考虑区分车辆运行状态的桥梁车载统计分析及模拟

动态称重系统作为桥梁结构健康系统的重要组成部分之一,能提供丰富的车辆荷载监测数据,在此基础上建立能反映实际交通状况的车辆荷载模型,对桥梁结构的安全评估、车致疲劳分析等具有重要意义。提出一种能考虑区分车辆运行状态的随机车流模拟方法和流程,在车辆荷载统计分析过程中通过各时段的车流量密集程度区分车辆运行状态,针对不同运行状态,引入单峰和多峰概率分布模型,对车重、车速、车间距等车辆荷载统计参数进行概率拟合,通过K-S检验获得车辆荷载参数的最优概率分布;通过Monte Carlo抽样模拟随机车流,进而分解为随机加载流;基于某实际桥梁的车辆荷载监测数据,对车辆荷载模拟方法的合理性进行验证。结果表明：采用区分车辆运行状态模拟的随机车流对桥梁结构进行加载,获得的钢箱梁跨中底板应力幅值和应力循环次数与实际车流加载结果接近。相比之下,如果不考虑区分车辆运行状态,得到的应力幅值和循环次数都明显小于实际车流的加载结果,这对于桥梁结构的车致疲劳分析偏于危险。     

南昌新八一大桥健康监测预警指标计算分析

为了保证桥梁健康监测系统的有效性和及时性,给桥梁管理者提供维修及加固的依据,以南昌市新八一大桥为工程背景,在有限元数值模拟结合传感器监测数据的基础上,建立了多指标并行预警的结构预警体系,阐述了预警指标、预警阈值和预警流程,并重点对索力、关键部位应力和挠度、疲劳车辆荷载、固有频率变化率等预警指标进行了计算分析。应用结果表明,在当前荷载作用下新八一大桥的各项预警指标的结果都正常,满足使用要求。     

汽车荷载作用下桥梁冲击系数影响规律研究

以三跨连续箱梁桥为研究对象,建立了桥梁模型和车辆模型从而组成车桥耦合动力模型,并对车辆荷载作用下桥梁结构的冲击系数进行研究分析。研究表明:增加横向车道数可以使桥梁的冲击系数增大,纵向距离越大桥梁冲击系数越小;车辆在制动状态下的桥梁冲击系数明显大于车辆匀速状态时的冲击系数,并且车辆在桥梁中跨前半部分制动时,动力冲击系数要大于后半跨;车辆在跳车冲击作用下,桥梁跨中冲击系数明显增大,且在跨中跳车时,桥梁动力冲击系数为最大。     

公路桥梁限载标准安全性分析

以山东省某预应力混凝土空心板桥为依托,系统验证已有桥梁限载分析模型的工程安全性。首先,根据该桥结构设计资料,按《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》设计汽车荷载进行承载能力检算,验证桥梁是否达到设计要求;在此基础上,针对不同的限载安全等级,按设计采用的车辆横向布载模式,计算典型限载车辆荷载作用下的荷载效应与跨中挠度;与设计汽车荷载产生的荷载效应和跨中挠度进行对比,检验所提限载取值对该类桥梁的工程安全性。计算结果表明,与安全等级一级和二级对应的典型限载车辆,可以满足安全等级一级、二级和三级的承载能力要求;与安全等级三级对应的典型限载车辆,可以满足安全等级一级、二级和三级的正截面承载能力要求,但不能满足安全等级一级的斜截面抗剪承载力要求。     

基于静载试验的桥梁结构性能检测分析与研究

桥梁静载试验是检测桥梁结构工作状态最直接、最有效的方法和手段.以实际工程为依托,通过变换试验车辆在桥面纵向位置以保证荷载效率在规定的范围内,挠度测点布置在具有代表性的梁底跨中截面处,选取反映桥梁设计的最不利受力状态,对公路桥梁进行上部结构静载试验,根据实测数据,对桥梁结构的技术状况、使用条件和承载能力进行评定.通过试验得出:主梁跨中截面竖向刚度、混凝土结构强度能够满足使用要求,个别主梁残余变形相对较大,弹性变形安全储备较低.     

混凝土桥梁变形安全监控模型研究

根据长期监测数据建立混凝土桥梁的监控模型,将监测效应量分解为车辆荷载分量、温度荷载分量以及时效分量,通过绘制各分量趋势线以定性分析和评价桥梁的健康状况,将实测值和模型的拟合值进行拟合优度检验进而确定模型精度,该方法在海儿洼大桥工程中进行了实例应用。结果表明:分离出监测效应量的显著影响因子,利用显著影响因子变化趋势能够直观反映出桥梁劣化和健康状况,就可以准确评价桥梁健康状态并找到影响桥梁健康因素的根源所在。     

CFRP加固前后桥梁构件超载疲劳试验研究

为了精确评估桥梁服役期间超载运营引发的疲劳损伤和失效风险,在对车辆荷载调查的基础上开展了采用碳纤维布 (CFRP) 加固前后桥梁构件的疲劳试验,分别模拟了一般超载运营、严重超载运营和组合超载运营状态,测试了结构构件超载运营后的承载能力,并对超载运营中的截面应变、裂缝形态、最大裂缝宽度和挠度等参数随超载循环次数的变化规律进行了监测.试验表明：超载运营对桥梁结构的影响主要以疲劳损伤的形式体现,且影响结构的变形能力;单纯衡量结构构件的承载能力不能反映结构的真实服役状态.在模拟超载的低周高应力循环作用下,截面应变随着疲劳次数的增加而持续增长,可近似满足平截面假设.超载运营下桥梁构件的疲劳性能应以钢筋应变和跨中挠度为主要控制指标.     

特重车交通荷载作用下大跨拱桥动力响应分析

为研究特重车交通荷载工况作用下大跨拱桥的动力响应特点,以河北省宣大高速公路上某大桥的动态称重系统所采集的近3年的交通数据为基础,定义并提取了特重车的交通荷载工况,进而分析了不同类型特重车交通荷载工况所占比例及每个特重车交通荷载工况车辆总质量的分布规律。利用随机车流-桥梁耦合振动分析软件计算了大跨拱桥在特重车交通荷载作用下的空间动力响应,并与新旧桥梁规范中的设计车辆荷载对应的响应进行了对比。结果表明：新规范对拱桥关键部位的设计荷载定义更为保守,实测的交通荷载工况中仅有极少数特重车交通荷载工况对应的响应超过了设计车辆荷载对应的响应;对于该大跨拱桥,新桥梁规范中的设计车辆荷载能够较充分地考虑大部分特重车交通荷载作用对桥梁结构整体受力产生的不利影响。     

大跨径连续梁多工况车桥耦合振动规律分析

为研究公路桥梁在各种复杂车辆行驶工况下的车桥耦合振动响应,提出基于ANSYS单一环境下的数值分析方法,通过APDL编程语言实现ANSYS环境下桥梁与车辆独立模型间的耦合关系并得到振动时程响应曲线。通过与相关参考文献对比验证该方法的正确性,并研究了一座大跨径连续梁桥在车辆同向行驶、反向行驶两种常见工况下全桥所有截面的车桥耦合的振动响应,总结挠度、弯矩冲击系数沿桥梁纵向的变化规律。结果表明,挠度(弯矩)冲击系数沿全桥各截面变化规律复杂,其数值与车速和对应截面均有密切关联,桥梁支点处易产生突变,跨内变化较光滑,中跨跨中附近出现拐点,挠度(弯矩)效应大小与冲击系数呈反比趋势,不能采用简单函数进行回归拟合。     

一种混凝土箱梁桥的可靠性评估方法

为评估混凝土箱梁桥正常运营期间的安全状态,基于桥梁健康监测数据与可靠度理论,以混凝土抗拉强度标准值为抗力,车辆荷载响应和竖向温度梯度荷载响应为荷载效应,建立正常使用极限状态方程.对于实桥监测的综合荷载应变响应,利用经验模态分解方法提取箱梁顶底板应变响应的温度趋势项,并对车辆荷载响应和竖向温度梯度响应进行概率密度函数拟合;对非正态分布的荷载效应当量正态化,计算最不利组合下箱梁跨中截面顶底板的失效概率.结果表明:监测的车辆荷载响应和竖向温度梯度荷载响应的概率密度函数均不满足正态分布,采用广义极值分布具有较好的拟合效果;箱梁顶底板的失效概率均小于1%,并在车辆荷载和竖向温度梯度的共同作用下,底板的失效概率显著升高.     

车 - 温度荷载耦合作用下悬索桥钢桥

针对传统悬索桥钢桥面板疲劳寿命评估方法忽略了温度荷载影响的问题,提出考虑车辆和温度 荷载耦合作用下悬索桥钢桥面板疲劳耐久性评估方法。以南溪长江大桥为工程背景,基于悬索桥主梁的车辆 动态称重（WIM）、U 肋细节应变、铺装层温度和环境温度监测数据,建立标准疲劳车辆模型、铺装层温度 概率模型和主梁温差模型。在 ANSYS 有限元平台,采用瞬态分析计算车辆和铺装层温度荷载耦合作用对结 构两类典型焊接细节的疲劳应力效应的影响,并统计结构温度梯度的疲劳应力谱。在此基础上,预测车 - 温 度荷载耦合作用下南溪长江大桥两类典型细节的疲劳寿命。研究表明：在车载不变的情况下,沥青铺装层温 度与等效应力幅呈现线性关系。温度对细节疲劳寿命的影响随着细节距铺装层距离的增大而衰减。温度梯度 疲劳荷载谱的循环次数明显较车载小,在两者耦合作用中,车载对疲劳损伤的贡献值占据主要地位。对比考 虑与不考虑车 - 温度荷载的耦合作用,南溪长江大桥梁服役 100 a 主梁细节 1 和细节 2 的疲劳损伤计算值分 别相差 5.06 和 1.50 倍。     

桥梁刚度对桥梁竖向动挠度的影响分析

在高速铁路中,桥梁占有很大的比重,移动列车和桥梁之间的动力响应极其复杂,这一问题随着高速铁路的发展受到越来越多的重视。桥梁的竖向动挠度影响着车辆运行的平稳性、乘客的乘坐感受,也影响着桥梁的安全性,利用大型有限元分析软件ANSYS分析铁路桥梁刚度和桥梁竖向动挠度之间的关系,得出了铁路简支梁桥的刚度和竖向动挠度之间的关系。     

钢-混凝土组合梁桥耐火性能研究

应用有限元软件ABAQUS建立了HC升温条件下钢-混凝土组合梁桥数值分析模型,采用已有的组合梁抗火试验数据验证了模型的正确性。利用上述模型,分析了车道荷载的分布和受火位置对组合梁桥耐火性能的影响。结果表明：组合梁桥的火灾行为与受火位置密切相关。全桥受火时,跨中挠度随受火时间的增加,不断下降;半桥受火及1/4桥受火时,未受火区域对受火区域有明显的约束作用,减小了组合梁桥的跨中挠度,提高了组合梁桥的抗火能力。随着车道荷载的增大,组合梁桥的耐火时间有所减小,但影响不是很明显。     

青岛海湾大桥地震作用下的车桥动力响应研究

针对桥梁因车辆振动引起的疲劳开裂导致刚度下降而下挠增加等问题,本文以青岛海湾大桥大沽河桥段为例,运用振型叠加法对桥梁有限元模型进行时程分析,计算在地震作用下车桥系统的动力响应。结果表明,考虑地震作用时,位移时程曲线波动性较明显,且位移相对较大。考虑地震波后的加速度时程曲线比未考虑地震波时的波动性大,且加速度明显增加,可见地震波对车桥系统的动力响应影响很大,考虑地震波时的时程曲线波动性较不考虑地震波时明显;考虑地震波的作用后,随着速度的增加,桥梁的动挠度明显减小,这是因为车辆速度较小时,车辆在桥梁上的作用时间变长,同时车辆与地震共同作用的时间变长,在地震波的持续影响下,桥梁的动挠度增加;随着车辆数目的增加,桥梁的动力响应随之增大。该研究对青岛海湾大桥的抗震设计有重要的理论意义。     

中美公路桥梁规范设计汽车荷载对比

为对我国汽车荷载标准值在目前所处世界水平有较为客观的定位,同时,为我国将来公路桥梁新规范的修订建立基础。首先阐述中国新旧规范以及美国HL-93规范对设计汽车荷载的规定;其次以6、8、10、13、16、20、25、30 m不同跨径T型截面简支梁桥为基准,系统推算不同跨径T型简支梁桥在中美规范规定汽车荷载作用下的跨中弯矩和支点剪力;最后,系统对比分析荷载效应的绝对值与相对值。研究结果表明:与美国规范相比,中国规范相对来说较为保守,且不够直观,我国现行汽车荷载标准规范在国际上大致处于中等位置,在考虑与原规范联系性的基础上适当借鉴美国规范。     

曲线连续梁桥在车辆制动作用下的动力响应

以某一匝道公路曲线连续箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动问题。用ANSYS软件模拟梁桥,选用典型的三轴空间车辆模型,采用模态综合法编制公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,获得了车辆制动作用下曲线连续梁桥的动力响应及冲击系数,研究了初速度、制动位置、制动力上升时间、桥面平整度等参数对冲击系数的影响。结果表明：车辆制动时,主梁最大挠度、挠度和内力冲击系数没有随初速度的增大而单调递增或递减,但均明显大于车辆以相同初速度匀速行驶时的结果,且可能超过规范值。在桥前半跨内制动时,挠度和跨中剪力冲击系数大于在后半跨度内制动情况,同时,当车辆制动位置大于半跨且越靠近支点时,车辆制动时挠度和内力冲击系数越接近匀速时的结果。随着曲率半径的增大,桥梁的挠度、弯矩和扭矩冲击系数逐渐减小,而剪力冲击系数逐渐增大;弯桥的挠度、弯矩和扭矩冲击系数大于直线桥结果,紧急制动易于加剧桥梁的振动。