车辆荷载对山区悬索桥加劲梁疲劳损伤的影响

以某悬索桥为背景工程,建立了该桥对应的ANSYS全桥有限元模型,并以标准疲劳车分别对各车道进行了加载,找出了应力幅最大的主梁桁架杆件节点作为关键节点。根据该悬索桥的现场实测数据,分析了主梁关键节点的应力历程曲线,利用雨流计数法处理得到了该桥的疲劳应力谱。结合线性疲劳累积损伤理论,对该悬索桥关键节点疲劳寿命做出了简单预测,并根据交通量增长率变化情况,预测了该悬索桥的远期交通量发展情况以及加劲梁的远期疲劳寿命。研究表明,公路桥梁交通量的变化情况对主梁疲劳寿命的影响不可忽略;山区公路桥梁与城市公路桥梁的交通量变化趋势差别较大,且山区桥梁通行车辆中重车占比较高。     

悬索桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系设计优化

杭瑞高速岳阳洞庭湖大桥为(1 480+453.6)m双塔双跨钢桁梁悬索桥,主梁为采用了钢-STC轻型组合桥面的板桁结合型钢桁加劲梁,钢-STC轻型组合桥面支承体系由横向桁架支承及桥面纵、横梁支承组成。采用ANSYS软件建立主梁节段有限元模型,针对组合桥面支承体系,从横向桁架结构形式、桥面纵横梁体系及其结构尺寸等方面进行设计优化。结果表明,带竖腹杆的横向桁架结构形式在桥面刚度、构件应力水平方面均具有较大优势;多横梁体系桥面刚度大,桥面构件应力水平低,适用于钢-STC轻型组合桥面。洞庭湖大桥板桁结合加劲梁钢-STC组合桥面支承体系采用带竖腹杆的横向桁架,纵横梁支承体系采用在横向桁架竖腹杆位置设置边纵梁、次横梁间距2.8m的多横梁体系,能够很好地兼顾结构刚度、应力水平及钢材用量。     

桥面板对悬索桥钢管桁架梁受力的影响研究

以重庆市某钢管桁架梁悬索桥为工程实例,对按照截面特性计算、Midas/civil建模计算和荷载试验3种方法得到的中性轴y值进行对比分析,研究桥面板是否参与受力及对悬索桥钢管桁架梁受力的影响.结果表明,在活载作用下,主梁下挠时,局部桥面板会与桁架梁共同抗弯,使得主梁整体中性轴上移,上弦杆应力大幅度减小,下弦杆应力大幅度增...     

山区特大跨径悬索桥跨缆吊机受力研究

桁式加劲梁由于其竖向刚度大、透风性能好而在大跨悬索桥中被采用,但山区特大跨悬索桥的加劲梁架设施工工艺一直是困扰其应用发展的因素之一。跨缆吊机架设法因其高空作业少、施工周期短而被用于山区悬索桥的加劲梁架设。为了保证安全,以山区特大跨径悬索桥钢桁加劲梁的架设安装为背景,采用ANSYS建立了跨缆吊机钢桁架的有限元模型,并从强度、刚度和稳定性方面对钢桁架进行了分析研究。结果表明:在最不利荷载工况下,跨缆吊机的钢桁架强度满足要求,最大应力为157MPa;钢桁架稳定性满足要求,第1阶失稳系数为12.1。     

基于随机车辆模拟的钢桥面板焊接细节疲劳可靠度研究

为给钢桥面板焊接细节的设计及运营管理提供参考,针对随机车辆作用下的钢桥面板焊接细节,考虑交通量增长、车辆轴重的相关性和路表温度长期效应等因素的影响,进行了钢桥面板焊接细节的疲劳可靠度研究。基于某钢箱梁悬索桥WIM实测数据,分析了随机车辆各参数的分布特征,尤其是车辆轴重的相关性,采用能考虑轴重相关性的非参数核密度估计-Copula轴重抽样方法,编制了多参数随机车辆模拟程序;采用有限元法分析了路表温度、车辆轴重的相关性对疲劳荷载效应的影响;最后建立了基于疲劳损伤理论的功能函数,采用MC法进行疲劳可靠度计算,分析了交通量增长、轴重的相关性和路表温度长期效应对钢桥面板焊接细节疲劳可靠度的影响。研究结果表明:轴重具有多峰分布的特点,且轴重之间具有较强的相关性,模拟随机车辆时,如不考虑轴重的相关性,将会造成较大误差;路表温度变化主要影响钢桥面板焊接细节的应力幅,对循环次数和考虑车轮横向位置的应力幅折减系数影响不大,考虑路表温度长期效应的日等效应力幅,概率密度函数更具有多峰性质;考虑轴重相关性的日等效应力幅均值比不考虑轴重相关性的大;交通量增长对结构初期的疲劳可靠度指标影响不大,将造成结构后期的疲劳可靠度指标快速降低;考虑轴重相关性和路表温度长期效应均会降低钢桥面板焊接细节疲劳可靠度指标,而轴重相关性对疲劳可靠度指标的影响比路表温度长期效应更明显。     

降低钢桁梁悬索桥主桁疲劳应力幅的结构体系及其可行性研究

为降低带外伸跨的钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳应力幅,研究不同结构体系对主桁杆件疲劳应力幅的改善效果。从杆件疲劳应力幅和竖向刚度的角度给出最佳方案;并从线路坡度与曲率的角度,研究该方案对列车走行过程中线路的影响,进而确定方案的可行性。结果表明:去除桥塔处的刚性竖向支座,换成吊在主梁下弦节点的弹性吊索,能有效地降低桥塔位置处上弦杆和主梁梁端下弦杆的疲劳应力幅,且主梁的竖向刚度较理想,对列车走行线路影响很小。     

大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命评估

为了探明大跨径双层钢桁梁悬索桥主桁杆件疲劳寿命,以某双层悬索桥为工程依托,采用MIDAS/Civil建立双层悬索桥全桥空间有限元模型,以荷载影响线原理为依据,获得了主桁各杆件应力幅最大单元的位置。通过ANSYS Workbench数值模拟出钢桁梁焊接交叉部位过焊孔构造细节S-N曲线,并确定出200万次循环对应的疲劳强度。悬索桥计算模型中以中国最新公路规范中的标准疲劳车为加载车辆,探明了主桁杆件200万次等效应力幅,并与理论计算出的S-N曲线200万次疲劳容许应力对比。结果表明主桁杆件最大应力幅小于200万次循环对应的疲劳强度,主桁杆件疲劳寿命满足设计要求,为桥梁的安全运营提供理论依据和技术支持。     

大跨度钢桁梁斜拉桥主桁架动力效应分析

为研究在动力荷载作用下,大跨度钢桁梁斜拉桥主桁架的动力效应,将车辆模拟为弹簧-质量块模型,并以贵黔高速公路鸭池河特大桥为工程背景,基于Ansys瞬态分析功能建立了车辆匀速通过的有限元动力模型,分析了主桁架构件的响应情况,包括构件轴力变化幅度、下弦杆动应力及构件冲击系数。结果表明:不同位置构件的动力响应程度不同,主桁架中下弦杆轴力变化幅度最大,上弦杆次之,竖腹杆最小;上弦杆是对动力效应最为敏感的构件,且跨中构件的动静载的轴力变化幅度比值较其他位置大;跨中下弦杆应力时程曲线是在静力解曲线的基础上浮动,随着车速的增加,浮动的幅度也越大;动力荷载对主桁架构件的冲击作用十分显著,主桁架构件的冲击系数随车速增加而显著增大,高车速行驶时,跨中构件的冲击系数远大于规范计算值,在桥梁设计中宜对构件进行动力分析。     

大跨度板桁加劲梁悬索桥自振频率参数敏感性分析

板桁结构已逐渐成为西部地区大跨度桥梁主梁的主要形式之一,其构件尺寸大小对桥梁动力性能的影响研究较少。该文基于精细化有限元模型,以西部山区在建最大跨度悬索桥为工程背景,研究板桁加劲梁构件尺寸参数对结构自振频率的影响。采用Ansys平台建立三维板桁加劲梁悬索桥的全桥精细化有限元模型,计算全桥动力特性。并通过参数分析方法研究板桁加劲梁主要构件尺寸参数的影响,参数包括桥面板厚度、U肋厚度、主桁斜腹杆截面积、下平联斜腹杆截面积、弦杆截面积及下横梁截面积。分析结果表明:桥面板厚度和U肋厚度变化对结构动力特性影响较小,主桁斜腹杆截面积和下横梁截面积变化对动力特性几乎没有影响,下平联斜腹杆截面积变化对1阶正对称扭转频率和1阶反对称扭转频率的影响十分显著,弦杆截面积变化对1阶反对称横弯频率和1阶正对称扭转频率有明显影响。     

大跨窄面悬索桥抖振时域精细化分析

以主跨278 m,桥面宽4 m的钢桁架加劲梁窄面悬索桥为工程背景,对大跨窄面悬索桥的风致抖振响应进行了有限元仿真模拟分析,并对可能影响桥梁抖振响应的几个关键的影响因素进行了分析,研究了大跨窄面悬索桥的抖振响应特点,得出结论:对于大跨窄面悬索桥结构,在动力时程分析过程中考虑大变形效应,结构主梁的抖振响应脉动幅值均变小,且...     

基于有限元方法的复合钢混凝土桥梁热点应力分析研究

通过建立复合钢混凝土疲劳危险部位焊接构件的三维有限元模型,围绕桥梁交通荷载作用下局部热点应力和疲劳损伤累积进行分析,获得合适的在役钢-混凝土桥梁关键焊接构件的疲劳损伤评价方法。研究结果表明:采用大桥有限元模型进行动力特性分析,模型计算固有频率和实测值最大误差在10%以内,计算的动力特性和设计测试阶段特性相符;钢混凝土桥梁纵向加劲桁架细节热点应力区域出现在上下弦杆与对角撑、盖板连接处,与焊缝构件最大疲劳损伤位置一致,主梁框架热应力出现在靠近公路外侧梁腹板连接处;通过线性米勒准则获得的疲劳损伤累积呈线性变化,在高周疲劳损伤初期损伤率增长较慢,后期较快,适用于在役结构疲劳寿命评价。     

钢桁腹预应力混凝土组合箱梁桥基本力学性能研究

钢桁腹预应力混凝土组合箱梁桥是一种采用钢桁式腹杆代替混凝土腹板的新型组合结构桥梁,能够充分利用混凝士的抗压和钢材的抗拉性能.以一座钢桁腹预应力混凝土组合箱梁桥为工程背景,运用有限元软件ABAQUS进行数值分析,研究了典型截面的混凝土顶底板的剪力滞效应、钢桁腹的应力等基本力学性能.研究表明:荷载作用下全桥的各个截面均存在正应力分布不均匀的现象;桥梁的约束情况对剪力滞的影响较大;除了桥梁跨中个别节点外,其他节点两个钢桁腹杆分别承受压力和拉力.     

厦漳跨海大桥南汊主桥高低腿龙门吊设计

厦漳跨海大桥南汊主桥为(135+300+135)m组合梁斜拉桥,采用龙门吊起吊预制桥面板、斜拉索等构件(最重构件重约25 t).为确保起吊顺利实施,设计吊重30 t高低腿龙门吊(Q235B钢),吊机重10 t;高腿长72.5 m,低腿长5.1m,由钢管拼装、焊接而成;2组贝雷主梁各由3片贝雷桁架组成,跨径36 m.采用ANSYS软件分析贝雷主梁变形和应力,得出最大应力为154.7 MPa,跨中最大下挠73.4 mm,贝雷主梁强度、刚度满足要求;龙门吊抗倾覆计算结果表明,纵向整体稳定性系数为10.9,横向整体稳定性系数为1.72,均大于规范规定的1.2,龙门吊整体稳定性满足要求;采用MIDAS软件计算的高腿稳定性安全系数为10.04,且最不利杆件的临界荷载远大于设计荷载,说明高低腿龙门吊结构设计安全、合理.     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

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。     

重庆朝天门长江大桥主桥设计与技术特点

重庆朝天门长江大桥主桥采用(190+552+190)m中承式连续钢桁系杆拱桥结构,为双层桥面布置的公轨两用大桥。主桁拱肋为变高度N形桁式,中跨布置双层系杆。主桁构件选用3种不同材质,部分采用了变宽(高)度杆件。中间支承节点采用整体节点,其余均采用拼装式节点构造。上层系杆采用钢制杆件,下层系杆采用组合式系杆,吊杆采用高强度平行钢丝索。桥面系采用公路为正交异性钢桥面板、轻轨为纵横梁体系的组合式桥面结构。主梁边跨采用临时墩辅助的伸臂法架设,中跨采用扣索塔架辅助全伸臂安装,先拱后梁,在跨中合龙。     

基于健康监测的自锚式悬索桥钢箱梁细节疲劳可靠度研究

为了研究大跨度自锚式悬索桥的钢箱梁构造细节在随机荷载作用下的疲劳可靠度,以国内最大跨度的独塔自锚式悬索桥平胜大桥为工程背景,在健康监测应力数据的基础上,采用疲劳可靠度理论对其钢箱梁桥面板构造细节疲劳性能进行了研究。首先基于Palmegren-Miner线性累积损伤准则建立了疲劳可靠度的极限状态方程,其次基于平胜大桥健康监测的典型应力和温度数据建立了疲劳应力谱,最后分析了不同交通量增长系数下平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠度。研究结果表明:平胜大桥钢箱梁的应力数据具有低应力和高循环的特点,可基于Erucode规范和等效损伤得出等效应力幅值;平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标为5.274;当交通量增长系数分别为0、0.1和0.2时,平胜大桥钢箱梁细节疲劳可靠指标在100 a后分别下降为2.305、1.681和1.395;交通量增长系数在前期对疲劳可靠指标的影响较小,而后期对疲劳可靠指标的影响较大。     

Puente-Duarte悬索桥的检测与加固

介绍了Puente-Duarte悬索桥的检测、评估以及加固设计。该桥为双向4车道，由钢桁架加劲梁和混凝土桥面板组成，支撑在钢结构桥塔上。由于该桥的主要结构如桥塔和主缆都存在很大程度的锈蚀和破坏，所以在加固的同时很多部分要进行更换重修。主塔通过贴补加强钢板并把一部分荷载传递到新增加的截面上来减少构件应力；更换主缆和锚碇结构；主跨桁架要调整线形和贴补钢板；边跨桁架和墩柱也要做加固处理。     

基于数值仿真的钢桁桥疲劳分析及剩余寿命评估

我国在桥梁建设早期,修建了大量钢桁架桥梁。随着我国交通事业的快速发展,车辆数量和载重量都有较大增加,有些老桥在重载反复作用下出现了严重的疲劳现象。结合重庆嘉陵江牛角沱大桥实际工程,采用MidasFEA有限元软件,对节点和杆件进行数值模拟,分析对比应力在未修正和修正情况下的疲劳循环次数,并利用杆件的疲劳应力谱和应力-寿命（5-N）曲线计算桥梁的剩余寿命。     

重庆鹅公岩轨道专用桥索梁锚固结构精细化分析

悬索桥中的钢锚箱是连接钢梁和缆索的重要构件,必须保证在最不利情况下钢锚箱不发生破坏。对重庆鹅公岩自锚式悬索桥主梁钢锚箱进行了局部精细化应力分析,尤其对钢锚箱与箱梁边腹板焊接部位的焊缝应力和边腹板的层状撕裂可能性进行了详细分析;对明显影响连接焊缝应力和边腹板层状撕裂的因素进行了参数优化分析,并确定了最优板件尺寸。