随机车流作用下斜拉桥主梁位移首超动力可靠度研究

将随机车流模型在桥梁工程的确定性分析扩展至建立动力响应的概率模型,提出了基于位移首超破坏准则的随机车流作用下斜拉桥主梁位移首超动力可靠度分析方法。某大跨度斜拉桥在车辆荷载作用下主梁跨中位移的数值分析结果表明了该方法的适用性。研究结果表明:随机车流模型包含了车辆的概率分布特征,结合桥梁的有限元数值分析可建立桥梁动力响应的概率分布模型;随机车流作用下斜拉桥的位移响应为非零均值的高斯平稳随机过程,符合基于首超准则的Possion分布假定;车辆荷载作用下斜拉桥位移首超失效事件主要是由于密集运行车辆导致,密集运行车辆的占有率对桥梁动力可靠度影响显著。     

基于POT理论的城市桥梁车辆荷载效应研究

车辆荷载效应是桥梁设计中重要的技术指标之一,是对拟建桥梁荷载取值和现有桥梁安全性评估的重要依据。结合调查地区的车辆荷载数据,提出了相应的车辆荷载模型,运用蒙特卡洛法模拟密集和拥堵运行状态下荷载流,以各跨径简支梁桥(10～60m)跨中弯矩值为研究对象,进行影响线加载计算;运用Peak Over Threshold(POT)理论对效应尾部数据进行分析,由极值理论外推得不同设计基准期内车辆荷载效应值,并与《城市桥梁设计规范CJJ11-2011》规范值作对比分析,结果表明:密集运行状态下不同设计基准期内外推值是规范值的1.13～1.38倍,拥堵运行状态下是规范值的1.18～1.46倍。     

大跨度斜拉桥多维多点随机地震激励响应分析

为研究大跨度斜拉桥地震激励下的平稳随机响应规律,以某大跨度斜拉桥为例,用ANSYS软件建立了三维有限元分析模型.考虑地震动的多维性、行波效应、部分相干效应及局部场地效应对主梁及主塔位移和内力随机响应的影响,用该模型分析了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的响应.研究结果表明:相对于一致激励,大跨度斜拉桥在多维多点激励下的结构响应显著增大,主梁的纵向位移增大了约2.3倍,①号塔顶的纵向位移和塔底横向弯矩分别增大了约2.2和2.3倍;仅考虑一致地震激励不能保证大跨度斜拉桥的结构安全;考虑行波效应时斜拉桥的地震响应减小,相干效应较小可忽略,软场地条件下结构的地震响应更大.      

不同合龙顺序下大跨径连续刚构桥力学行为

为探讨不同合龙顺序对连续刚构桥力学性能的影响,以某4跨连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,对比分析边中跨同时合龙与边中跨依次合龙时主梁应力、线形及墩顶截面弯矩值。计算结果表明:在成桥及10 a收缩徐变工况下,不同合龙顺序对主梁应力影响轻微,在实际工程中可忽略不计;采用边中跨同时合龙时,主梁最大竖向变形比依次合龙时明显增加,墩顶截面弯矩也有一定幅度增大。     

重载交通下空心板桥梁承载能力安全性

基于河北省宣大高速长达18个月的动态称重数据,从中分离出特重车辆荷载数据,分析了车辆的质量、速度、到达时间与位置等关键荷载参数的分布特性;提取了特重车辆典型车型,分析了各车型轴重分布;采用桥梁动力分析系统对883个特重车辆荷载工况进行动态可视化仿真,通过空心板桥结构响应与设计汽车荷载效应的对比,分析了特重车辆荷载与设计汽车荷载的差异,并通过考虑恒载效应与特重车辆荷载效应的组合,研究了重载下空心板桥梁的承载能力安全性。分析结果发现:正弯矩效应极值与设计值之比达到了2.09,剪力效应极值与设计值之比达到了1.97,说明实际中最大特重车辆荷载已明显超越设计汽车荷载;正弯矩效应均值、剪力效应均值与设计值之比接近1.0,说明实际中平均特重车辆荷载与设计值比较接近;抗弯与抗剪承载力评估指标分别在0.50、0.40上下浮动,其极值分别在0.72、0.50上下浮动,说明按照当前设计水平建造的空心板桥梁能够满足重载交通下的运营安全性,抗弯承载能力较抗剪承载能力具有更大的冗余度;承载能力评估指标随跨径变化未出现明显的增减趋势,说明冗余度水平随跨径的增大基本保持稳定。     

超重车模型及多-单车道荷载效应

为获取超重车主要参数特性以及典型超重车模型,计算并对比多车道和单车道上超重车纵横向并行引起的荷载效应,收集了美国加州历时3 a的动态称重（weight-in-motion,WIM）数据,以加州交通厅许可荷载车模型为参照,提取实测超重车数据,分析了超重车辆荷载构成特点,建立了典型超重车辆模型. 分别计算了多、单车道超重车荷载效应,并将两者与现行的中国JTG D60—2015规范和美国AASHTO （American Association of State Highway and Transportation Officials）规范进行了对比. 结果表明:多车道叠加荷载效应较单车道以及中美规范值都大得多,单车道荷载效应与规范值相近或略高一点;多-单车道跨中弯矩最大比值为2.05倍,平均比值为1.65倍;剪力最大为2.05倍,平均为1.70倍.      

某跨海大桥运营期交通特性及荷载效应研究

通过对某跨海大桥1个月的WIM数据进行统计,分析了运营阶段的交通组成特性及其规律,讨论了车辆荷载和车队荷载特性、多车道汽车荷载的横向分布规律。以该跨海大桥双塔三跨斜拉桥结构的关键截面为分析对象,研究了在实测车流荷载作用下的效应分布特征,并与现行设计规范的汽车效应标准值进行对比。结果显示:车头间距和时距与小时交通量呈现出二项指数函数关系;由于不同轴型车辆对行驶车道选择的倾向性,导致各车道汽车荷载水平分布存在明显的差异,单个重车车道效应极值大于规范值,而多车道总体效应小于规范值。探讨了现行规范在多车道荷载折减问题和大跨径桥梁汽车荷载效应计算模式上的不足与建议。     

风和随机车流下悬索桥伸缩缝纵向变形

为动态仿真与评估运营阶段风和随机车流联合作用下大跨钢桁悬索桥伸缩缝纵向变形, 建立了风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统; 基于已有单主梁风-车-桥耦合振动分析系统, 引入弹簧单元模拟伸缩缝, 并从车-桥耦合关系和钢桁梁横断面风荷载精细化加载2个方面将分析系统从单主梁提升为梁格法; 基于监测数据仿真重现了交通流荷载, 采用建立的分析系统计算了一座典型大跨钢桁悬索桥伸缩缝在随机车流作用下的动态位移时程响应, 获取并验证了累计位移与交通流质量的相关关系; 以滑动支承耐磨材料厚度为评估指标确定了伸缩缝累计位移临界值, 评估了伸缩缝的正常工作寿命; 在不同风速和随机车流作用下对伸缩缝纵向变形性能进行了参数敏感性分析。分析结果表明: 伸缩缝在随机车流作用下的时位移极值远小于设计允许伸缩范围-880~880 mm; 伸缩缝累计位移与其对应时段内的交通流荷载具有正相关性; 在风与随机车流联合作用下, 风速小于15 m·s-1时, 影响伸缩缝纵向变形的主要荷载因素为随机车流, 风速大于15 m·s-1时, 主要荷载因素为风荷载; 伸缩缝时位移极值与时累计位移随风速的增大均呈增大趋势; 当风速增大至20 m·s-1时, 风荷载产生的伸缩缝纵向变形近似为车流荷载下的2倍; 建立的风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统可为运营荷载下伸缩缝纵向变形的动态仿真与性能评估提供数值分析平台。      

三塔斜拉桥多点激励地震反应特性分析

以某空间框架式索塔3塔连续梁支承体系斜拉桥为例,采用多点时程反应分析方法研究了纵向和横向多点激励（仅考虑行波效应）对该类型桥梁地震响应的影响。研究结果表明：纵向多点地震激励下,行波效应对3塔斜拉桥中塔受力影响较小,边塔较大;同样,行波效应对两中跨主梁影响相对较小,两边跨则较大。横向多点地震激励下,无论是对于3塔斜拉桥中塔还是边塔,行波效应对于主塔受力是有利的,随着行波波速的降低,主塔响应呈下降趋势,对主梁来说,则可能放大主梁地震响应;存在一个最不利行波波速,在该行波波速下,结构响应取最大值。     

城市桥梁在拥堵车辆作用下的荷载效应

通过对大城市交通拥堵和城市道路的车流分布特点的分析,模拟了车辆拥堵状态下的车辆荷载模型,然后选取了一座具有代表性的桥梁来展开研究,计算桥梁在不同的拥堵荷载模式下的荷载效应,包括梁体弯矩和剪力的变化规律,并将计算结果与设计状态下的荷载效应相比较,从而反映和揭示桥梁的实际受力状况.研究发现,小轿车拥堵、大客车拥堵以及小轿车和大客车混合拥堵所产生的荷载效应均小于设计荷载效应;而拥堵车辆中包含重车时所产生的荷载效应均可能大于设计荷载效应,对桥梁结构安全构成直接的威胁.     

千米级斜拉桥主梁挠度非线性随机静力分析

采用响应面法对千米级斜拉桥主梁最大挠度进行静力可靠度分析,考察主梁最大挠度随结构材料、几何尺寸及外荷载等不确定因素的变异而发生变化的规律。算例研究表明,主梁挠度可靠指标对各随机变量平均值和标准差的敏感程度不同。同其它随机变量相比,斜拉索弹性模量变异对千米级斜拉桥主梁挠度影响最为显著。主梁截面面积变异对千米级斜拉桥主梁挠度具有显著的影响,但与对千米以下斜拉桥主梁挠度的影响规律不同。     

大跨钢-混凝土结合梁斜拉桥传力机理

为探讨大跨结合梁斜拉桥中钢主梁与混凝土板的传力机理,采用梁段模型试验与有限元数值分析相结合的方法,对观音岩长江大桥主梁的受力性能进行了研究.用有限元软件ANSYS建立标准梁段的空间有限元模型,对不同组合荷载作用下结合梁的应力分布进行了弹性分析;考虑材料的非线性特性和剪力钉荷载-滑移的非线性关系,对设计荷载组合下结合梁的力学行为进行了弹塑性分析.在此基础上,采用1:2的缩尺比例进行模型试验研究,测试了不同荷载组合下结合梁截面的应力.研究结果表明:在设计荷载组合作用下,混凝土板与钢主梁间的相对滑移较小,剪力钉能有效抗剪,保证结构整体受力性能的要求;结合梁截面应力基本满足平截面假定,钢主梁以抗弯为主,混凝土板承担较大截面压力.      

大跨度混合梁斜拉桥参数敏感性分析

为了提高大跨度混合梁斜拉桥的施工控制精度,通过计算比较梁重、斜拉索张拉力、斜拉索的刚度等设计参数在成桥时对主梁挠度、主梁应力和索力的影响程度,分析了各设计参数的敏感性．计算结果表明,大跨度混合梁斜拉桥主要设计参数有梁重和拉索张拉力,而索的刚度对成桥状态影响不大．通过修正主要设计参数,同时忽略次要设计参数的影响,对荆岳长江公路大桥进行施工控制．成桥测试结果表明,拉索索力与成桥线形状况良好,均在误差控制允许的范围内,其中索力误差小于5％,主梁标高偏差小于65mm．     

大跨高墩连续刚构桥内力状态及其对地震反应的影响

为研究实际施工过程和混凝土收缩徐变对连续刚构桥成桥内力状态的影响以及不同内力状态下主桥的地震反应差异,以某大跨高墩连续刚构桥为背景,建立了MIDAS/Civil施工阶段分析模型,并讨论了各施工因素对主桥内力状态的影响;基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥的内力等效荷载计算方法,通过将主桥内力进行分解,以若干简单的内力等...     

半整体式桥台无伸缩缝桥静力分析

为了克服桥梁伸缩缝病害,考虑了桥梁上部结构、下部结构和基地土的共同作用,建立了半整体式桥台无伸缩缝桥的静力计算模型。以一座长100 m PC连续箱梁桥为例,对该桥在重力、车辆和季节性温度变化荷载作用下进行了弹性大变形分析,对相应的有伸缩缝桥和整体式桥台无伸缩缝桥分析结果进行了对比。结果表明:半整体式桥台无伸缩缝桥主梁的弯矩、剪力、挠度和下部结构的轴力与有伸缩缝桥接近,但主梁中出现了轴力,下部结构弯矩和剪力较有伸缩缝桥大,说明半整体式桥台无伸缩缝桥消除了伸缩缝的病害,结构整体刚度大,是一种有应用推广价值的桥型。     

JQ900A型架桥机通过万宁2号拱桥方案研究

介绍了万宁2号特大桥上JQ900A架桥机和KSC900运梁车过桥施工方案,采用结构分析程序对主梁的结构受力进行分析,计算了不同工况下主梁顶板、底板的应力,计算分析结果表明：抗裂安全系数均大于1．1,最大弯矩处的截面强度安全系数大于2．2,过桥方案是合理可行的。     

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。     

斜拉-悬索协作体系桥的温度效应分析

对自锚式和地锚式2种斜拉-悬索协作体系桥进行了成桥后的温度效应分析,分别考虑了体系温差、索梁塔温差、索塔日照、索梁日照4方面的影响,并对比了2种体系的结果.结果显示温度效应对2种体系内力和位移的影响都比较大,不同种类的温度效应对2种体系的影响程度也不相同,并对其原因进行了分析.     

自锚式斜拉桥的极限跨径研究(Ⅰ)

从斜拉索和主梁的材料强度入手探讨了当前材料水平和施工水平下全自锚斜拉桥结构体系的极限跨径。研究结果表明:横向静阵风作用下的主梁强度是限制斜拉桥跨径增大的主要因素,活载作用下的主梁强度居于次要地位,而斜拉索的强度和效率对斜拉桥极限跨径的影响最小;斜拉桥极限跨径突破的首要问题是提高主梁的侧向刚度。研究成果可供超大跨度斜拉桥概念设计时参考。