常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明：欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%～36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥...     

梁桥冲击系数实测值与规范取值差异分析

桥梁冲击系数实测值与规范值的偏差会引起对桥梁结构的实际状况评价趋于保守或偏不安全.以实测数据为统计样本,对梁式桥冲击系数实测值与规范取值的差异趋势及成因进行分析.分析结果表明:冲击系数受车辆自振特性、行车速度、车一桥频率耦合作用以及桥面平整度等诸多因素的影响以致其实测值与规范取值往往有较大偏差,连续梁桥更加明显;04规范对30~50 m跨径连续梁桥冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小:89规范对于30m以上跨径梁桥冲击系数取值偏不安全;冲击系数峰值车速出现在20~30km/h的概率最大.在使用规范进行承载力评价时应综合考虑各种因素的影响.     

60 m钢板组合梁桥钢梁施工稳定性分析

钢板组合连续梁桥因自重轻、截面较薄，在施工过程中受外荷载影响存在整体失稳和局部屈曲风险，影响桥梁施工安全。以交通部钢板组合梁桥60 m跨径进行参数分析，研究其施工阶段整体及局部稳定性。同时，对比分析了不同跨径、高跨比和横梁间距下稳定性变化规律。结果表明：（1）随着节段跨径增大，钢梁稳定系数下降，跨径每增大5 m，稳定性降低40%左右，40 m跨径时处于规范限值临界状态；（2）相同跨径下，钢梁稳定性随着梁高增大而减小，梁高超过3.5 m时，40 m跨径单梁稳定系数低于规范临界限值，结构稳定性较差；（3）横梁间距超过10 m时，缩短横梁间距可以提高结构稳定性，间距小于10 m时改变横梁间距对结构稳定性提升不大。     

某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥动载试验研究

以某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥为依托工程开展数值仿真分析、动载试验和相关比较分析。分析结果表明:实测主梁前四阶竖向弯曲自振频率均比理论计算值大,结构有一定的刚度储备;实测主梁前四阶振型与计算振型基本吻合,未见明显变异区段;该桥梁的动力特性符合设计要求。在无障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数均大于计算冲击系数,基本随车速的提高而提高;在制动试验和有障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数相对较大,表明当桥面不平整时,桥面行车对桥梁结构的冲击效应将明显增大。对于结构基频较小的大跨径矮塔斜拉桥,按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)对桥梁冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小,有待进一步研究和探讨。     

钢板组合梁桥国内外设计探讨

为推广钢板组合梁桥在国内的广泛应用,对钢板组合梁桥国内外的设计情况及发展趋势进行分析,对国内典型钢板组合梁桥的结构特点、设计要点、构造尺寸及用钢量进行对比,对钢板组合梁桥的经济跨径进行总结。分析表明:钢板组合梁在35～100 m跨径中应用广泛,并且钢板组合梁桥正逐步从多主梁向双主梁的趋势过渡,双主梁桥型被认为是一种极具经济性的桥梁形式。     

我国公路简支钢混组合梁合理截面研究

根据我国道路结构特点和公路荷载标准,对简支组合梁桥主梁设计的控制因素、主梁合理截面尺寸等进行分析研究。给出了公路Ⅰ级车道荷载作用下,应力控制设计时的主梁挠度,以及翼缘面积与跨径关系的近似公式,并将组合梁桥与非组合梁桥进行了对比。     

双工字钢-混凝土板组合梁桥车桥耦合振动研究

双工字钢-混凝土板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁模态质量之比可达到1/10,可能出现过大的动力响应导致行车舒适性差,危及行车安全。为了研究该类桥车桥耦合振动机理及影响因素,对某在建的单跨35m四跨一联的双工字钢-混凝土板组合梁桥进行动力特性分析、车桥耦合振动数值模拟及行车动力响应测试。结果表明:该类桥前4阶固有频率较为接近,在不同载重和车速下可能会发生多个频率的振动,车辆过桥的附加惯性质量使结构的振动频率有所降低;试验车过桥的速度和加速度评估该桥舒适性较好;车辆载重与车速对冲击系数的影响复杂,无明显规律,路面等级越好和阻尼比越大,冲击系数越小,对桥面进行平整度处理和增加结构阻尼是降低振幅和车辆冲击效应及提高舒适性的有效方法。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥静力性能影响研究

结合常用中小跨径钢板组合梁的构造，利用有限元软件计算分析横向联结系的数量、截面形式对钢板组合梁桥受力性能的影响。计算结果表明：对于跨中截面，跨间小横梁数量越多，则混凝土板顶面纵桥向压应力越大、底面纵桥向压应力越小、混凝土板顶面横桥向拉应力越小、底面横桥向拉应力越大；而跨间小横梁数量对中支点处混凝土板和所有钢梁的受力性能几乎无影响。跨间布置奇数道小横梁比布置偶数道小横梁对结构受力更有利，建议中小跨径钢板组合梁跨间布置不少于3道小横梁；小横梁数量对主梁挠度影响较小，其影响程度远远小于混凝土板厚度改变对主梁挠度的影响。     

简支T梁桥冲击系数计算公式研究

针对现行规范汽车荷载冲击系数计算公式对实桥影响因素考虑欠全面的状况,在传统试验法的基础上提出"加权修正法",以常见3种跨径简支T梁桥为研究对象,采用九自由度三轴空间车辆模型,建立车-桥耦合振动系统分析模型,在不同桥面等级状况下计算了不同加载位置、不同车速时T梁跨中截面的动挠度时程曲线,用基于试验法的"加权修正法"计算得各冲击系数,将结果与我国现行规范、美国规范、加拿大规范进行对比分析,回归出不同桥面等级下的冲击系数计算公式。研究结果表明:对于B、C级桥面,我国04规范冲击系数取值是偏不安全的,文中"加权修正法"更真实地反映了桥梁冲击系数的值,冲击系数回归公式更加精确、合理。     

基于美国规范的桥梁疲劳设计优化及应用

为了更准确地考虑路面不平整度变化引起的车辆荷载动力效应对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,首先研究了钢桥路面不平整度在假定的车辆和环境荷载条件下的劣化过程,得到路面不平整度从一个等级退化到另一个等级过程中通过的车辆数量;然后,分别建立桥梁和车辆的三维模型,根据车辆和桥梁接触点位移和作用力的关系构建车-桥耦合振动方程,并利用模态叠加技术和4阶龙格库塔方法在时域内对其进行求解。通过数值计算研究了根据美国AASHTO桥梁规范设计的5座不同跨径Ⅰ-型简支钢梁桥的主梁在不同路面不平整度下每辆车通过时承受的应力幅冲击系数和等效应力幅度个数。最后,通过考虑路面劣化过程中过往车辆对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,对AASHTO规范中疲劳动力冲击系数和应力幅个数这2个直接影响桥梁疲劳寿命的参数进行了优化设计,并探讨了如何借鉴此优化方法来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。结果表明:美国AASHTO规范里规定的疲劳冲击系数0.15适用于跨径大于23m的桥梁,而对短跨桥梁而言,需要采用更大的疲劳冲击系数;当桥梁跨径大于23m时,每辆车通过桥梁时主梁承受的应力幅个数设计值可取1,小于23m时可根据所提出的应力幅个数设计公式计算确定。该优化方法可用来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。     

横向联结系对中小跨径钢板组合梁桥稳定性能影响的分析

近年来,随着我国组合结构桥梁的迅猛发展,中小跨径钢板组合梁得到广泛应用。针对30~40 m的中小跨径四主梁钢板组合梁,通过有限元方法建立全桥三维空间模型进行稳定分析,研究横向联结系的设计参数(数量、截面尺寸和竖向位置)对于中小跨径钢板组合梁稳定性能的影响。计算分析表明,当钢主梁发生整体的弯扭失稳时,增加横向联结系数量、增大横向联结系构件截面、将横向联结系靠近受压翼缘布置等措施能够提高钢主梁稳定性;而当主梁受压翼缘受局部稳定控制时,改变横向联结系的设计参数对于钢主梁稳定性影响较小。     

考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析

分析钢梁桥腹板间隙的疲劳问题时,其应力通常是基于疲劳荷载作用下的静应力叠加一个动力冲击系数来确定。已有研究表明:规范中的疲劳冲击系数低估了实际路面状况下的车辆动力冲击效应,往往导致腹板间隙的实际疲劳寿命低于设计寿命。基于此现状,研究了在假定的车辆和环境条件下路面的退化规律。建立了几座不同跨径的简支Ⅰ型钢梁桥和疲劳车的三维模型,通过车桥耦合振动分析,研究了实际桥面状况下车辆荷载动力效应对腹板间隙产生的应力幅冲击系数,并评估了腹板间隙的疲劳寿命。结果表明:基于腹板间隙应力幅计算的冲击系数大于传统基于应力的冲击系数;美国AASHTO桥梁规范中采用的疲劳冲击系数在路面条件较差时低估了车辆荷载动力效应。最后提出了腹板间隙疲劳评估应力幅冲击系数建议取值。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究（双语出版）

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明：动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

公路钢拱塔斜拉桥车致振动试验与数值分析

为了研究沈阳市三好桥(公路钢拱塔斜拉桥)在汽车荷载作用下的动态响应,通过测试得到不同速度的车辆通过时桥梁的竖向振幅和冲击系数,通过数值分析得到不同阻尼桥梁相应的动态响应和动力放大系数。分析结果表明:桥面平整的桥梁可采用数值方法计算桥梁的动态响应及其动力放大系数;主梁的位移和弯矩的冲击系数与车速呈波动变化,塔根弯矩的冲击系数、斜拉索和水平索最大索力和应力幅的冲击系数随着车速的增大而增大;不考虑阻尼时,桥梁各响应量的冲击系数的值偏大;考虑阻尼比时,各响应量的冲击系数随着桥梁阻尼比的增大而减小;阻尼比较小的桥梁,阻尼比对其动力响应影响较小。     

车致疲劳损伤对钢-混凝土组合梁桥极限承载力可靠度的影响

钢-混凝土组合梁桥因其发挥了2种材料各自的优势,被广泛应用于中小跨径的桥梁结构中,而极限承载能力是评判其安全与否最直观的指标之一。为了对现役钢-混凝土组合梁桥的极限承载力进行更为准确的评估,提出一种确定钢主梁极限承载能力可靠度的新方法,该方法能考虑车辆荷载引起的疲劳累积损伤对钢主梁极限承载力的影响。首先建立了三维车桥耦合振动模型,并采用美国AASHTO桥梁设计规范中的Ⅰ形简支钢-混凝土组合梁桥、强度设计车辆荷载模型和疲劳设计车辆荷载模型作为算例进行分析。然后,基于建立的车桥耦合振动程序、S-N曲线和雨流计数法,获得不同桥面状态下强度设计车以不同车速过桥时产生的动力冲击系数和疲劳设计车以不同车速过桥时产生的疲劳损伤累积和最大应力,并根据卡方检验对在不同桥面状态和不同车速下获得的这3个参数的分布类型进行检验。最后,基于剩余强度理论,利用AASHTO规范中规定的桥梁承载力设计方程,建立能考虑桥梁全寿命周期内桥面处于不同状态时车辆过桥产生的累积疲劳损伤对钢主梁极限承载能力折减的极限状态方程,并以此对钢主梁极限承载力的可靠指标进行研究,获得其与疲劳设计车日均通行量的关系。研究结果表明：桥梁极限承载力可靠度会随着疲劳设计车日通行量的增大而降低;钢主梁疲劳累积损伤对其极限承载力折减具有重要影响。提出的方法为准确评估在役桥梁的极限承载能力提供了更为有效的途径。     

杭州湾跨海大桥车桥空间耦合振动参数分析

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统,引入车桥系统几何协调条件和力学平衡关系,采用含增量动力平衡迭代格式的Newmark-β方法编制了汽车-桥梁系统空间耦合振动分析程序,并采用弹簧质量系统匀速通过简支梁对程序的可靠性进行了验证。然后以杭州湾跨海大桥为工程实例,运用所编制程序详细研究了车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、不同路面粗糙度以及不同车速时车流通过桥梁时主梁跨中的动力响应和冲击系数。研究发现:主梁跨中冲击系数随着路面粗糙度变坏而明显增大,与车辆数目、车辆间距、车辆相向行驶以及车速没有必然联系。     

中小跨径公路坡桥车载响应分析

坡桥发生破坏的现象较一般普通桥梁严重,以20m简支空心板和4×25m连续小箱梁桥为对象开展了中小跨径公路坡桥动力特性及车载响应研究。首先建立了有限元分析模型,研究了简支梁桥、连续梁桥在不同支座布置及不同坡度下的自振特性;其次依据现行设计规范,分析了两种坡桥下的冲击系数随坡度的变化规律,最后基于车桥耦合振动原理,在挠度、弯矩时程曲线的基础上,给出了不同坡度下连续梁桥的冲击系数并与规范值进行对比研究。结果表明,坡桥振型与相应普通桥梁相同,支座的布置方式对桥梁的频率有一定影响,当支座水平方向设置时坡桥频率比相应普通桥梁的小,当支座垂直主梁方向设置时坡桥基频与相应普通桥梁相同;坡度对基于规范法计算的桥梁冲击系数影响很小,但车—桥耦合振动下坡度对连续梁桥冲击系数的影响较大。     

我国公路简支钢板梁桥合理截面的探讨

根据我国道路结构和公路荷载特点，对简支钢板梁桥的横断面布置、主梁截面形式、合理主梁高度和主梁跨径进行分析研究。给出了适合于我国典型道路构造的公路简支钢板梁桥的恒载弯矩和车辆荷载弯矩与跨径关系的近似公式以及应力控制设计的经济梁高和主梁挠度。     

移动车辆荷载作用下大跨径连续梁桥动力响应研究

针对移动车辆荷载作用下公路桥梁动力性能设计与评价方法不足的问题,以依兰松花江公路大桥为例,运用自编程序,分析不同车辆荷载工况下桥梁冲击系数与振动加速度等动力响应指标的变化规律。结果表明,冲击系数随车辆纵向间距与车速的变化规律一致,均呈波动上升趋势;多车道时,若桥面不平整度沿横向变化不明显则冲击系数与车道数基本无关;大跨径桥梁不同部位的冲击系数有别,现行规范所采用单一断面的冲击系数计算全桥设计荷载方法的合理性值得商榷;在固定车距下,冲击系数随着加载效率的增大而呈下降趋势;振动加速度与冲击系数具有高度相关性。本文所得结论为移动车辆荷载作用下桥梁动力性能设计与评价提供了一定的依据。     

城市高架简支预制槽形钢混组合梁荷载横向分布研究

本文以城市高架简支预制槽形钢混组合梁桥为研究对象,选取了桥面板与钢梁之间的滑移效应、跨间横梁的个数、桥面板板厚、桥梁宽度和跨径、以及主梁刚度等参数,应用有限元方法,全面分析了各因素对该桥型荷载最不利横向分布系数的影响。研究表明：组合梁的界面滑移效应对荷载最不利横向分布系数影响在5%以内;保证跨径一定,组合梁跨间横梁的个数对宽桥荷载最不利横向分布系数的影响在8%以内,对窄桥则更小;桥面板板厚的增加会使荷载横向分布更均匀,宽跨比越大的桥,板厚对最不利横向分布系数的影响越大;保证桥宽不变,随着跨径的增大,荷载最不利横向分布系数逐渐减小,主梁数相同时,随着宽跨比的增大,最不利横向分布系数逐渐增大。梁高的增加会使最不利横向分布系数更大,但最大增幅保持在5%以内。在今后的标准化设计中,可取某几种最不利参数将其余参数进行包络,从而节约设计成本、提高设计效率。