基于广义Pareto分布的桥梁车致荷载效应极值估计

研究目的:为准确估计桥梁的车致荷载效应极值和解决GPD模型阈值选择困难的问题,本文充分考虑过桥车辆的随机性特征,基于广义Pareto分布的极值预测理论,提出K-S检验自动选择阈值的方法和桥梁车致荷载效应极值估计的方法.同时,以一座简支T梁桥为工程应用算例,对随机车流荷载作用的桥梁车致荷载效应极值进行估计.研究结论:(1...     

基于健康监测的钢桁梁桥结构承载力可靠性评估

桥梁结构健康监测系统能有效监测桥梁结构上的各种作用及结构效应,可为准确评估桥梁结构状态提供信息。以一座钢桁梁桥健康监测数据为基础,研究基于健康监测的钢桥构件承载力可靠性评估方法,分析应变信号的特点,并根据一段时间内的健康监测数据对桥梁结构进行承载力可靠性分析,建立基于随机车辆荷载模型的桥梁承载力可靠性评估方法,探讨温度效应对结构承载力可靠指标的影响。结果表明:由移动车辆振动引起的钢桥构件应变很小,移动车辆荷载产生的静力响应对构件承载力可靠指标起控制作用;随机车辆荷载模型能较好地模拟实际列车通行情况,结合有限元方法,能快速对钢桥构件承载力进行可靠性评估;考虑温度效应后构件承载力可靠指标有所减小,且温差越大,变化越明显。     

公路桥梁动力放大系数合理值及影响因素研究

移动车辆作用下桥梁荷载效应和动力放大系数同时取最大值的概率很低,重量较轻的单个车辆荷载行驶过桥时即使产生较大的动力放大系数也不具参考性.准确获取反映桥梁结构实际状态的动力特征参数,可指导优化桥梁设计阶段动荷载系数选取,同时还可为桥梁运维阶段策略实施提供数据支撑.提出桥梁动力放大系数合理值(Reasonable Dyna...     

高速铁路高墩极值温度变形研究

为研究极值温度作用模式下高墩-梁轨体系的温度变形,需要获得混凝土高墩在日照作用下产生极值温度分布规律。基于昌赣铁路客运专线某高墩桥梁一年的温度监测数据,采用广义帕累托模型和时间序列加法模型分别对高墩100年重现期的极值温差分量和均匀温度分量进行了估计,并采用负指数函数对沿壁厚方向的温差进行拟合,获得了高墩极值温度组合。然后,采用热-力耦合的三维有限元模型计算了极值温度组合下的温度变形。结果表明:桥墩的地理位置东西侧温差为23.62℃,南北侧温差为6.91℃,且沿壁厚方向满足负指数函数分布时,为温度作用最不利情况;年均匀温度方程可获得每日均匀温度取值,并得到100年重现期内最大均匀温度可达51.2℃,最低为-9.8℃;通过极值温差和均匀温度分量的组合,可计算高墩在极值温度作用下的温度变形,为高速铁路桥梁设计和运营期内温度变形计算提供参考。     

基于GPD理论和百分位数阈值法的轮轨力极值估计与动力系数研究

在高速铁路无砟轨道结构设计和检算时,列车荷载设计值是关键的设计参数之一。基于GPD理论,研究全波段不平顺激励下的轮轨力极值估计方法,并与脉冲激励下的结果对比,为无砟轨道结构设计和相关规范的完善提供依据。结果表明：采用百分位数法选取阈值时,应对样本分簇以提高样本之间的独立性和轮轨力极值估计的精度;提出结合百分位数阈值的形状参数筛选法进行轮轨力极值估计,确定了每簇样本量大小和形状参数区间;样本量宜取3×10⁵～5×10⁵个,百分位数阈值宜取50%～98%,且以轮轨力极值估计值的均值作为最终的轮轨力极值估计值;列车速度为250～400 km/h的列车荷载设计值动力系数分别为2.2、2.4、2.6和2.8。     

城市轨道高架桥动力响应分析与监测

桥梁监测系统通过实时监测各关键性能的技术指标,为桥梁的安全度评估及桥梁的养护维修提供科学依据。通过数值模拟与现场监测数据相结合的方式研究列车对桥梁的动力加载效应。采用ANSYS软件建立桥梁有限元模型,将城市轨道交通列车简化为一系列移动集中荷载,计算列车匀速行驶作用下桥梁的振动响应,同时利用桥梁监控系统采集的实测数据对计算结果进行验证。得出结论如下:通过监测数据验证数值模拟结果的正确性;列车移动通过时桥梁跨中位移均在合理范围,现阶段桥梁处于较好工作状态;列车运行速度对桥梁跨中位移极值有明显影响。     

基于实测和CA模型的大跨桥梁车辆荷载模拟

车辆荷载对于大跨公铁两用桥梁和大跨公路桥梁的使用性与安全性均有显著的影响。与中小跨桥梁相比,大跨桥梁交通容量可观,车辆在过桥中加减速和车道变化的概率较大,车辆荷载在桥梁的分布状态极为复杂。目前的交通荷载实测系统对车辆过桥全过程中的位置及速度变化不能提供详细的信息,为此,建立融合实测交通信息和元胞自动机（CA）模型的大跨桥梁车辆荷载模型,考虑不同区域车型构成特征,交通规则、车道设置和驾驶行为。依据河北一处重载路段的交通实测数据,分析不同交通服务水平下一座大跨斜拉桥静力荷载随时间和空间的分布特征,并通过与规范设计荷载值进行比较对荷载效应进行评价。     

高速铁路桥梁混凝土高墩温度模式及极值研究

桥梁的变形控制是高速铁路安全运营的基础,而高墩的温度模式及温度极值是影响桥梁变形的重要参数。由于现有规范没有明确的桥墩温度模式及温度极值的计算方法,研究具有高可靠性的高铁桥梁桥墩温度模式及温度极值预测具有重要意义,有助于准确评估桥梁工程整个服役周期里的安全性和稳定性。以昌赣客运专线上某高墩桥梁为例,研究长期太阳辐射及环境温度作用下高墩结构内部温度分布规律及温度极值情况。根据其39 m高墩温度测点2 a监测数据和大气温度资料,采用Bootstrap方法建立桥墩均匀温度及等效线性温差的最大熵极值模型,并验证模型的有效性和合理性。在此基础上分析桥墩不同温度分量的变化特征,估算在不同重现期下桥墩均匀温度分量及等效线性温差分量的代表值。研究结果表明：桥墩均匀温度分量时程曲线呈现出以年为周期的余弦变化规律,且其均匀温度分量和等效线性温差分量达到极值的时间有所不同;根据最大熵极值模型计算得到50 a重现期及100 a重现期时,桥墩均匀温度分量代表值分别为40.6℃和41.1℃,等效线性温差分量代表值分别为6.1℃和6.5℃;该方法克服了在小样本时难以准确预测极值的缺点,能够因地制宜地建立桥墩温度分量...     

单箱多室变宽度道岔连续梁桥空间力学性能分析

为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底板不同部位16个应变测点,采用多通道数据采集仪分别同步实测满堂支架现浇、预应力张拉及成桥落架等施工阶段时箱梁应力,并与数值分析数据进行对比验证;在此基础上,利用数值模型对该单箱五室预应力混凝土道岔梁在列车活载作用下的横向和纵向剪力滞效应进行分析。研究表明,三维实体数值模型可得到不同荷载工况作用下单箱多室箱梁应力分布的精细结果,数值分析结果和应力实测数据都显示箱梁顶底板应力分布不均匀,有明显的剪力滞效应,且顶板剪力滞效应更显著;数值分析还显示,车辆布载方式影响剪力滞效应,剪力滞效应沿着纵桥向变化,剪力滞系数最大达1.074。研究结果表明,单箱多室箱梁设计中应充分考虑箱梁剪力滞效应影响,以确保桥梁结构设计安全。     

静动荷载下桩网结构路基土工格栅承载特性试验研究北大核心

以京沪高速铁路徐沪段路基为研究对象,通过室内大比例模型试验,研究了静动荷载作用下桩网结构路基土拱效应与土工格栅承载性能的变化规律,分析10万次动荷载作用后土工格栅的承载特性。结果表明:在路基填筑初期未形成稳态土拱前土工格栅应变增长较快,当形成稳态土拱后土工格栅应变增长趋于稳定,且桩帽边缘处土工格栅应变增长最快,土工格栅使得桩顶上方多承担了7.6%的荷载;10万次动荷载作用下,土拱效应依然有效,但是会产生一定程度的弱化,土工格栅减小了动荷载对土拱效应的削弱作用;相比静载动荷载作用下土工格栅应变增长迅速,最大增长了约19%;动荷载作用后土工格栅会产生拉力退化与软化现象。     

基于支座动位移监测的高铁桥梁支座磨损状态安全评估

基于大胜关长江大桥支座的纵向动位移监测数据,利用动位移监测值的累加概率特性拟合广义极值分布函数,通过蒙特卡洛抽样模拟得到在设计使用寿命内的动位移累积行程,基于支座超过磨损上限的失效概率进行支座磨损状态安全评价。结果表明:各个球型钢支座的动位移累积行程与列车通过次数具有明显的线性相关特性,且下游侧距固定支座最近支座的动位移累积行程的线性增长速率最大,在3495次列车作用下其动位移累积平均值最大(7.020mm),动位移累积行程可达到22 810mm,更容易磨损破坏;利用广义极值分布函数能够较好地模拟实测累加概率特性,下游侧距固定支座最近支座对应广义极值分布函数的形状参数、比例参数和位置参数分别为0.305 8,0.816 3和2.029 4;通过蒙特卡洛抽样得到的模拟累积行程与实测累积行程基本一致;在5%显著性水平上支座失效概率的计算值为0,说明支座在设计使用寿命内未达到磨损上限,处于安全状态。     

铁路车辆与桥梁相互作用计算机模拟方法的效验

对桥梁在通过车辆作用下发生动态变化情况的研究，早在19世纪就已开始。在最初的计算图中，桥梁作为无惰性梁，而车辆是用一个集中力或不变速度运动的分布荷载进行模拟的。对更复杂模型的计算，不引人数字方法是不行的。     

城际快速轨道交通桥梁设计荷载图式标准研究

根据珠江三角洲区域城际快速轨道交通网所属的广珠城际快速轨道交通运输模式及设计确定的运营车辆荷载特点,综合比较分析国内外轨道交通及中、高速铁路活载图式对广珠城际轨道交通桥梁静、动效应的影响,结合运营车辆荷载和铁路网的发展需要,提出符合本线的城际快速轨道交通桥梁设计荷载图式标准的研究意见。     

高速铁路桥梁桩基础竖向动荷载测试

高速列车在桥梁墩台基础上产生的动荷载是计算桩基础累积沉降的重要参数。系统地测试了不同车速和车型在桥墩不同部位引起的动位移、加速度及墩身动应变,得到了不同跨度桥梁基础的动荷载参数。结果表明:桥墩动力响应(动位移和加速度)从梁端、墩顶到承台顶衰减显著。动位移与轴重、基础与地基土的整体刚度密切相关。桥梁支座具有降低加速度的作用。桥跨长度越长,动荷载越大,动荷载幅值约为动荷载峰值的20%~30%。动荷载可以用正弦函数模拟,频率与列车行驶速度和车厢长度有关。上述结论可为高速铁路桥墩基础的设计和计算作为参考。     

交通荷载作用下土体黏弹塑性疲劳本构模型

路基工后沉降是路基填土在车辆动荷载及其自重作用下发生蠕变引起的,因此研究土体在交通荷载作用下的蠕变特性对预测路基工后沉降有较大意义。为利用流变力学理论成果,将车辆动荷载和路基土自重荷载简化的组合荷载做等效处理。基于分数阶微积分构建分数阶黏壶,将分数阶黏壶替换西原模型黏塑性体中常值黏性元件,即得到一种土体黏弹塑性疲劳本构模型。当组合荷载上限应力大于土体临界动应力时,模型为分数阶西原模型,可反映土体破坏型疲劳变形规律;反之,则为反映土体稳定型疲劳变形规律的广义Kelvin模型。结果表明:该模型能较好地描述交通荷载作用下土体疲劳变形特性,对试验数据拟合的相关系数在0.91以上。     

公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁节段模型试验及活载作用效应研究

为研究公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁受力特性和活载作用效应，以宜宾临港长江大桥宽度为63.9 m的超宽幅钢箱梁节段为研究对象，设计制作相似比为1∶10的全截面缩尺模型开展静载模型试验，并进行有限元计算分析，分别研究恒载状态、公路车辆荷载作用、铁路列车荷载作用及不同活载组合作用下超宽幅箱梁受力特性，纵、横向正应力分布情况及梁体变形特征。结果表明，该桥超宽幅钢箱梁横向弯曲受力行为显著，梁体在活载作用下表现为挑担式支撑梁力学特性和变形特征，其中梁体中箱在铁路列车荷载作用下表现为正弯矩简支梁受力特性，梁体两侧边箱在公路车辆荷载及人群非机动车辆荷载作用下表现为负弯矩悬臂梁受力特性，梁体横截面设计合理，活载作用机理明确，中、边箱结构传力清晰。研究成果为超宽幅钢箱梁的设计和施工提供了重要的参考和设计依据，并为类似桥梁设计提供指导。     

车辆荷载作用下连续箱梁桥剪力滞效应分析

采用有限元方法对混凝土连续箱梁桥的剪力滞效应进行分析,重点研究了车辆荷载类型及作用位置对箱梁剪力滞效应的影响.结果表明:不同车辆荷载作用下,箱梁剪力滞系数横向分布规律不同,荷载等级对箱梁剪力滞效应的影响较为明显;车辆荷载纵向变位对梁端截面剪力滞效应影响较大,对跨中截面影响较小,距离支座越近剪力滞效应越明显;箱梁顶板中心剪力滞系数随着车辆荷载从翼板向箱梁中心移动,将经历一个负剪力滞效应到无剪力滞效应,再到正剪力滞效应的过程,而底板剪力滞效应受荷载横向移动的影响较小;车辆荷载对其作用点附近的局部区域剪力滞效应影响较大.     

桥面不平顺对大跨度斜拉桥车激振动的影响

考虑车辆荷载作用下桥梁结构的动力响应是现代桥梁设计中的重要内容之一。以润扬长江大桥北汊主桥为工程背景,建立了桥梁结构动力分析有限元模型和车辆的多刚体动力学模型。基于路面不平顺的功率谱密度函数,用三角级数法对桥面不平顺进行了数值模拟。分别建立了车辆和桥梁两个子系统的振动微分方程,借助于两个子系统之间力和位移的协调条件,用Newmark-β法求解车桥系统的振动微分方程,分析桥梁结构的动力响应。计算结果表明,随着桥面不平顺程度的增加,桥梁结构主跨跨中动位移、动弯矩和动剪力均逐渐增大,桥梁塔顶纵向振动位移和主跨最外侧拉索动应力也逐渐增大,且增大幅度越来越显著。     

城际铁路常用跨度简支箱梁频率限值研究

根据目前城际铁路桥梁设计相关资料,拟定城际铁路常用跨度简支箱梁的截面尺寸,建立有限元模型,进行结构的竖向基频计算,根据设计荷载效应大于等于实际运营车辆荷载效应的原则,得出各跨度简支梁实际运营车辆最大容许动力系数。应用车辆-桥梁耦合振动分析理论,进行动力仿真分析,得到各跨度简支梁在实际运营车辆下的实际动力系数。通过比较得出,按照国际铁路联盟规定的桥梁结构频率下限值设计,能够满足结构安全及舒适性要求。     

循环荷载作用下饱和软黏土海床的刚度衰减模型研究

在地震和波浪等循环荷载作用下,海床内部产生循环应力、循环应变以及超孔隙水压力累积,可能造成饱和软黏土地基强度和刚度的降低,对桩基础的承载性能产生较大的影响.将反映土体软化特性的参数引入等效黏弹性模型中,建立考虑循环荷载作用下饱和软黏土刚度衰减以及动应力-应变非线性和滞回性的修正模型,基于动三轴试验结果反演获得饱和Kao...