在役桥梁动应变长期监测数据的极值估计

车辆荷载效应是桥梁安全评估及可靠性研究的关键因素,基于长期应变监测数据的应变极值估计很有意义。以往估计车辆荷载效应模型的观测样本相对较少,常用的统计模型对于样本高分位点的估计也不够准确。采用太平湖大桥120d的动应变监测数据,选取车辆荷载作用下应变峰值为研究样本,确定所需最小采样时长。采用广义的Pareto分布作为样本超阈值概率模型,滤过的泊松过程作为样本超阈值随机过程的概率模型,结合极值统计理论,估计桥梁剩余服役期内车辆荷载引起的应变极值,给出桥梁不同承载能力情况下主梁的可靠指标及失效概率。结果表明:广义的Pareto分布模型可较好地拟合出桥梁动应变的右尾分布,能够比较准确地得出车辆荷载作用下应变极值的概率分布。     

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。     

东平水道特大桥并联混合式减振方案研究

为增强桥梁结构的抗震能力和耐久性，针对大跨度铁路桥梁车致振动及地震响应的动力特点，以东平水道特大桥为工程背景，提出一种并联混合式减振方案，研究黏滞阻尼器对纵向滑移体系桥梁地震响应的控制效果，分析不同控制体系对列车荷载引起结构响应的影响。研究结果表明，黏滞阻尼器能显著减小大跨度铁路桥的地震结构位移和内力响应；泄压阀锁定装置对列车制动力和行车荷载的抑振能力优于黏滞阻尼器；当黏滞阻尼器和泄压阀锁定装置协同工作时，在降低二者出力值的同时可实现对列车荷载更好的控制效果，由于传力路径的改变，控制后的墩底剪力和弯矩均有所增大，但锁定装置的增大效应更小。     

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。     

高速铁路封闭式声屏障的风压荷载试验研究

针对高速铁路封闭式声屏障在列车风与横风作用下的风压荷载问题,采用中南大学自主研发的横风-移动列车风洞试验系统,研究横风和列车风作用下声屏障的风压荷载分布.研究结果表明:圆形断面封闭式声屏障外壁风压系数分布沿环向先减小后增大,与单圆柱的风压分布大致相似,给定风速下最大负风压系数-3.38;单车通过声屏障时脉动风压幅值与车速平方近似成正比,同一截面风压沿环向非均匀分布,近侧的压力峰值高于远侧,最大相差16％;2车交会时,交会区域风压峰值明显增大且极值风压出现在交会截面,其值约为单车通过时极值风压的2倍.     

千米级铁路悬索桥列车荷载加载长度研究

研究目的:千米级铁路悬索桥主跨长度超过所在线路开行列车最大编组长度后,全桥布满列车荷载的加载方式与桥梁服役期间实际承受的列车荷载不符,应对此类桥梁列车荷载合理加载长度进行研究.本文以某在建铁路悬索桥为研究对象,采用有限元方法计算各主要构件内力与位移影响线,结合实际列车长度研究列车荷载加载长度对各构件受力特征的影响.研究...     

高速铁路连续梁桥三分力系数的数值模拟分析

连续梁桥是高速铁路上的一种典型桥梁,利用计算流体力学软件对其不同截面在不同工况下的静气动性能进行了数值模拟,研究了平均风速、风攻角、宽高比以及桥上列车分布状况分别对桥梁截面三分力系数的影响.研究结果表明:风速和风攻角对桥梁的静气动性能影响显著；梁高的增大使桥梁处于不利的风荷载作用下；在桥上有列车状态下桥梁的静气动性能不如无车时稳定.     

基于有限元和数据重构的连续梁移动荷载识别研究

以公路桥梁中常见的连续梁为研究对象,提出了 一种基于有限元和数据重构的移动荷载识别方法.采用有限元方法和Newmark方法编写连续梁在移动荷载作用下动力响应的计算程序,获得桥梁的位移响应;由切比雪夫多项式重构位移响应;由Newmark方法重构桥梁的速度和加速度响应;通过重构的数据采用正则化技术进行移动荷载识别.研究了荷...     

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...     

桥梁温度分布对无缝线路变形特性的影响分析

为研究复杂温度荷载对高速铁路大跨度连续梁桥上CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路力学特性和轨道几何形位的影响,基于梁轨相互作用理论和有限元法建立耦合模型,分别分析了桥梁均匀温度荷载和温度梯度荷载作用下的无缝线路力学特性,研究了两种荷载对轨道几何形位的影响.结果表明:桥梁温度梯度荷载作用下无缝线路的力学特性与桥梁均匀温度荷...     

斜腿刚构曲线连续梁人行桥人致振动风险研究

大跨度斜腿刚构曲线连续梁钢结构人行桥具有结构轻柔的特点,其基频一般处于人致振动敏感频率范围内,加之主梁采用钢结构材料,结构的阻尼也较低,在行人荷载作用下,桥梁有发生共振的风险.通过介绍行人荷载基本理论和德国人行桥设计指南EN03规范关于人致振动分析方法以及舒适度评价的规定,基于Midas Civil软件建立大桥的有限元仿真分析模型.研究结果表明:该桥有3阶主梁竖弯模态需要进行人致振动加速度响应验算,主梁侧弯模态的频率由于超出了横向人致振动敏感频率范围而不需要验算;在人群荷载作用下,主梁的竖向振动最大加速度达到4.349 m/s2;当在跨中设置调谐质量阻尼器(TMD)且质量比取为0.02时,主梁人致竖向振动的最大加速度可降为0.161 m/s2,满足CL1等级的舒适度要求.最后,讨论了质量比和TMD频率偏差对减振效果的影响,为同类人行桥调谐质量减振系统参数的选择提供参考.     

天津南疆港预应力连续梁桥悬臂施工监控

研究目的:天津南疆港复线公路桥是大型车辆进出南疆港的重要交通通道.设计中考虑一个车道承受特殊荷载,车辆为750 kN三轴车,车距为10 m,该桥的设计荷载远大于公路-Ⅰ级荷载,有必要解决梁部悬臂在施工中的挠度控制和应力控制问题,以保证桥梁顺利合龙并达到理想的线形及施工过程中的安全.研究结论:只有合理控制桥梁各阶段挠度、应力,合理确定立模高程,才能保证桥梁线形和应力分布达到设计要求;挠度的测量应安排在日出之前进行,以消除日照温差的影响;计算中混凝土弹性模量应取用现场实测值;本桥施工监控中,使用参数识别法对施工中产生的误差进行调整,效果良好,行之有效;应力测试中收缩、徐变的影响较大,分阶段计算它的影响,概念清楚、使用方便.     

跨线钢箱梁斜拉桥列车风荷载及风致振动

为获得高速列车下穿时的列车风和桥梁振动响应特性,以某独塔无背索钢箱梁斜拉桥为工程背景,采用CFD仿真获得钢箱梁不同部位的列车风荷载,并基于桥梁动力模型研究施工阶段和运营阶段的风致振动响应.结果表明:高速列车下穿时,钢箱梁翼缘板、腹板及底板的表面风压均表现出明显的"头波""尾波"特性;随着车-桥间距和距轨道中心线距离的增...     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。     

风荷载作用下大跨度桥梁的动力响应及行车安全性分析

根据桥梁结构动力学、车辆动力学、轮轨相互作用以及结构风振的基本原理，研究风、列车、桥梁构成的动力相互作用系统的振动机理。结合实桥的动力研究，建立风荷载作用下的列车和大跨度桥梁系统动力相互作用分析模型，研究桥梁在脉动风荷载和列车荷载同时作用下的振动特性，以及桥上列车受风荷载作用下运行的安全性和平稳性，从而得出风速、车速、桥型等多种因素对风-车-桥动力系统振动特性等影响的研究结论。主要研究内容如下。     

边坡桥梁桩基大型振动台模型试验研究

通过大型振动台试验,研究地震荷载作用下某铁路线上一代表性的陡坡地段抗滑桩支护桥梁桩基结构体系的抗震性能。模型与原型按照尺寸相似比1:40进行模型试验相似设计。模型试验通过输入的正弦波和汶川波的测试结果分析边坡模型地震作用规律。结果发现:桥梁桩和抗滑桩桩间土压力呈三角形分布,抗滑桩后土压力呈"R"形分布;边坡对监测点加速度有放大效应;位移随地震荷载增加而增大。抗滑桩的各种响应强度均大于桥梁桩基,说明抗滑桩对桥梁桩基有很好的支护作用。试验研究为边坡抗滑桩-桥梁桩基新结构抗震设计奠定了良好的基础。     

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。     

桩网结构路基填筑期格栅应变的变化规律

通过案例分析法研究桩网结构路基填筑期荷载分担变化规律、土工格栅应变,对比不同计算方法得出填筑期格栅应变的影响因素.研究结果表明:由于压实荷载和填筑过程的影响,格栅应变最大值出现在填筑期间而非运营状态;填土的内摩擦角决定了达到格栅应变最大值时的路堤填高,而填筑期的压实荷载决定填筑期的格栅应变极值.建议桩网路基设计时加入填筑期部分成拱状态下考虑压实荷载的受力验算,以使设计偏于安全.     

移动热荷载对混凝土槽形梁的影响

温度作用是导致桥梁结构在施工与运营期间产生裂缝的重要原因之一,其对桥梁结构的安全性、耐久性和适用性均有显著的影响。由于温度作用的复杂性,在以往的设计中往往采用过度简化的计算模型和方法,导致温度荷载取值和温度应力计算与实际结果存在较大偏差。本文以一64 m简支槽形箱梁为研究对象,结合该桥有铁水罐车通过这一特殊工况,对槽形箱梁的温度效应问题进行了适当的假设和简化,初步探讨了64 m简支槽形箱梁在移动热荷载作用下的温度场和温度应力分布。结果表明:槽形梁的最大应力随铁水罐车通过时间的增长呈线性增长趋势,铁水罐车正常通过桥梁时产生的温度效应对槽形梁的影响极为有限。本文为同类桥梁设计提供了参考建议。