大跨异形钢管混凝土拱桥车载冲击效应分析

大跨度异形钢管混凝土拱桥的复杂造型使其结构动力特性极为特殊,车辆激励引起的桥梁振动十分复杂.为研究该类桥梁车辆冲击效应的特点和规律,以在建的长春市伊通河大桥为对象,应用自编的车桥耦合振动分析程序,对该桥进行了车桥耦合振动响应分析.从理论上分析了路面粗糙度、车速、结构阻尼对桥梁主梁、拱肋挠度和吊杆索力冲击效应的影响.结果表明:路面不平度对多拱肋异型拱桥振动响应的影响十分显著,维持路面平整可有效降低冲击系数;行车速度对冲击效应的影响与发生的卓越振动振型密切相关,并不一直随车速成正比增大;结构阻尼值在规范给定范围内变动时,对冲击系数影响不明显,设计中可偏安全地取阻尼比为0.5%.研究给出了该桥各主要构件的设计冲击系数取值的参考范围.     

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.     

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.     

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。     

预应力混凝土连续梁桥结构动力特性分析

为研究车辆荷载对预应力混凝土连续梁桥桥梁动力特性的影响,利用有限元软件建立车桥耦合模型,分析车辆速度、车辆载重对预应力混凝土连续梁桥跨中截面位移和动力冲击系数的影响。研究结果表明：车辆速度和车辆载重均会对桥梁动力特性产生影响,车辆速度与桥梁动力特性间没有明显线性关系,车辆速度增大,跨中截面位移先减小后增大,桥梁冲击系数则先增大后减小;车辆载重增大,跨中截面位移和桥梁冲击系数则线性减小。研究成果可为多工况车辆荷载作用下桥梁动力特性研究提供一定参考。     

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。     

基于车-桥耦合振动的简支梁桥冲击效应

为了精确分析车辆对简支梁桥的冲击效应,基于模态综合法,建立了三维空间车-桥耦合振动模型.基于车-桥耦合振动模型的动力时程响应分析结果,并利用动力放大系数的概念,得到了车辆参数以及桥面不平整度、行车速度和车辆作用位置对冲击效应的影响规律.研究结果可以为我国桥梁设计规范中简支梁桥冲击系数的计算方法的改进提供理论依据.     

某下承式拱桥车振动力性能分析

为研究下承式拱桥在移动车辆荷载作用下的动力性能,对某下承式拱桥建立三维有限元模型,并通过环境振动试验对该桥进行模态参数识别,以此验证有限元模型的可靠性。在不同车速荷载作用下对该桥梁的动力响应进行了对比分析,并在此基础上采用狄克曼舒适度评价指标对桥梁进行车振舒适度评价。结果表明:冲击系数的大小不仅和结构基频有关,还与车辆的行驶速度有关,车速越大冲击系数越大;桥梁的横向舒适性较好,竖向舒适性较差。       

基于车桥耦合钢管混凝土拱桥车辆的冲击系数

利用ANSYS建立某下承式钢管混凝土拱桥有限元模型。编写基于三轴车辆作用下车桥耦合振动程序,数值模拟车桥相互作用响应,分析车速、路面粗糙度2个因素对主梁1/4跨及跨中处的冲击系数影响。同时使用DHDAS动态信号采集分析系统现场测试该桥,分析车辆以不同行车速度过桥时主梁跨中处的振动响应。研究表明:数值分析结果与实测结果吻合较好;车速在某一范围内车辆冲击系数要大于规范值;路面不平顺相对于行车速度对桥梁振动影响更加明显。     

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.     

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。     

钢桥交通振动计算方法与动力特性研究

针对正交异型钢面板的钢桥交通振动响应问题,提出一种新的计算方法.该方法对桥梁建立反映细部构造的板壳模型,以区别于以往的梁格模型;对车辆采用一种通用、简洁的有限元模型,可灵活地反映车辆体系;通过Newmark法求解桥梁与车辆的耦合振动方程.实例分析中对一座26 m简支钢桥的交通振动进行了数值模拟,结果表明：1）按板壳模型计算得到的挠度冲击系数与梁格模型的结果接近,应力冲击系数则略大;2）板壳模型反映的桥梁高阶振型对高频的速度响应计算结果有一定影响;3）三维车辆模型得到的桥梁振动冲击系数小于二维车辆模型;4）简支钢桥交通振动中挠度动力响应的卓越频率较低,主要与低阶振型相关,速度响应的卓越频率则延伸至较高的频段.     

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。     

汽车荷载作用下曲线简支梁桥的动力响应

在建立6参数1/4汽车模型和每节点7个自由度的桥梁有限元模型的基础上,研究了汽车荷载作用下曲线简支梁桥的动力响应.通过数值模拟,分析了简支弯箱梁桥的动力特性,同时研究了不同的曲率半径、偏心距、弯扭刚度比、行驶速度等因素对动力放大系数的影响.结果表明：并非所有的前5阶桥梁自振频率随曲率半径的增加而增加;当参数改变时挠度和扭转角的动力放大系数的变化规律并不相同,相同条件下扭转角动力放大系数的变化较挠度动力放大系数的变化明显.