中下承式拱桥吊杆应力冲击系数不均匀性研究

为研究中下承式拱桥在公路车辆作用下的吊杆冲击系数不均匀性问题,提出基于车桥耦合振动的公路桥梁动力响应分析方法。首先,将车辆简化为4个自由度的整车模型,根据D’Alembert原理推导了车辆振动方程,将桥梁离散为有限元模型,根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件耦合二者的振动方程;然后,采用Newmark-β算法,基于MATLAB语言编制了公路桥梁车桥耦合振动计算程序VBAP;最后,以某钢管混凝土拱桥为例,利用该方法与程序分析结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重及车速对吊杆应力冲击系数的影响。     

中、下承式钢管混凝土拱桥面内振动模态分析

采用Katayama提出的随机子空间识别法对环境脉动下八座钢管混凝土拱桥实测动力响应进行识别,与采用最大熵谱法获得的计算结果进行的比较验证了采用方法的正确性。建立了实测桥梁的有限元模型,理论模态与试验模态吻合良好,讨论了主拱跨径、截面和桥道系结构等结构参数对钢管混凝土拱桥面内振动模态特性的影响,指出了钢管混凝土拱桥面内一阶基频的统计近似公式的局限性,提出了基于Rayleigh能量法的静力计算方法,可用于预估和校核中、下承式钢管混凝土拱桥面内低阶频率。     

铁路桥梁在高速列车作用下的动力响应分析

通过理论计算与现场试验研究高速列车与桥梁的动力相互作用。建立了车桥系统分析模型:列车模型每节车考虑27个自由度;桥梁模型采用模态综合法,系统激励为实测轨道不平顺。模拟中华之星列车高速通过秦沈客运专线24m双线预应力混凝土简支箱梁桥的全过程,计算了桥梁在高速列车作用下的动挠度、振幅、梁体加速度、桥墩振幅以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、横向轮轨力等动力响应,并与现场实测结果进行了对比。     

拱桥吊杆等刚度设计及其动态响应分析EI北大核心CSCD

针对中承式拱桥结构中短吊杆处较易率先疲劳破坏的情况,分析各个吊杆处的刚度差异。以某中承式钢管混凝土拱桥主跨吊杆为研究对象,通过调整吊杆单元的弹性模量对吊杆进行等刚度设计,采用车桥耦合迭代的计算方法,得到车辆荷载作用下吊杆的应力响应曲线并计算冲击系数。对拱桥吊杆的动态响应进行分析并与初始模型情况比较,结果表明:等刚度模型短吊杆应力有明显下降,各吊杆间应力差异降低;吊杆的冲击系数降低,长短吊杆间冲击系数之差减小幅度达到50%;不平度等级对冲击系数的放大作用不随刚度调整而改变。说明对拱桥吊杆进行等刚度设计能够有效的平衡吊杆受力情况,使吊杆受到的冲击作用较为均匀,提高吊杆耐久性,为实际工程应用提供依据。     

拱桥吊杆等刚度设计及其动态响应分析

针对中承式拱桥结构中短吊杆处较易率先疲劳破坏的情况,分析各个吊杆处的刚度差异。以某中承式钢管混凝土拱桥主跨吊杆为研究对象,通过调整吊杆单元的弹性模量对吊杆进行等刚度设计,采用车桥耦合迭代的计算方法,得到车辆荷载作用下吊杆的应力响应曲线并计算冲击系数。对拱桥吊杆的动态响应进行分析并与初始模型情况比较,结果表明:等刚度模型短吊杆应力有明显下降,各吊杆间应力差异降低;吊杆的冲击系数降低,长短吊杆间冲击系数之差减小幅度达到50%;不平度等级对冲击系数的放大作用不随刚度调整而改变。说明对拱桥吊杆进行等刚度设计能够有效的平衡吊杆受力情况,使吊杆受到的冲击作用较为均匀,提高吊杆耐久性,为实际工程应用提供依据。     

不同时速列车振动荷载下衬砌拱圈振动响应传递规律

通过高速铁路隧道衬砌振动响应的现场试验,发现隧道衬砌拱圈在列车荷载作用下,其振动加速度幅值随车速的增大而增大,且拱圈横向振动与竖向振动呈现不同的传递规律。文中开展理论分析与仿真计算,建立ABAQUS有限元平面模型,采用动力隐式算法对不同车速列车荷载作用下的隧道衬砌拱圈振动响应问题进行了理论分析,得出以下结果:有限元数值计算结果与实测结果基本吻合,可用作对实际测量数据的补充与预测;隧道振动响应随列车速度的增加而呈现增大趋势;不同车速引起的衬砌振动加速度响应传递规律一致;不同车速引起的衬砌竖向振动加速度幅值在拱顶位置较小,且随列车时速增大而变化不明显;衬砌拱顶横向振动明显随列车速度的增大而增大,但不同车速引起的衬砌横向振动在隧道圆心水平位置（即0°与180°）随列车时速变化不明显,且振动幅值较低;拟合了不同时速列车引起的隧道衬砌横向与竖向振动加速度的经验公式。     

基于车桥耦合振动分析的大跨径曲弦桁梁桥加固方案评价研究EI北大核心CSCD

为评价在役曲弦桁梁桥加固方案,以122 m跨径彩虹桥为工程背景,采用考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥及其加固方案的车桥耦合振动分析,通过计算加固前后桥梁的频率与振型、位移及冲击系数、振动加速度峰值、舒适性等动力性能指标来评价桥梁加固效果,并探讨各评价指标的适用性。结果表明:桥梁加固方案的整体竖向和扭转刚度较原桥有明显提高,桥面竖向刚度显著提高;在汽车动力荷载作用下,桥梁加固方案的各动力响应、冲击系数和振动程度均有效降低,行人舒适性良好。容许加速度评价方法可以很好反映桥梁结构的振动程度,可用于桥梁加固方案动力性能评价;基于最大速度响应的振动感觉指标和基于加速度均方根的振级指标均能较好地评价桥梁舒适性评价;仅以冲击系数作为桥梁加固方案动力性能评价指标不合适。     

月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥动力冲击系数研究

针对造型美观但结构形式特殊的月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥,应用考虑拉索侧向振动的车桥耦合振动分析方法,讨论了路面粗糙度、行车速度、结构阻尼取值对车辆轮压荷载、拱肋和主梁的挠度及拉索张力冲击系数的影响。结果表明:路面粗糙度对桥梁振动响应的影响显著,提高路面平整度可以降低桥梁冲击系数;行车对桥梁冲击系数的影响与结构振动卓越频率有关,提高车速并不意味振动冲击系数会增大;在相同的行车条件下,不同构件、不同截面的冲击系数有很大离散性,拱肋跨中截面的挠度冲击系数明显高于1/4跨中截面,主梁跨中截面的挠度冲击系数与1/4跨中截面的相差不大,端部的短吊杆张力冲击系数大于跨中的长吊杆;结构阻尼在经验范围内变动时,对冲击系数的影响不明显。     

在役大跨径曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析EI北大核心CSCD

为研究在役曲弦桁梁桥的动力性能和车桥振动响应,基于考虑跳车脱空时段的车桥耦合振动分析方法,进行在役曲弦桁梁桥车桥耦合振动分析。以122 m跨径彩虹桥为计算示例,建立桥梁有限元模型,分析桥梁动力特性,并计算空间车队过桥动力响应,探讨车速、车辆数量、车队分布及路面不平度等因素对在役曲弦桁梁桥动力响应的影响。结果表明:桥面系竖向刚度相对较弱,桥面局部振动易被激发;桥面竖向振动及各动力响应随着汽车数量、布载车道数量增加而显著增大;桥梁下弦跨中位移冲击系数超过规范设计值,桥面振动程度较大;车辆中、后轮易发生跳车,路面等级越高,发生脱空次数越多,在路面等级良好状态下汽车也会出现跳车现象。     

大跨度钢索和CFRP索斜拉桥车桥耦合振动研究

以跨度600m～1400m的大跨度斜拉桥为对象,应用考虑拉索侧向振动影响的车桥耦合振动分析方法研究了钢索和CFRP索斜拉桥的交通振动响应,比较了车辆计算模型、行车速度对计算结果的影响,并分析了斜拉桥的动力冲击系数。研究结果表明,大跨度斜拉桥主梁的振动响应以静位移和长周期振动成分为主,拉索局部侧向振动不明显,车辆计算模型对结构振动响应的影响十分有限,行车速度的提高增加了结构的动力系数,两种拉索材料对斜拉桥在车辆荷载下的振动响应影响很小,斜拉桥的动力系数离散性大且与构件类型有关。     

基于车-桥耦合振动的铁路钢管混凝土系杆拱桥冲击系数研究

为合理评估铁路钢管混凝土(concrete-filled-steel-tubular,CFST)系杆拱桥在移动列车荷载下的冲击系数,以我国高速铁路客运专线某计算跨径为136 m的钢管混凝土系杆拱桥为例,基于车-桥耦合振动的分析方法,建立了考虑桥梁桩-土效应的列车-桥梁动力相互作用模型,基于概率统计学假设检验方法,分析了2种车重、30组轨道不平顺、126种行车速度组合工况下系杆拱桥系梁、吊杆、拱肋的冲击系数。结果表明,系杆拱桥主要受力构件的冲击系数存在差异,其中拱肋的冲击系数最大,系梁的冲击系数次之,吊杆最小。冲击系数的概率分布服从极值I型,在95%的保证率下,算例系杆拱桥的系梁、吊杆和拱肋冲击系数分别约为1.05,1.04和1.08,均大于现有规范的取值。在进行大跨度高速铁路系杆拱桥设计时,应考虑对冲击系数进行必要的放大,以利于桥梁安全。     

大跨度提篮拱桥车桥耦合振动分析

目前国内外规范对桥梁设计关于桥梁刚度限值的规定只适用于单跨和多跨简支梁等小跨度常规桥梁,特殊结构桥梁都超出了目前我国各种规范和暂规所能涵盖的范围.提出了列车、大跨度提篮拱桥空间振动的有限单元分析模型,采用计算机模拟方法,计算了列车以不同车速通过该大跨度提篮拱桥的空间振动响应,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性,所得结果可供设计参考.     

700 m级钢管混凝土拱桥设计与建造可行性研究

以500 m级钢管混凝土拱桥的设计和成套施工技术为基础,对700 m级钢管混凝土拱桥的设计和建造技术进行可行性研究,确定总体设计和施工方案,较为详细地研究了拱肋制造和安装、管内混凝土灌注等关键技术。研究结果表明,建造700 m级的钢管混凝土拱桥已不存在技术门槛,综合考虑经济、安全等因素,是该跨径级别的强力竞争桥型之一,应尽早进行工程实践和推广。     

三主桁梁桥车桥耦合振动分析

相比传统的两片主桁的截面形式,采用三片主桁截面形式的桥梁力学性能和空间稳定性更好。根据列车桥梁时变系统的分析理论,分别建立列车和桥梁动力分析的有限元模型,采用计算机模拟的方法,研究列车以不同车速通过三主桁拱桥时车桥耦合系统的空间振动响应。所得结果可供设计参考。     

Concrete-Filled Steel Tube Arch Bridges in China

In the past 20 years, great progress has been achieved in China in the construction of concrete-filled steel tube (CFST) arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton. The span of these bridges has been increasing rapidly, which is rare in the history of bridge development. The large-scale construction of expressways and high-speed railways demands the development of long-span arch bridges, and advances in design and construction techniques have made it possible to construct such bridges. In the present study, the current status, development, and major innovative technologies of CFST arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton in China are elaborated. This paper covers the key construction technologies of CFST arch bridges, such as the design, manufacture, and installation of steel tube arch trusses, the preparation and pouring of in-tube concrete, and the construction of the world’s longest CFST arch bridge—the First Hejiang Yangtze River Bridge. The main construction technologies of reinforced concrete arch bridges are also presented, which include cable-stayed fastening-hanging cantilever assembly, adjusting the load by means of stay cables, surrounding the concrete for arch rib pouring, and so forth. In addition, the construction of two CFST skeleton concrete arch bridges—the Guangxi Yongning Yong River Bridge and the Yunnan–Guangxi Railway Nanpan River Bridge—is discussed. CFST arch bridges in China have already gained a world-leading position; with the continuous innovation of key technologies, China will become the new leader in promoting the development of arch bridges.     

重载列车过桥时桥梁的垂向动力分析

本文建立了具有6个自由度重载列车的车辆振动分析模型和重载铁路桥梁的梁段单元模型,通过轮轨接触处的位移协调条件与轮轨相互作用力的平衡关系建立了重载车辆-桥梁系统耦合运动方程,采用迭代求解,编制了重载铁路车-桥耦合振动分析程序。对影响重载铁路简支梁桥的跨中挠度的各种因素进行了分析,分析结果表明：列车的轴重、速度、加速度、减速度及轨道不平顺对重载铁路桥梁的跨中挠度和竖向加速度有着重要影响。     

高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响

为探讨高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的影响,以某1~490 m上承式钢桁拱桥为研究对象,采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,基于振型分解反应谱法基本原理,通过动力分析与静力分析相结合的方法,提出了高阶振型对大跨度钢桁拱桥地震反应的分离方法,在此基础上分析了主控振型对大跨度钢桁拱桥主拱圈纵向地震反应的影响规律。结果表明:同一振型对主桁下弦杆的同一位置不同内力分量的影响程度不同。同一振型对主桁下弦杆不同区域的同一内力分量的影响程度不同。从主桁下弦杆整体内力分布看,各阶振型对下弦杆的轴力、弯矩影响规律较为接近,但对剪力的影响明显不同。对于轴力和弯矩,在L/8区域~拱脚区域内,高阶振型的影响显著。对于剪力,在跨中区域~L/4区域,高阶振型的影响显著,且多阶振型共同作用效果明显。