移动荷载作用下三塔悬索桥的强迫振动研究

针对泰州大桥开展结构动力特性计算,分析了不同移动速度以及不同移动荷载大小对于三塔两跨悬索桥结构动力响应的影响。结果表明,三塔两跨悬索桥的一阶竖弯振动基频约为0.08 Hz,远低于载重汽车的固有频率,不会形成共振条件。简单的移动荷载作用下三塔两跨连续支承悬索桥的内力、位移响应与同等静力荷载作用效果比较接近。移动荷载的质量越大、速度越大,结构的内力、位移响应就越大,并与车重呈近似正比例关系。结构内力、位移的荷载放大系数不随移动荷载质量的大小而改变。     

车桥耦合下钢桥面沥青铺装层动力响应研究

为了研究钢桥面沥青铺装层的动力响应,将车辆车体看成刚体并以匀速进行运动,车辆悬架与车轮均视为由弹簧和阻尼器所组成,将桥面沥青铺装层和钢板视为双层连续粘弹性薄板,并以铺装层表面不平度作为系统的附加激励,车辆和桥面铺装层间采用点接触模型,最终建立车辆-沥青铺装层-钢桥耦合动力学模型,进而采用Wilson-θ法求解系统方程组。在此基础上,应用Fortran语言实现模型的计算,并结合现场测试结果验证程序的准确性和可靠性。研究结果表明:对于钢桥面沥青铺装层,移动车辆产生的动力效应显著,随着后轴轴重的增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力呈线性增加;随着行车速度增加,铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间的最大剪应力上下波动变化,但两者均在60 km/h的行车速度下数值达到最大;桥梁跨径和桥面宽度对铺装层表面应变幅值和铺装层与钢板间最大剪应力的影响较为显著,桥梁跨径的影响尤为明显。     

考虑车桥耦合效应的大跨悬索桥钢-混组合梁疲劳损伤评估

为了研究不同疲劳车辆荷载作用下大跨度悬索桥钢-混组合梁的疲劳寿命,以及在考虑车桥耦合效应变化时运营期内钢-混组合梁疲劳损伤累积变化规律,以某主跨720 m的悬索桥为例进行了分析。基于局部梁段有限元模型静力分析确定了疲劳细节关注点,得出相应的应力集中系数;利用P-M及CDM两种评估模型对疲劳荷载模型Ⅲ、AASHTO规范标准疲劳车及河北省疲劳荷载谱三类疲劳车辆荷载作用下的疲劳损伤度及疲劳寿命进行了评估;考虑车桥耦合动力效应分析了车辆载重量、行车速度、桥面铺装恶化及未来交通量增长对结构运营期内的疲劳损伤累积的影响。结果表明,该类钢-混组合梁悬索桥疲劳状态评估最不利梁段为1/8跨处,易发生疲劳破坏的节点为靠近吊点位置的主梁顶板与腹板连接处。疲劳荷载模型Ⅲ与当地疲劳荷载谱作用下的疲劳损伤量比较接近,AASHTO疲劳车作用下的损伤累积量明显低于另外两类。不同部位疲劳细节关注点的累积损伤量变化趋势与速度的关系不太明确,行车载重量、交通量增长以及桥面铺装恶化均加速疲劳损伤累积的增长。     

曲率半径对曲线箱梁桥车辆荷载作用下冲击效应的影响

针对复杂的车桥耦合振动问题,桥梁结构采用三梁式模型进行离散,首先基于ANSYS提出了简便的分离迭代解法,给出了该问题的详细推导过程和计算步骤,同时通过现场试验对所提出的方法进行了验证。通过快速傅里叶逆变换采用三角级数方法模拟了桥面不平度及其速度项,考虑车辆在曲线梁桥上的行驶偏心,分析了曲率半径和车速对曲线梁桥冲击效应的影响。结果表明:曲线梁桥的位移和内力动力放大系数大于直线梁桥的,且不同位置不同项目的内力和位移之间的动力放大系数的数值差别很大。内力和位移的动力放大系数对曲率半径的变化的敏感性各不相同,当曲率半径小于某个特征值后,动力放大系数变化很大。     

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。     

Assessment of the relationship between the international roughness index and dynamic loading of heavy vehicles

Due to imperfect surface profiles, heavy vehicles moving at high speed on flexible pavement structures oscillate in the vertical axis. This phenomenon induces dynamic loads, which oscillate at lower and higher values than the average load associated with static load considered with most pavement analysis and design applications. Higher loads applied to flexible pavements are likely to significantly reduce pavement service life. A new multibody dynamic truck model was used to study heavy vehicle wheel load for various pavement profiles of varying international roughness index (IRI). The modelled heavy vehicle wheel load response were used to calculate the dynamic load coefficient, and a relationship with IRI was proposed. On the basis of this relationship, the evolving pavement surface profile, and thus evolving IRI, was used to determine the evolution of dynamic loading with pavement life. A comparison of pavement service life for the classical static loading and for dynamic loading was made for three highway flexible pavement structures. When dynamic loads are considered, it was found that the pavement service life reduction may be reduced of about 29 and 20% for bottom-up fatigue cracking and structural rutting failure criteria.     

时速400 km/h铁路常用跨度预应力混凝土简支梁竖向基频限值研究

建立有限元模型,计算常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,以设计荷载对桥梁的动力效应不小于运营列车对桥梁的动力效应为准则,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型,得到常用跨度简支箱梁在列车作用下的动力系数;在综合分析桥梁动力响应与列车类型、运营速度、桥梁竖向基频关系的基础上,提出了时速400 km/h常用跨度预应力混凝土简支箱梁的竖向基频限值。研究表明:通过调整车长与桥梁跨度之比可避开基阶振型的共振,有利于行车安全;在车长25 m左右的列车作用下,跨度24 m、32 m和40 m的预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频限值取125/L、155/L和90/L时,可以有效地降低梁体动力响应。     

Dynamic analysis of bridge–vehicle system with uncertainties based on the finite element model

A new method of dynamic analysis on the bridge–vehicle interaction problem considering uncertainties is proposed in this paper. The bridge is modeled as a simply supported Euler–Bernoulli beam with Gaussian random elastic modulus and mass density of material with moving forces on top. These forces are time varying with a coefficient of variation at each time instance and they are considered as Gaussian random processes. The mathematical model of the bridge–vehicle system is established based on the finite element model in which the Gaussian random processes are represented by the Karhunen–Loéve expansion and the equations will be solved by the Newmark  -β$\beta$ method. The proposed method is compared with the Monte Carlo method in numerical simulations with good agreements for cases with different vehicle speed and level of uncertainties in the excitation and system parameters. The mean value and variance of the structural responses are found to be very accurate even with large uncertainties in the excitation forces. The proposed method is also found to have superior performance in the computational efficiency compared with the Monte Carlo method.     

考虑激励随机过程性的桥面行车安全可靠度分析

探讨脉动风和路面粗糙度的随机过程性对行车安全可靠度的影响,研究同时考虑平均风的随机性和脉动风的随机过程性的行车安全概率评价方法。采用经典动力可靠度理论分析随机过程性的影响。研究结果表明：侧风环境下桥面行驶汽车的支撑力响应是弱非平稳过程,可以采用经典动力可靠度理论研究行车安全可靠度。车速高时,随机过程性的影响较大;以桑塔纳为代表的小汽车受随机过程性的影响程度比箱式货车的大;随机过程性的影响程度还与动力可靠度曲线和平均风速概率密度函数的风速范围有关。     

基于影响线的桥梁移动荷载识别

以桥梁不同截面动应变响应为对象,进行移动荷载识别研究。通过寻找应变曲线峰值点识别车辆行驶速度、轴数、轴距,并采用影响线拟合动应变响应的思路识别车辆各轴轴重。结合车-桥耦合振动模拟计算,对桥梁移动荷载识别问题进行数值仿真分析。     

曲线箱梁桥的车桥相互作用分析

针对公路和城市立交中的曲线箱梁桥,基于剪力柔性梁格法建立了曲线箱梁的梁格模型,进行了车桥相互作用分析。采用三角位移函数,基于平衡法推导了一种新型曲梁单元。利用曲梁的力-位移关系,得到了极坐标下空间曲梁单元的刚度矩阵和一致质量矩阵。根据拉格朗日定理,建立了7自由度空间车辆模型。采用逆傅立叶变换法,由功率谱密度生成了4种等级的桥面不平度。数值仿真了一混凝土单箱双室曲线连续箱梁桥的动力特性和车桥相互作用,并分析车辆横向位置、车速、桥面不平度、曲率半径等因素对桥梁冲击系数的影响。结果表明:该曲梁单元简便、实用,所建立的曲梁梁格模型可以准确地模拟曲线箱梁桥的车桥相互作用。     

铁路简支梁桥竖向共振影响因素的分析

采用车-桥系统模型,对影响铁路简支梁桥竖向共振的各种因素进行了分析。分析结果表明:列车静轴重荷载是引起简支梁桥竖向共振现象的主要原因,而其它因素(如桥梁本身的跨度、刚度及阻尼,车辆的长度、轮对的质量、悬挂弹簧的刚度和阻尼等)对桥梁竖向共振的发生和发展也有着重要的影响。     

铁路桥梁与高速列车的动力试验研究

在我国秦沈客运专线狗河大桥进行了高速列车作用下的动力试验。试验桥梁由跨度24m的多跨预应力混凝土简支箱梁构成,试验荷载为我国自行制造的中华之星和先锋号列车,其最高试验速度分别达到321.5km/h和290km/h。通过现场试验和实验结果分析,得到了桥梁的频率、阻尼等自振特性,梁的动挠度和横向位移、梁体振动加速度、墩顶横向位移等动力响应,以及车辆的脱轨系数、轮重减载率、轮轨力、车体振动加速度等动力特性。试验结果表明客运专线24m预应力混凝土箱梁在高速列车作用下的各项动力学指标良好,中华之星和先锋号高速列车具有良好的行车安全性和平稳性。     

某大跨悬索桥风振响应的现场实测与理论对比分析

结合东海某大跨悬索桥的健康监测系统,同步实测了桥面处的风速以及加劲梁和吊索的风振加速度响应,采用统计方法及频谱分析对结构响应的长期实测数据进行了分析,探讨了结构构件风振响应的实际特性;同时将强风作用下加劲梁响应的实测值与抖振分析的理论结果进行了对比研究。结果表明,加劲梁的RMS响应与垂直桥面平均风速基本呈线性关系,加劲梁的响应以低频为主,其动力特性随风速的增大变化不大;吊索的振动主要是高频的涡激振动,同时迎风侧的吊索响应要明显高于背风侧吊索响应;由于大跨度悬索桥抖振响应计算和实测过程受大量复杂和不确定因素的影响,理论分析结果要明显大于实测值。     

大跨度连续拱桁组合钢桥空间振动分析

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法,将车轿作为联合动力体系,以一座跨径布置为１４４＋１９２＋２６４＋１９２＋１４４ｍ的连续拱桁梁桥为研究对象,对高速列车过桥时空间振响应进行了分析,,着重研究了列车速度变化时桥梁的挠度,车辆舒适度及脱轨安全度的影响,并对列车运行走进行了评价。     

基于监测数据的钢箱梁U肋细节疲劳可靠性分析

针对某悬索桥钢箱梁疲劳开裂严重,基于WIM动态称重系统采集的数据,对该桥通行车辆的车型、轴距、轴重、总重、是否超载进行了统计,明确了该桥交通荷载特征及各车道随机车流差异性,依据实桥动应变监测数据,运用雨流计数法及Palmgren-Miner线性损伤累积理论,获得了运营状态下各车道的疲劳应力谱,基于均匀设计-径向基神经网络-重要蒙特卡罗法（UD-RBF-IMC）相结合的算法,运用线弹性断裂力学对U肋对接焊缝疲劳可靠性进行了评估,研究了交通量及轴重增长对疲劳可靠度的影响规律。研究结果表明:该桥疲劳车型可简化为V2~V10共9类,左、右幅V2车型的总重均为单峰偏态分布,超载率不到4%,V3~V10车型的总重均为多峰分布,超载率大于30%,最高达69%;重车道V2~V10车型的比例明显高于其他车道;温度日变化对疲劳应力谱的影响较小,采样频率对应力谱的影响较为显著,不宜小于50 Hz;结合UD、RBF、IMC算法各自的优点,有效提高了基于监测数据的钢箱梁细节疲劳可靠度指标的求解精度和效率;轴重增长系数对疲劳可靠度的影响明显大于交通量增长系数,在运营期间除控制交通量外,还需重点控制重车比例和超载率;当交通量增长系数为3%,轴重增长系数为0.6%时,1#测点疲劳寿命仅为74年;超车道重载卡车数量较少,高水平应力循环较少,疲劳寿命较长,而快车道和重车道重载卡车较多,高水平应力循环较多,存在疲劳开裂风险,需重点关注。     

多个移动车辆作用下简支梁的动力响应分析

将简支梁桥简化为欧拉-伯努利梁模型,考虑四自由度车辆移动系统与结构表面接触处不平顺产生的随机激励,建立了多个移动车辆振动系统与梁的耦合动力效应模型。在数值算例中,计算了不同模态截断阶数情况下由动力效应产生的挠曲线;讨论了移动速度变化时,在梁上作用不同荷载组合情况下冲击系数的变化规律;并讨论了跨径变化时冲击系数的变化规律;最后比较了在不同等级平整度情况下梁的动弯矩、动剪力的结果。     

A dynamic programming method for analysis of bridges under multiple moving loads

A dynamic programming (DP) method is presented for analysis of statically determinate and indeterminate bridges subjected to moving loads such as those specified by the American Association of State Highway and Transportation Officials (AASHTO) specifications. These loads consist of uniform lane loading, two-axle truck loading and two-axle truck plus one-axle semitrailer loading. The solution of the DP problem is based on the use of influence line diagrams and extremum functions. Recurrence formulae have been developed for various types of AASHTO live loads. The procedure presented in this article is quite general and can be applied to any type of structures with linear behaviour and any type of moving loads. Six examples are presented: a simply-supported beam, a simply-supported Pratt truss, an arch bridge, a continuous Pratt truss, a continuous frame and a cable-stayed bridge.     

由车激响应识别桥梁损伤的灵敏度方法

提出了由过桥汽车激励所产生的动力响应识别桥梁损伤的灵敏度方法。将桥梁等效为等长的欧拉梁单元,汽车等效为两自由度五参数模型,用桥梁损伤因子定义单元抗弯刚度的减小(即损伤的程度)。由损伤因子零向量的假设开始,桥梁损伤可以根据最小二乘法和正则化方法用测试得到的桥梁动力响应识别得到,在数值模拟中考虑了测试误差和路面不平顺的影响。算例表明,提出的识别方法理论正确,识别得到的结果可信,可以有效地、方便地识别桥梁的损伤。     

苏通大桥钢箱梁吊装专用设备研究与应用

苏通大桥为主跨1 088 m的钢箱梁斜拉桥,钢箱梁分为5部分:辅助跨、边跨及索塔区大块梁段,悬拼标准梁段,边、中跨合龙梁段.大块梁段在工厂组拼,用大型浮吊安装.由于通航净空高,传统桁架结构吊具难以满足国内现有浮吊吊高与吊重要求,所以提出苏通大桥超大、超重钢箱梁节段轻型吊索具结构,并介绍了吊索具设计与使用要点.标准梁段采用桥面吊机悬臂安装.由于主粱节段宽且重,加上桥区恶劣的气象和水文条件,以及斜拉索长索梁端牵引需要,对桥面吊机结构和性能提出了较高要求.介绍了苏通大桥集梁段吊装和拉索安装功能为一体的桥面吊机设计与使用要点.