环境温度和边界条件对混凝土梁式桥自振频率影响研究

以北京市门头沟地区新建的一座简支梁桥和一座连续梁桥为例,将实测数据、理论分析和有限元模拟相结合研究了环境温度和边界条件对混凝土梁式桥自振频率的影响。分别对两座桥梁进行了24 h的实时监测,每隔一小时采集环境温度、自振频率、伸缩缝宽度等数据。从理论上分别分析了简支梁和连续梁自振频率的影响因素。针对分析结果,用有限元模拟了温度影响下橡胶支座刚度变化、伸缩缝不能正常伸缩和混凝土弹性模量随温度变化这三种情况下桥梁的工作状态,并与实测结果进行对比。结果表明,自然状态下橡胶支座刚度的变化对混凝土梁式桥的自振频率几乎没有影响。混凝土弹性模量的变化、伸缩缝的工作状态都会影响桥梁的自振频率,但对不同结构形式的桥梁影响权重不同。     

地震作用下斜交简支梁桥桥面旋转反应的参数分析

地震引起的斜交简支梁桥桥面面内旋转不仅增大了梁体的纵、横向位移,而且增加了梁体与边界碰撞的几率。为研究地震作用下斜交简支梁桥桥面的旋转反应,利用OpenSees地震仿真模拟平台,建立考虑梁体与桥台间纵向碰撞、梁体与挡块间横向碰撞效应的斜交简支梁桥简化动力计算模型,分析梁体与桥台间纵向碰撞刚度、伸缩缝间隙、梁体与挡块间碰撞刚度、初始间隙、挡块力学特性等对斜交简支梁桥桥面旋转的影响。结果表明：纵向碰撞刚度、伸缩缝间隙、梁体与挡块间初始间隙对斜交简支梁桥桥面转角的影响较大,而横向碰撞刚度对桥面转角的影响相对较小;梁两端锐角区设置纵向垫块对减小桥面转角和纵向位移有较好的效果;设置弹塑性挡块能有效控制桥面的震致转动,减轻挡块的横向受力。     

先简支后连续桥梁施工技术的运用

梁式桥是指用梁或桁架梁做主要承重结构的桥梁，在众多梁式桥里，简支梁桥是最古老，应用最广泛的桥型。它的构造较为简易，便于施工．能适应地基的沉降。由于它的这些特性，中小型跨径梁桥都有简支梁桥的身影。可是，由于简支梁桥桥面本身存在伸缩缝，车辆前行时往往会发生颠簸。为了改善这种情况，修建了多种形式的桥面连续简支梁桥，大大提高了行车的平稳性。它结合简支梁式桥的批量预制生产与连续梁的优越性，以板和梁的批量预制生产成功推动连续梁的建设。     

铰接板桥交通振动与声辐射算法及影响因素研究

铰接板桥是中国城乡公路桥梁中广泛采用的一种桥型,其在车辆作用下的振动,以及由此导致的结构声辐射问题对于桥梁周边的声环境具有较大影响。因此,针对铰接板桥的交通振动与噪声问题,提出了对应的分析方法并进行了验证。首先提出了该类桥型的车桥耦合振动高效算法,对各梁板建立独立的单梁模型,用铰接板梁法模拟各梁板之间的相互作用,由此实现车轮荷载在各梁板间的横向传递。然后用边界元法计算桥梁结构的声辐射,引入振动分析得到的桥梁振动速度,获得结构周边的声场。最后,用实际桥梁交通振动与声辐射实验进行了验证。基于当前方法,讨论了该类桥梁结构声辐射的影响因素。结果表明,加强横向联系、减小桥面粗糙度、采用无伸缩缝的连续桥面是降低结构声辐射的有效途径。     

一种基于桥梁变形后构形的车辆—柔性桥梁竖向耦合模型

基于车—桥振动桥梁变形后的构形,建立了考虑桥梁变形的车—桥耦合模型。类似于结构抗震分析中,将地震作用下结构的动位移分解为拟静力位移和结构动位移,本文将车辆的运动分解为整体顺着桥面运行和相对自身局部系统的振动。以单轴车辆—简支梁桥为例,建立了基于桥梁变形后构形的车—桥系统竖向振动方程。最后,通过简支梁数值算例对由于桥梁变形产生的附加力进行了分析和研究。     

拉索对斜拉桥竖向频率的影响研究

基于漂浮式独塔斜拉桥三梁离散弹簧动力学模型,对拉索对斜拉桥竖向振动频率的影响进行了研究。该模型将斜拉索简化为无质量弹簧,将桥塔视为考虑轴力影响的欧拉柏努利梁;同时,将桥面与桥梁交接处截开为两根欧拉柏努利梁。然后基于传递矩阵法基本理论,以长沙某独塔斜拉桥为研究对象,计算了斜拉桥的自振频率和模态,从而基于频率对斜拉桥的竖弯刚度进行评估。最后对普通钢索被替换为CFRP斜拉索后对桥梁整体竖弯刚度的影响进行了研究分析。结果表明,利用所提出的模型可以很好地评估斜拉桥的整体竖弯刚度,并且将钢质拉索更换为CFRP斜拉索能不同程度地提高斜拉桥的整体刚度。     

单囊式空气弹簧参数计算

建立了带辅助气室单囊式空气弹簧的力学模型,推导出了空气弹簧垂向刚度和自振频率的计算公式。     

考虑桩-土相互作用的多年冻土区多跨简支梁桥地震响应分析

为分析青藏铁路多年冻土区多跨简支梁桥地震响应情况,建立了一座10×32m箱形多跨简支梁桥三维全桥模型,以等效基础弹簧考虑桩-土相互作用;以具有初始间隙的并联弹簧-阻尼单元模拟伸缩缝两端结构的碰撞,研究了冻土融化深度、行波效应及碰撞效应对多跨简支桥梁结构地震响应的影响。结果表明:随着融土下限加深,等效基础弹簧刚度明显减小,在强地震动作用下,桥梁结构易发生落梁、桥墩倾覆等震害;当相邻碰撞体的相向位移超过伸缩缝宽度时两者发生碰撞,碰撞次数及碰撞力随地震动视波速及行进距离不同而不同,在行波波速较低且行进距离较小时碰撞效果明显,对桥梁地震响应影响较大,极易导致落梁;此外桥台对结构地震响应亦有显著影响。在对多年冻土区多跨简支梁桥抗震性能进行评估时,应特别重视夏季地震动低速行波时可能发生的震害。     

桥梁结构边界条件变异对固有振动特性的影响分析

针对实际桥梁结构复杂的边界条件，分析其对结构固有振动特性的影响因素。采用解析的方法分析简支梁在纵向不同程度的约束效应，以及简支梁、连续梁支承处不同刚度弹性扭转约束对结构自振特性的影响，并提出利用有限元分析来考虑复杂结构的边界条件变异影响的方法。最后以重庆轻轨PC梁以及一中承式拱桥的实测及计算固有频率结果验证了实际边界条件变化对固有频率的显著影响。     

无背索斜拉桥竖弯刚度评估模型与方法研究

基于斜拉桥中拉索对桥面梁起弹性支撑作用的受力特点,针对无背索斜塔斜拉桥提出一个新的双梁离散弹簧动力学模型。该模型将斜拉索简化为无质量弹簧,将桥塔和桥面梁视为考虑轴力影响的欧拉柏努利梁。然后基于传递矩阵法基本原理,推导得到了无背索斜塔斜拉桥成桥状态竖弯刚度评估方法的基本理论。最后以长沙市洪山大桥为算例,计算了其成桥状态时的自振频率和模态,并对普通钢索被替换为CFRP斜拉索后对桥梁整体竖弯刚度的影响进行了研究分析。结果表明,提出的模型能很好地评估无背索斜塔斜拉桥的竖弯刚度。另外,相比于传统钢拉索,CFRP斜拉索能不同程度地增加无背索斜塔斜拉桥的整体竖弯刚度。     

桥面板约束条件对钢筋混凝土拱桥力学性能影响的试验研究

针对某服役30余年的六跨钢筋混凝土拱桥制作了有机玻璃单跨缩尺模型,考虑桥面板不同约束情况(连续和分段)对拱桥模型开展了静、动力力学性能的试验研究。讨论了不同桥面板约束条件对结构静、动力力学性能的影响。研究表明,桥面板的约束情况对结构的刚度有很大程度的影响,桥面板约束越强,结构的频率越高,结构的动力性能越好;桥面板的约束情况对结构水平向动力特性(包括频率和振型)的影响高于竖直方向;桥面板中部的约束情况对整个结构基本频率的影响最为显著。通过试验结果与原型观测结果的比较,确定了能够较好反映原型结构力学性能的模型结构;为进一步开展钢筋混凝土拱桥损伤识别的模型试验和理论分析研究建立了基础。     

Analytical solutions for free and forced vibrations of a multiple cracked Timoshenko beam subject to a concentrated moving load

An analytical approach for evaluating the forced vibration response of uniform beams with an arbitrary number of open edge cracks excited by a concentrated moving load is developed in this research. For this purpose, the cracked beam is modeled using beam segments connected by rotational massless linear elastic springs with sectional flexibility, and each segment of the continuous beam is assumed to satisfy Timoshenko beam theory. In this method, the equivalent spring stiffness does not depend on the frequency of vibration and is obtained from fracture mechanics. Considering suitable compatibility requirements at cracked sections and corresponding boundary conditions, characteristic equations of free vibration response are derived. Then, forced vibration response is treated under a moving load with a constant velocity. Using the determined eigenfunctions, the forced vibration response may be obtained by the modal superposition method. Finally, some parametric studies are presented to show the effects of crack parameters and moving load velocity.     

外接式组合桁架节点初始转动刚度研究

新建银西线铁路渭河特大桥主桥为4×60 m钢桁腹-混凝土连续箱梁桥,考虑本桥型中半刚性节点转动性能不明确的问题,该文讨论了对外接式组合桁架节点初始转动刚度及其对桥梁受力性能的影响。首先定义了节点域,然后通过传力路径分析将节点域简化成弦杆、PBL剪力键群以及外露节点板三个有效力学组件,利用组件法原理推导出了各有效力学组件的弹簧刚度表达式,得到节点的初始转动刚度函数表达式。建立了节点有限元模型,并将数值结果与理论结果相比较,验证了模型的有效性以及理论分析的正确性。此研究成果为后续外接式节点的弯矩-转角曲线研究奠定了基础。     

轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动特性分析

采用改进傅里叶级数展开建立了轴向载荷条件下弹性边界约束梁结构振动分析模型。通过在梁结构两端引入平动和旋转位移约束弹簧,相应设置约束弹簧刚度系数可以实现对任意边界条件及其组合的模拟。梁结构振动系统位移场采用傅里叶级数附加边界光滑函数进行构建,利用能量原理建立轴向载荷作用下梁结构总动能、总势能和外力做功项,并结合瑞利-里兹步骤获得系统特征矩阵方程。通过数值算例,验证了该模型对不同边界条件、轴向载荷作用下梁结构振动特性分析的正确性与可靠性。在此基础上,研究了边界约束弹簧横向刚度、旋转刚度、轴向载荷等系统参数及激振力对梁结构振动特性的影响。该模型具有高效、高精度等特点,为研究轴向载荷作用下复杂边界条件梁结构振动行为提供了有效分析手段。     

Structural performance of composite sandwich bridge decks with hybrid GFRP–steel core

This paper presents the static and fatigue performance of composite sandwich bridge decks with hybrid GFRP–steel core. The composite sandwich bridge deck system is comprised of wrapped hybrid core of GFRP grid and multiple steel box cells with upper and lower GFRP facings. Its structural performance under static loading and fatigue loading with a nominal frequency of 5 Hz was evaluated. The responses from laboratory testing were compared with the ANSYS finite element predictions. The failure mode of the proposed composite sandwich bridge deck was more favourable because of the yielding of the steel tube when compared with that of all-GFRP decks. The ultimate failure of the composite sandwich deck panels occurs by shear of the bonded joints between GFRP facings and steel box cells. Results from fatigue load test indicated no loss in stiffness, no signs of de-bonding and no visible signs of deterioration up to 2 million load cycles. The thickness of the composite sandwich deck retaining the similar stiffness may be decreased to some extent when compared with the all-GFRP deck. This paper also presents design of a connection between composite sandwich deck and steel girder.     

有偏心桥梁断面气动导数识别的分段扩阶最小二乘迭代法

应用拉格朗日方程,建立了风洞中弹性悬挂的二自由度桥梁节段模型质心的竖向和扭转运动方程,所建立的数学模型考虑了无风时竖向阻尼力中心和弹性中心与质心的偏心。提出了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。给出了无风时偏心节段模型物理参数及模态参数的识别方法,并用于无偏心平板模型和有偏心桥梁节段模型的气动导数识别。风洞试验表明,方法有效可行。     

集装箱船水弹性分析

本文提出利用三维势流理论和薄壁梁理论计算大开口集装箱船的水弹性问题。水动力学边值问题的边界积分方程采用高附等参边界元方法，而结构简化为考虑翘曲、剪切及剖面转动，以及货舱大开口和抗扭箱（甲板梁）影响的薄壁梁有限元模型。计算结果与实验研究比较表明，这种方法具有较高的计算精度和计算效率。     

改进傅里叶方法在梁结构振动特性分析中的应用

研究了一般边界条件下Euler-Bernoulli梁的振动特性。首先基于改进傅里叶法建立了梁结构的位移函数表达式,其中位移函数被表示为傅里叶余弦级数展开式与辅助多项式函数的叠加,其后基于最小势能原理建立拉格朗日方程,并通过Rayleigh-Ritz法进行求解,得到其固有模态及强迫振动响应。通过讨论旋转方向和横向弹簧刚度取值对计算结果收敛性的影响,验证了本方法的数值稳定性,得到用于模拟经典边界条件的弹簧刚度值。通过将本文计算结果与有限元法对比,验证了本方法的有效性。在此基础上对一般边界条件下梁结构受迫振动的响应特性进行了研究,讨论了弹簧刚度值等参数对梁结构振动特性的影响规律。