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。     

基于阻尼对连续梁桥冲击系数影响的研究

参照简化的车辆模型和桥梁模型,建立了车-桥相互作用的数学模型.给出了在移动荷载作用下连续梁桥各截面动力响应的时程曲线和连续梁桥前几阶模态的振型曲线,通过研究提出对于连续梁桥各控制截面起主要作用的模态并不都一样.因此,结合不同模态,分析了连续梁桥各控制截面弯矩和位移冲击系数随阻尼比的变化情况,指出阻尼对冲击系数影响的大小与截面位置有关.     

伸缩缝参数对大跨度拱桥车致动力响应的影响

为探究伸缩缝参数对大跨度中承式钢管混凝土拱桥车致动力响应的影响,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析方法（车-缝-桥耦合动力响应分析方法）;进而以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为研究对象,探究了伸缩缝高差、支撑刚度、缝宽等参数对车-缝-桥耦合动力响应的影响规律。结果表明:1）伸缩缝设计参数条件下,随车速的增加车辆对伸缩缝的竖向冲击作用呈先减小后增大的趋势,与主梁车致冲击作用相比,伸缩缝车致冲击作用更加显著;随车速增加主梁车致冲击系数呈增大趋势;考虑伸缩缝参数影响后,车辆对主梁的竖向冲击作用与空间位置有关,与伸缩缝位置相近的主梁测点冲击系数更大。2）伸缩缝参数变化条件下,中横梁升高会导致车辆对伸缩缝的冲击作用增大,而中横梁升高或降低均会导致车辆对梁端的冲击作用增大,并造成支座反力的增大;伸缩缝支撑刚度降低或缝宽变大时,车辆对伸缩缝中横梁的冲击作用影响均增大;伸缩缝参数对主梁1/4跨截面、1/2跨截面位移响应影响较小。     

移动车辆荷载作用下桥梁冲击系数的若干讨论

为对移动车辆荷载作用下桥梁冲击系数有更加深刻的理解,结合理论推导与仿真模拟,并考虑其物理意义,对冲击系数基本概念、不同响应以及不同位置对应冲击系数的区别等关键问题进行了详细讨论. 研究表明:现行规范所采用冲击系数是一个不具有实际物理意义,仅便于设计的中间变量;不同响应冲击系数不相同,且弯矩冲击系数往往小于挠度冲击系数;不同截面对应冲击系数不相等,墩顶冲击系数最大、边跨次之、中跨最小;处于对称位置的截面,车辆后经过的截面冲击系数较大;基于不同的原理,用于设计的冲击系数可采用较为保守的值,而对于评价则不可直接使用. 最后,提出了移动车辆荷载作用下桥梁动力性能设计与评价时冲击系数取值方法的建议.     

连续梁与行驶车辆耦合振动分析

为了分析公路桥梁与车辆之间的相互作用,提出了四自由度1/2车辆模型相对于不平整桥面耦合振动分析方法.根据GB/T 7031-1986建议的公路路面功率谱密度的拟合表达式,求得了不同等级桥面的不平度值,并作为1/2车辆垂向动力学模型的输入激励,基于数值仿真分析,分别对不同等级桥面的连续梁桥进行了控制截面的挠度动力响应计算,得到了相应挠度冲击系数随桥面等级及车速变化规律.结果表明:桥梁挠度冲击系数随车速增加呈先增大后减小趋势;随着公路桥面等级变差,冲击系数呈非线性增大,桥面等级及车速是影响车辆动力作用的显著因素.     

桥面局部凹陷时的连续梁车桥耦合振动分析

为研究连续梁桥桥面局部出现凹陷时,车辆与桥梁相互作用对桥梁安全性和车辆舒适性带来的影响,利用ANSYS软件及其APDL语言,编制出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动分析模块,通过与车辆匀速行驶、考虑路面不平整等工况的车桥耦合振动参考文献对比验证该模块的正确性,并利用该模块的批处理功能,研究当凹陷位置、车辆行驶速度同时变化时,车辆通过3跨连续梁桥时的车桥耦合振动特性,给出桥梁控制截面的挠度冲击系数、弯矩冲击系数等参数的3维变化曲面图,分析了桥面局部凹陷对车辆过桥时的耦合振动影响。研究表明,凹陷的存在特别是存在于跨中时,会明显加剧车桥耦合振动,尤其加剧车辆在低速行驶时的冲击系数,应当引起有关部门注意。     

大跨度曲线弯梁桥车-桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车-桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark-β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车-桥耦合非线性有限元模型。结果表明：以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

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。     

大跨度曲线弯梁桥车–桥耦合振动分析

在桥梁结构设计中,需要考虑车辆动荷载的冲击作用。为计算大跨度曲线弯梁桥车致振动响应,通过在结点之间引入高阶位移插值函数,构造了形函数矩阵。基于虚功原理和动力有限元理论,推导了各个结点9个自由度的曲线箱梁空间单元刚度矩阵和质量矩阵;在推导刚度矩阵时考虑了箱梁的约束扭转和剪力滞效应,在推导质量矩阵时考虑了质心与扭心不重合。通过引入7自由度的车辆模型,建立了车–桥耦合振动方程。在MATLAB上采用Newmark–β法直接积分,求解了车辆动荷载作用下系统的振动响应,分析了车速、车重和主梁刚度对冲击系数的影响,同时采用ANSYS建立车–桥耦合非线性有限元模型。结果表明:以位移冲击系数代替弯矩冲击系数和剪力冲击系数进行截面内力设计时将会导致弯矩设计值最大增大2.89%,剪力设计值最大减小34.9%;车重对冲击系数影响很小;位移冲击系数和弯矩冲击系数均随着主梁刚度增大而减小,剪力冲击系数随着主梁刚度增大而增大。有限元分析结果与理论计算结果吻合良好。     

基于车-桥耦合振动的桥梁加固效果分析

针对当前桥梁加固效果的评价方法仅在静力条件下引入车辆荷载动力放大系数,未考虑车-桥耦合的不足,编制车-桥耦合振动分析模块,对加固效果进行分析.引入典型车辆运动方程和多梁式车-桥耦合关系,建立梁格法车-桥耦合振动系统,并实现动态可视化.以一座采用增大截面法加固的刚架拱桥为工程实例,建立桥梁加固模型,考虑车-桥耦合,建立分析模块,从各主肋位移及弯矩响应、冲击系数和车-桥系统加速度等方面对加固效果进行分析.结果表明,加固后结构的刚度有大幅提升,结构的自重也有所增大;加固后结构刚度增大对冲击系数值影响不明显;路况好时,冲击系数规范值适用,路况差时,冲击系数波动较大,规范值不适用;在车-桥系统加速度方面,加固过程增加了桥梁结构刚度,使得桥梁跨中竖向加速度大幅减小,但对车辆质心加速度变化作用不明显.     

客运专线预应力混凝土桥梁徐变变形控制方法研究

为了研究混凝土收缩徐变对客运专线预应力混凝土连续梁桥后期变形的影响,选取合理的徐变系数,通过大型有限元软件Midas建立实桥模型,模拟施工全过程,对郑徐客运专线上的一座预应力混凝土连续梁桥的收缩徐变进行分析,得出了一些改善连续梁桥后期徐变变形的结论.结果表明:在不影响施工工期的情况下,延迟合拢时间有利于控制桥梁后期徐变变形;铺设二期恒载时,从边跨往中跨铺设或从中跨往边跨铺设都能减小由徐变引起的上拱;增加顶板束或减小底板束都将改善桥梁的上拱.     

预应力RPC-NC叠合梁抗弯延性试验分析

为有效推动高性能材料在现代桥梁结构中的应用以满足快速发展的高速铁路技术,本文设计并制作了10根预应力活性粉末混凝土(RPC)-普通混凝土(NC)叠合梁和1根预应力纯NC梁,通过试验方法研究了高性能材料RPC在梁结构中应用后叠合梁的抗弯延性性能,并以叠合梁跨中位移延性系数进行描述.试验主要考虑了RPC高度、预应力比率、NC等级等因素对叠合梁抗弯延性的影响.研究结果表明:随着RPC高度的增加,叠合梁截面配筋指数降低,抗弯位移延性系数增大;随着钢绞线根数的增多,预应力比率增大,位移延性系数相应增大;叠合梁上部NC等级提高后,脆性破坏特征并不明显,抗弯位移延性系数增大.由于RPC材料优异的力学性能以及钢纤维的作用提高了叠合梁在出现峰值荷载后的变形能力,使得其抗弯位移延性要明显优于纯NC梁,可见RPC材料在拥有高强度的同时具有良好的延性特征.同时以试验数据为基础,拟合出适用于预应力RPC-NC叠合梁抗弯位移延性系数的计算公式.     

在役预应力梁桥承载能力可靠性评估

根据预应力混凝土桥梁的几何尺寸、材料强度和计算模式不定性系数的统计参数,采用蒙特卡洛方法模拟了预应力混凝土梁桥抗弯承载能力和抗剪承载能力的统计参数;在考虑结构构件抗力、恒载效应、车辆荷载效应、横向分布系数和车辆荷载冲击力的随机性的基础上,建立预应力混凝土简支梁桥的抗弯和抗剪承载能力极限状态方程,采用JC方法计算可靠度指标。对一座既有预应力混凝土桥梁进行承载能力可靠性评估并对影响可靠度指标的随机变量（恒载、车辆荷载、横向分布系数、冲击系数）进行了敏感性分析,结果表明：恒载效应的随机性对可靠度指标影响很小,车辆荷载效应、横向分布系数、冲击系数的随机性对可靠性指标影响较大且依次加大。     

徐变参数随机性对预应力混凝土桥梁长期变形的影响分析

通过分析混凝土强度、名义徐变系数、环境相对湿度、环境温度和预应力荷载等徐变参数的变异性及其概率统计特征,探明了徐变参数的随机扰动对混凝土徐变系数的影响规律。通过对跨径布置为85m+130m+85m的预应力混凝土连续梁桥进行徐变变形分析,明确了不同随机性徐变参数对预应力混凝土桥梁主跨跨中挠度的影响,获得了预应力混凝土桥梁10年期间的跨中挠度变异系数、均值及95%置信区间值。结果表明,徐变参数随机性对混凝土桥梁徐变系数具有重要的影响作用,通过控制随机性置信区间上下限值可达到控制混凝土桥梁长期变形的目的,研究成果具有重要的工程应用价值。     

预应力张拉对桥梁结构应力影响的试验研究

通过对某公路桥三跨变截面“T”型预应力混凝土连续梁的试验研究，分析了不同的预应力张拉顺序和张拉工艺对桥梁混凝土应力及钢筋轴力的影响，提出了多榀多跨预应力混凝土变截面“T”型连续梁结构的合理施工工艺，对同类铁路、公路桥、立交桥等设计与施工均有参考价值。     

竖向及水平荷载下预应力框架调幅的模拟分析

根据曲率力法编制的非线性程序,模拟了十八榀单层单跨有粘结预应力混凝土框架,通过改变框架梁截面相对受压区高度、次弯矩以及加载方式等因素,初步阐明了影响有粘结预应力混凝土框架内力重分布和弯矩调幅的因素及规律.总弯矩调幅系数随着相对受压区高度ξ的增大而减小;同时当ξ较大时,次弯矩将有助于调幅能力的提高.有粘结预应力混凝土框架既承受水平荷载又承受竖向荷载时,在破坏端的总弯矩调幅系数比相同结构只承受竖向荷载的总弯矩调幅系数要大,竖向承载力则可能减小.     

钢管混凝土系杆拱桥车桥耦合振动分析

为了研究钢管混凝土系杆拱桥在车辆荷载作用下的动力冲击效应,综合采用包括空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元模型和三维7自由度车辆模型,通过数值模拟车、桥动力相互作用,计算得到桥梁的位移、内力响应及对应动力放大系数,研究桥梁不同构件所受到的动力冲击作用及主要影响因素,分析桥梁不同位置加速度响应的频谱特征.结果表明,桥梁局部构件的动力冲击系数常超过规范取值,且路面不平度是最主要的影响因素;长、短吊杆的动力冲击系数差异很大,短吊杆的受力和抗疲劳性能远低于长吊杆.     

波形钢腹板高墩大跨径连续刚构桥动力特性及地震反应谱分析

为研究波形钢腹板曲线连续刚构桥动力特性和抗震性能,利用 MIDAS Civil 建立不同腹板曲线连续刚构桥计算模型,再分别改变桩基边界约束和激励角度,对比分析其自振特性和抗震性能变化规律。计算结果表明:考虑桩土效应时,结构柔度更大,自振周期更长;桩基固结时,波形钢腹板刚构桥竖向刚度减弱,而横向刚度有所增加;桩基约束对波形钢腹板刚构桥振型影响更明显,混凝土桥梁在不同约束时振型变化趋势较为一致;随着地震激励角度变化,控制截面内力均先减小后增大,横桥向则相反,而墩顶和跨中位移相差不大,对比控制截面内力及位移可见,波形钢腹板曲线刚构桥抗震性能更好。     

曲线桥梁车桥耦合振动数值分析方法

为研究曲线桥梁车桥耦合振动响应规律,基于模态综合法原理,建立15自由度五轴重卡车型,以50+100+50 m三跨曲线连续梁桥（R=600 m）为计算示例,建立仿真模型,获取桥梁模态信息,基于轮-桥位移几何和力学耦联关系,提出曲线桥梁车桥耦合数值分析方法,探讨了车速、路面不平度、曲率半径和车辆载重等因素对曲线桥梁动力响应的影响。结果表明：路面不平度和车辆载重是影响曲线桥梁动力响应的主要敏感因素;车速对于曲线桥梁的影响较为复杂,难以发现其规律性;曲率半径变化对桥梁扭转角的影响较大,对桥梁竖向位移影响相对较小,相关研究成果可为此类桥梁的动力安全评估提供理论参考。     

车辆荷载作用下简支板的振动分析

应用模态综合法,建立车-桥耦合动力平衡方程,研究在车辆荷载作用下简支板的振动。采用4节点板单元建立简支板模型,用单自由度质弹系统模拟车辆。利用数值方法分别以不同的动力响应（竖向位移、纵向应力和横向应力）计算车辆荷载动力放大系数。重点分析了车速、车道位置、宽跨比及系统频比对简支板振动性能的影响。当桥梁与车辆的频率比接近1时,车-桥系统将发生共振,但不会导致振幅的无限增大。特定条件下,车辆对结构的局部冲击效应大于总体冲击效应。