钢-混凝土简支组合箱梁桥在车辆荷载作用下的动力响应及冲击系数研究

由于钢-混凝土组合箱梁桥比同跨度的混凝土梁桥要轻,因此在车辆荷载作用下,车桥动力相互作用更加明显。为了更精确地分析其动力响应及冲击系数,采用ANSYS软件建立了钢-混凝土简支组合箱梁桥的车桥有限元模型,分析了不同车辆荷载作用下简支组合箱梁桥的动力特性;根据简支梁跨中的最大动位移与最大静位移之比,计算了不同结构参数下钢-混凝土简支组合箱梁桥的冲击系数。结果表明：在常见速度范围内,车辆过桥速度对冲击系数的影响总体呈上升趋势;对于同等跨度桥梁,双轮荷载激起的桥梁最大跨中挠度和冲击系数均比单轮荷载作用时小,但前者引起的跨中最大加速度远大于后者,且这种现象随荷载过桥速度的增大而明显。说明对于质量相对较轻的公路钢-混凝土组合箱梁桥,在冲击系数的确定中应考虑较高速度下不同车辆模型的影响。     

不同斜交角度简支T形梁桥的基频计算及试验分析

以某装配式后张法预应力混凝土简支斜交T形梁桥为工程实例,采用Midas Civil软件建立空间梁格模型,对不同斜交角简支T形梁桥的动力特性进行分析,提出斜交T形梁桥的基频随斜交角度变化的计算修正公式。分析表明:当斜交角小于20°时,竖向频率可以按照正交桥计算,当斜交角度为20°~55°时,频率与正交桥差异相差很大,计算冲击系数明显增大,直接影响桥梁结构内力设计。因此,在斜桥设计时必须引起足够重视。通过现场动荷载试验测试得出基频与拟合公式计算结果十分接近,说明该拟合公式能够较准确计算斜交T形梁桥的竖向基频值。     

不同斜交角度简支T形梁桥基频计算与试验

以某装配式后张法预应力混凝土简支斜交T形梁桥为工程实例,采用MIDAS Civil软件建立空间梁格模型,对不同斜交角简支T形梁桥的动力特性进行分析,提出斜交T形梁桥的基频随斜交角度变化的计算修正公式。分析表明:当斜交角小于20°时,竖向频率可以按照正交桥计算,当斜交角度为20°~55°时,频率与正交桥差异相差很大,计算冲击系数明显增大,直接影响桥梁结构内力设计。因此,在斜桥设计时必须引起足够重视。通过现场动荷载试验测试得出基频与拟合公式计算结果十分接近,说明该拟合公式能够较准确计算斜交T形梁桥的竖向基频值。     

莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频研究

为研究莫-喀高速铁路简支箱梁竖向下限基频,通过理论公式计算预应力混凝土简支箱梁的竖向基频,建立有限元模型,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,确定梁体容许动力系数;基于移动荷载模型进行动力仿真分析,得到列车作用下简支箱梁的实际动力系数;提出了设计速度250、300、350 km/h和400 km/h简支箱梁竖向自振基频的下限值. 研究表明:梁体动力响应幅值均在其一阶竖弯频率出现波峰;通过调节桥梁的竖向自振基频,避开列车对桥梁的竖向激振频率可以有效降低振动波峰;建议设计速度250、300、350 km/h和400 km/h跨度33.1 m预应力混凝土简支箱梁竖向自振基频分别为3.02、3.63、4.08 Hz和4.68 Hz.      

基于玄武岩纤维布的在役简支板桥静动载试验研究

玄武岩纤维复合材料(BFRP)具有较好的力学性能及耐久性,在桥梁加固领域得到了推广应用.为评价粘贴BFRP布对在役简支板桥的加固提升效果,以经BFRP布加固的在役简支板桥为研究对象进行静动载试验.通过静载试验测得控制截面的应力状态和挠度变形,通过环境激励试验、行车试验研究桥梁的自振特性以及在不同车速下结构的冲击系数.研...     

斜交空心板桥的动力特性分析

以106国道上某桥为背景,建立简支斜交空心板桥空间有限元模型,计算不同斜交角度下的频率值,根据计算数值结果,采用最小二乘法进行基频规范公式修正,得到角度修正后斜交空心板桥的基频计算公式,修正公式准确计算出斜交空心板桥的基频值。同时分析预应力钢筋效应对斜交空心板桥的频率影响。     

连续梁在行驶车辆作用下的动态反应

把桥梁和车辆看作两个分离体系,把车辆视为二维非线性模型,并考虑到桥面的路面不平度影响,应用虚功原理和模态叠加法分别建立振动方程,在车辆与桥梁接触点采用接触力和位移协调的条件,利用迭代技术求解二者之间的相互作用力。以一座三跨连续梁为例,计算了该桥的动挠度曲线和相应的冲击系数。结果显示车辆在边跨行驶时中跨跨中截面的冲击系数要远大于车辆在中跨行驶时的冲击系数,桥梁在车辆动荷载作用下的冲击系数与车辆动力特性、车速、桥梁动力特性以及路面不平度等密切相关,仅仅看作桥梁基频的函数是过于简化的。     

汽车荷载作用下空心板桥空间动力冲击效应

根据空心板桥结构特点,运用梁壳组合模型和铰接梁模型模拟空心板桥,考虑桥面不平顺影响,建立三维车桥耦合振动模型分析空心板桥动力特性,研究不同车速、行车道位置及路面状况对空心板桥冲击系数的影响,并将理论值与实测值进行对比.研究结果表明：空心板桥动力特性梁壳组合模型与实测值更接近;车速在12～16 m/s时,空心板桥位移冲击系数随速度有明显共振节拍,随着路面不平顺恶化,速度节拍影响不明显;位移冲击系数与应变冲击系数并不完全一致,跨中位移冲击系数略大于应变冲击系数,1/4位置应变冲击系数略大于位移冲击系数;实测与数值模拟的空心板桥冲击系数均满足现行规范要求.     

无缝化改造的空心板桥受力性能

对某多跨空心板桥进行了无缝化改造, 简支板改为双排支座连续板, 桥台改为延伸桥面板桥台, 取消了全桥的伸缩装置; 测试了实桥静动载, 研究了无缝化改造后的多跨空心板桥受力性能; 应用有限元模型, 计算了结构受力、承载力、引板受力及单、双排支座对结构力学性能的影响。测试结果表明: 无缝化改造后的桥梁实测基频为8.60Hz, 高于改造前的5.37Hz, 4种车速下实测冲击系数最大值为1.11, 小于《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2004) 的计算值1.36, 应变与挠度校验系数均小于0.95, 因此, 无缝化改造提高了全桥整体性能, 改善了行车条件。有限元分析结果表明: 无缝化改造后桥梁基频的计算值为8.48Hz, 实测基频与计算基频比值为1.01, 因此, 改造后桥梁功能状况良好; 跨中截面的正弯矩明显降低, 第2跨跨中降幅最大, 达15.6%, 但内支座处出现了负弯矩, 同时剪力增大, 最大增幅为18.2%;跨中挠度明显降低, 以第2、3跨降幅最大, 达35.5%, 桥梁整体刚度明显提高; 最大裂缝宽度计算值为0.15mm, 小于《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 (JTG D62—2004) (简称《桥规》) 规定的0.20mm, 承载力、挠度和裂缝宽度验算均满足《桥规》要求; 支座排数对上部结构的受力影响较小, 采用双排支座是可行的; 引板与地基的摩擦因数对引板和铺装层轴向力影响较大, 对弯矩影响较小; 引板和铺装层最大拉应力分别为0.87、1.25MPa, 满足设计强度要求。      

空心板桥梁铺装层受力特性分析

为了研究铺装层厚度、弹性模量和行车荷载对桥面铺装层受力特性的影响,以实际工程为背景,采用有限元软件ANSYS建立了简支空心板桥的有限元分析模型,通过改变桥面铺装层厚度、弹性模量、超载系数和水平荷载,以此来研究简支空心板桥梁铺装层应力分布。分析结果表明,铺装层内应力随铺装层厚度增大而减小,随弹性模量的增大而增大;在弹性范围内,铺装层内应力随超载系数的增大呈线性增长趋势,增大动摩擦系数,剪应力增大最为明显,横桥向和纵桥向最大拉应力基本无变化。     

顺向斜风作用下桥面运动车辆气动特性试验研究

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响. 结果表明:移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.      

转向工况的整车悬架动力学仿真

建立了被动悬架的整车模型,并用MATLAB软件对不同车轮转角和不同车速的悬架振动进行了仿真。仿真结果表明,随着车轮转角增大,车辆横摆角速度、侧倾角、垂向振动加速度增大;随着车速的增大,横摆角速度的超调量增大。仿真为整车悬架参数的设计和减振控制提供了依据。     

地铁弹性短轨枕轨道的钢轨波磨萌生原因

为探明我国某地铁线路弹性短轨枕轨道曲线钢轨短波长波磨萌生原因，采用现场试验和数值仿真方法对其开展了研究. 首先，通过现场试验确定钢轨波磨波长与轨道动态特性对应关系；其次，利用车辆-轨道耦合动力学模型计算轮轨接触参量，通过力锤敲击法获得现场轨道导纳特性；最后，基于轮轨接触参量和轨道导纳结果，建立钢轨波磨频域线性分析的数值模型，模拟弹性短轨枕轨道频域下曲线钢轨磨损率特征，分析了弹性短轨枕轨道萌生特定波长波磨原因. 研究结果表明:地铁弹性短轨枕轨道钢轨波磨主要出现在半径小于等于800 m曲线段，低轨波磨程度更为显著，波长为50～160 mm，通过频率为140～280 Hz；轨道在160～210 Hz频率范围的模态振型表现为钢轨和轨枕一起相对轨道板垂向弯曲振动，在250～300 Hz频率范围的表现为钢轨和轨枕垂向反向振动，波磨通过频率与该轨道的160～300 Hz共振频率相近. 弹性短轨枕轨道特定波长波磨萌生主要与其轨道垂向固有特性相关，其波磨特征为频率固定型，波磨波长随车辆运行速度变化而变化.      

整体式斜交连续梁桥抗震性能

采用SAP2000软件建立了某整体式斜交连续梁桥的三维有限元模型,通过非线性时程分析,研究了整体式斜交连续梁桥在地震作用下的受力特性及抗震性能,并探究了跨数、斜交角、台后土密实度和墩高等主要结构及基础参数对该类桥梁地震响应的影响。研究结果表明:整体式斜交连续梁桥中震害变形主要集中于桥台桩,桩顶截面在峰值加速度为0.4g的地震作用下形成塑性铰时,墩顶支座无破坏,且桥墩几乎无损伤;桥台桩位移及纵桥向弯矩的最大值均位于桩顶,而横桥向弯矩最大值可能位于桩顶或桩身反向弯矩峰值处;随着跨数的增加,整体式斜交连续梁桥的地震响应尤其是墩顶支座剪切应变及桥面转角明显增大,当跨数由单跨增加到4跨时,地震响应均增加了1倍以上,墩顶支座剪切应变甚至增加近2倍;随着斜交角的增加,桩顶纵桥向位移、桩顶截面屈服面函数值及中跨转角明显增大,斜交角为60°时,桩顶纵桥向位移增加了3倍以上,斜交角为45°时,墩顶支座剪切应变最大;随着台后土密实度的增加,各构件纵桥向位移响应与墩顶支座的纵向剪切变形降低,桥台桩、桥墩纵桥向位移及墩顶支座纵向剪切变形分别减小了12.9%、9.3%和9.5%;随着墩高的增加,墩顶位移明显增加,而支座剪切应变明显降低,但桩顶位移及桩顶截面屈服面函数值几乎不变;当墩高从4 m增大到9 m时,墩顶漂移率增大了42.1%,墩顶支座剪切应变减小了57.5%。      

高速动车组柔性转向架蛇行运动频谱分析

为分析高速动车组在不同运行速度下的转向架蛇行运动频谱,推导了自由轮对蛇行运动模型,建立了与纵向、横向速度和摇头角速度相关的3个一阶微分方程;建立了柔性转向架蛇行运动模型,给出了与轮对和构架的横移和摇头自由度相关的9自由度蛇行运动方程;结合车辆悬挂和实测轮轨接触关系等参数,联立自由轮对蛇行运动方程,求解不同轮对初始横移下...     

在役混凝土简支梁有效预应力计算

为了对在役混凝土桥梁结构永存预应力和实际承载能力进行评估,用后张法测试混凝土简支梁在不同预应力值作用下的自振频率和在相同预应力值、不同竖向力值作用下的挠度,以混凝土简支梁的振动基频随预应力作用值的增大而有规律地增大为基础,回归出简支梁的有效刚度与预应力函数表达式,计算出PC简支梁的挠度计算值,并与试验测试挠度值进行了比较。结果表明,在混凝土受拉区开裂前,T型梁和实心板梁的计算结果误差均不超过10%,其中实心板梁有80%的测试数据误差在±5%以内;空心板梁的计算结果误差不超过15.71%,有73.3%的误差不超过10%;用实测简支梁基频和挠度可推算出简支梁的有效预应力,可进行预应力混凝土结构的安全评估。     

关于公路桥梁冲击系数的探讨

参照简化的车辆模型和桥梁模型建立车-桥相互作用的数学模型,给出在移动车辆荷栽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,研究表明,连续粱桥各控制截面起主要作用的模态并不都一样;另外,数值分析表明,对于连续梁桥,冲击系数公式仅考虑桥梁第一阶频率是不合理的。     

铁道车辆振动响应特性

为改善车辆的乘坐舒适性,研究了车辆的振动响应特性,建立了车辆系统动力学模型,计算了转向架蛇行运动模态和车体固有振动模态的频域模态参数与车辆在不同速度下的时域平稳性指标。计算结果表明:转向架蛇行运动频率和轨道激扰主频率随着车辆运行速度的增大而增大,而车体的固有振动频率是不随速度而变化的;在某一速度下,转向架的蛇行运动频率和轨道激扰主频率必然与车体相关振动的固有频率接近而发生共振,共振会严重恶化车辆的平稳性,因此,应采取适当措施使共振速度区远离车辆的常用运行速度,以保证车辆运行平稳。     

跨座式单轨列车走行轮轮胎的不均匀磨损

为了优化跨座式单轨列车走行轮轮胎不均匀磨损性能，在运行工况分析基础上建立了走行轮轮胎有限元模型；结合走行轮磨损特性评价指标，建立了一套新的走行轮磨损间接评价方法，该方法以侧偏角和侧倾角为设计变量，通过探索走行轮轮胎侧偏角、侧倾角及其组合对走行轮轮胎磨损与不均匀磨损的影响对车辆二系悬挂参数进行优化，减轻走行轮轮胎磨损. 研究结果表明:优选前，转向架（以前转向架为例）中前、后排走行轮轮胎侧偏角分别为0.5°、0.3°、?0.4°、?0.2°；优选后，转向架中前、后走行轮轮胎侧偏角为0.2°、0.2°、?0.2°、?0.2°；车辆结构参数中二系悬挂横向刚度、垂向刚度对走行轮各轮胎不均匀磨损的影响较大，且选取合适的参数值在一定程度上能够减轻走行轮各轮胎不均匀磨损.