程度的识别。最后通过实测案例证明了该方法的实用性。     

考虑退化效应的滑移铅芯橡胶支座力学性能精细建模与模型验证

隔震支座是隔震结构地震响应控制的关键构件,滑移铅芯橡胶隔震支座具有协调上部结构温致变形、地震作用下可耗能复位等优势,但往复荷载作用下其力学性能退化显著。文章建立考虑支座性能退化的滑移铅芯橡胶支座精细数值模型,开展不同竖向压力、加载频率、加载位移幅值时滑移铅芯橡胶支座压剪力学性能分析,并基于支座试验结果验证模型的准确性,进一步探明支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响。结果表明：竖向压力增大会改变滑移铅芯橡胶支座的滞回力-位移关系,从而提升其耗能性能;加载频率对摩擦力的影响随加载频率增大而显著减小;加载位移幅值越大,支座单周耗能能力、等效刚度随滞回周期的增加减小越显著;相比已有数值模型,考虑支座性能退化的精细数值模型分析结果与试验结果吻合更好,模型误差显著减小。隔震周期越大,支座性能退化对隔震桥梁地震响应的影响越显著,应在隔震结构设计与性能分析中予以关注。     

我国20 m预应力T梁桥承载能力可靠度分析

为了准确掌握我国20 m预应力T梁桥承载能力可靠度,基于我国公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范(JTG 3362—2018),利用大型结构有限元分析软件Midas-civil建立了公路-Ⅰ级设计荷载作用下20 m预应力T梁全桥三维有限元模型,分析了最不利工况下桥梁的内力,并基于承载能力极限状态可靠度方法,计算了该类桥梁的承载能力可靠度,与美国和欧洲的可靠度计算值进行了比较。结果表明:我国20 m预应力T梁桥恒载最大弯矩为1516.7 kN·m,活载产生的最大弯矩为1386.4 kN·m,我国的活载效应值和美国基本一致,欧洲的活载效应较大;活荷载效应值对桥梁结构可靠度计算结果影响较大,我国20 m预应力T梁桥可靠度指标β为5.478,大于我国规范值约17%,高于美国的4.43,但低于欧洲的7.25。     

次应力作用对桥梁结构受力性能影响分析

大跨径预应力混凝土梁桥施工过程复杂,施工过程中除了受材料容重、预应力筋张拉力大小、弹性模量影响之外,还会受到各项次内力,如预应力筋松弛、温度变化、混凝土收缩与徐变、支座不均匀沉降等的作用,这些次应力都直接关系到桥梁施工的质量[1]。若对这些问题处理不妥,除了对桥梁结构本身的受力不利,还可能会使线形不顺畅,影响视觉效果,最终不能满足桥梁的设计要求[2]。本文项目中因历时5个施工工况,在工况4下桥梁体系发生了变化,所以取工况4进行分析,考虑次内力影响作用下实际监测值与理论计算值之间的误差,希望能为同类型桥梁的设计和施工控制计算提供参考。     

支座类型对连续梁桥船桥撞击影响的简化分析

将由LS-DYNA模拟得到的船-刚性墙碰撞的船撞力时程曲线输入到由SAP2000建立的全桥动力模型中,进行全桥动力响应分析。分别针对设置盆式橡胶支座、铅芯橡胶支座和双曲面球型减隔震支座的连续梁桥,分析船撞作用下支座类型对桥梁关键结构响应的影响,得到了随船桥碰撞角度变化,不同支座类型的连续梁桥船撞响应的特点及规律。研究表明,相比双曲面球型减隔震支座,设置盆式橡胶支座的连续梁桥关键结构响应最小,并且支座类型对墩结构响应的影响远远大于对桩基结构响应的影响。     

隧道位置对原有邻近桥梁桩基的影响分析

为了分析隧道位置对邻近桥梁桩基的影响,论文采用了三维有限元软件对盾构隧道施工过程进行数值分析。结果显示,隧道和桩基之间的水平距离越大,桩基受到的影响越小;当隧道埋深越大时,隧道施工对桥梁桩基的影响越小。     

超高性能钢筋混凝土与普通钢筋混凝土柱结构抗爆性能的比较研究

运用显式有限元动力分析软件LS-DYNA,建立了典型钢筋混凝土柱的三维有限元模型。该模型采用了钢筋混凝土的分离式建模,不考虑两者之间的粘结滑移而考虑混凝土材料的应变率效应。在有限元模型的基础上,通过对比超高性能钢筋混凝土柱与普通钢筋混凝土柱结构在爆炸荷载作用下的动力响应,研究了超高性能混凝土柱结构的抗爆性能。研究结果表明,与普通钢筋混凝土柱结构相比较,超高性能钢筋混凝土柱结构的抗爆性能有十分显著的提高。     

汽车荷载作用下箱型曲梁桥的动力响应分析

采用每节点七自由度的有限元曲梁桥模型和两自由度六参数汽车模型,根据Newmark算法分析了不同参数变化对简支箱型曲梁桥车桥动力响应的影响,结果表明曲率越大汽车对桥梁的冲击作用越大;路面不平顺和弯扭刚度比对曲梁桥的动力响应影响较大。     

重型车辆与桥梁耦合振动及桥梁冲击系数的数值模拟研究

为了更合理地评估桥梁在重型车辆作用下的耦合动力响应,在有限元软件LS-DYNA的平台上,根据车桥振动实验数据,建立了具有11个自由度的3轴重型车辆和桥梁上部结构的车桥耦合系统有限元模型。对桥梁模型进行了模态分析,并对车桥耦合振动的三个工况进行了数值模拟,所得结果与实测数据一致,验证了有限元模型的合理性、可靠性。进一步利用该有限元模型进行车桥耦合体系参数分析,选择了车辆运行速度,桥梁桥台搭板的沉降以及桥梁跨度进行桥梁冲击系数的参数敏感性研究。参数分析结果表明:冲击系数整体上随车辆速度的增大而增大,同时有局部极大值的存在;冲击系数随桥台搭板沉降量的增大而增大;冲击系数呈现随桥梁跨度的增大而增大的趋势。