钢管混凝土拱桥桥面铺装动力学特性研究

首先,建立了千岛湖钢管混凝土拱桥的3D有限元模型。通过有限元计算,得到了该钢管混凝土拱桥前8阶的自振频率和自振振型。同时,计算了该钢管混凝土拱桥的水平自振基频与竖向自振基频。接着,选用移动恒载研究车辆荷载作用下的钢管混凝土拱桥桥面铺装结构动力学特性。计算得到该钢管混凝土拱桥的共振速度并分析了桥梁共振响应的可能性。计算了不同车速下跨中节点的竖向最大位移与纵向拉应力,并进一步计算了冲击系数,提出了钢管混凝土拱桥的荷载冲击系数参考值。最后,考虑施工荷载,计算了梁底最大拉应力与最大剪应力,分析了Dynapac CC522型振动压路机施工时对桥梁结构的影响。     

新西海桥的振动特性及舒适性评价研究

以日本首座公路钢管混凝土拱桥——新西海桥为对象,进行该桥的自由振动特性分析,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,分析了在移动车辆作用下该桥的动力特性,包括冲击系数和舒适度评价。研究结果表明,在移动车辆作用下钢管混凝土拱桥主跨的拱肋和桥面冲击系数都较小,钢管混凝土拱肋的振动小于主桥桥面的振动。从振动舒适性的观点看,采用纵横梁格构桥道体系的新西海桥在车辆荷载作用下拱肋、桥面和人行桥均满足舒适性要求,具有较好的行车性能。     

桥面不平顺对下承式系杆拱桥振动影响的试验和模拟研究

为了获得下承式系杆拱桥的汽车荷载冲击系数，在桥面间隔布置橡胶减速条带以形成周期性的不平顺输入，对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动挠度进行现场实测。结合自编的车桥耦合（VBI）单元，建立车-桥耦合振动三维有限元分析模型，通过与实测结果对比验证VBI单元的正确性。在此基础上，引入另外3座标准拱桥以形成涵盖4种跨径的下承式系杆拱桥研究对象，输入规范规定的A~D级不平顺，研究车速、车重和桥梁基频对系梁冲击系数的影响。研究结果表明：汽车通过周期间隔布置的减速带时会形成稳态激振，当激振频率接近桥梁的前2阶基频时，引起的系梁动挠度响应最大；系梁的汽车荷载冲击系数随着桥梁基频的增加呈现出先增大后减小的趋势，当小汽车（总重低）行驶于差桥面（D级不平顺）时，规范值明显低估了系梁的冲击系数。     

桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥车辆振动的影响

由路面平整度能量谱密度函数得到桥面平整度不规则形状沿纵向分布函数,分析不同等级桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥的车辆振动的影响。提出一种车—桥振动简化计算方法,该方法在建立桥的有限元模型时,将车辆的动力性能与桥面平整度对桥梁振动的影响加入到外载荷中,简化了振动分析过程,可用于确定不同等级桥面下的汽车荷载冲击系数取值,为大跨度钢管混凝土拱桥的设计和养护提供参考。     

脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥受力性能的影响

采用平面应变理论推导了轴向压力、温度荷载、收缩应变作用下钢管和核心混凝土界面拉应力的计算公式;提出了钢管混凝土拱桥完全脱黏的计算模型,分析了脱黏对桁架式钢管混凝土拱桥内力、刚度和面内极限承载力的影响;提出了采用内法兰构造在有限点限制钢管与核心混凝土相对滑移的脱黏对策,并以茅草街大桥实测数据对内法兰构造的有效性进行了验证。结果表明:脱黏使桁架式钢管混凝土拱桥钢管内力增大,结构刚度降低,面内极限承载力下降;在有限点设置内法兰构造使得脱黏之后桁架式钢管混凝土拱桥的受力性能与黏结良好时比较接近。     

车辆作用下大跨钢管混凝土拱桥舒适性研究

以某钢管混凝土拱桥为工程背景,对移动车辆荷载作用下大跨钢管混凝土拱桥的舒适性进行了研究。利用Midas/Civil建立有限元模型,计算出拱桥上节点在移动车辆荷载作用下的振动响应,包括各节点的速度以及加速度。根据各节点的最大速度利用振动感觉指标对拱桥进行舒适性研究。结果表明:车辆超速和拱肋刚度变小等情况会造成拱桥上行人舒适度降低。     

大跨度中承式钢管混凝土拱桥的面内动力特性分析

采用钢管混凝土组合性能指标和纤维单元法建立钢管混凝土空间梁单元,用该单元模拟拱肋弦杆形成空间有限元模型。通过对大量不同跨度大跨度中承式钢管混凝土拱桥的模态分析,得到其面内反对称和对称第一阶振型的振动频率,一些桥梁的计算结果得到了试验数据的验证。根据这些计算结果统计得到反对称和对称基频的简化公式。     

钢管混凝土拱桥的挠度限值研究

为了分析挠度限值是否能控制钢管混凝土拱桥结构的振动,在对桥梁活载挠度限值研究进行回顾的基础上,以3座不同结构形式的钢管混凝土拱桥为典型算例,分别采用挠度限值和动力参数限值对钢管混凝土拱桥的行车舒适性进行了分析。分析结果表明:挠度限值并不能有效地反映在活载作用下的实际振动和振感;建议在钢管混凝土拱桥的设计中,采用振动参数控制法取代活载挠度限值法来评价和控制钢管混凝土拱桥的行车舒适性。     

钢管混凝土单圆管标准拱桥面外稳定性有限元分析方法研究

为给钢管混凝土单圆管拱桥面外稳定性分析提供实用计算方法,对钢管混凝土单圆管标准拱桥面外弹性稳定性有限元分析方法进行研究。首先使用统计学方法,统计分析国内25座钢管混凝土单圆管拱桥基本构造数据及统计学参数;其次根据已有统计数据建立50~59m、60~69m、70~79m共3类跨径钢管混凝土单圆管标准拱桥并验算其安全性能;给出弹性稳定系数分析标准拱桥面外弹性稳定性能的基本假定以及竖向荷载和横桥向荷载计算方法,采用不同有限元方法分析标准拱桥面外稳定性,确定标准拱桥面外稳定性有限元计算方法。结果表明:通过统计数据建立的钢管混凝土单圆管标准拱桥能反映工程实际;采用恒、活载稳定系数计算方法求解标准拱桥面外弹性稳定承载力及极限承载力较为合适。     

车辆荷载作用下钢管混凝土拱桥的动态分析

结合工程研究了路面不平整引起的汽车动荷载计算方法。利用有限元法,进行了汽车动荷载作用下中承式钢管混凝土拱桥的动态分析,得出了路面不平整度、车速等因素对冲击系数的影响规律。     

钢管混凝土拱桥在车辆荷载作用下的非线性动力响应分析

根据随动硬化理论和钢管混凝土组合材料恢复力模型 ,提出了复杂应力状态下钢管混凝土组合材料的弹塑性应力应变关系。采用非线性有限元法 ,对一钢管混凝土拱桥进行移动车辆荷载作用下车—桥体系的动力响应分析 ,并进一步研究钢管混凝土组合材料进入塑性后对体系振动的影响 ,取得了较满意的结果 ,为钢管混凝土拱桥动力性能评价提供参考。     

朝阳市东大桥钢管混凝土拱桥设计

朝阳市东大桥主桥采用中承式钢管混凝土系杆拱桥(30m 120m 30m)。详细论述该主桥的总体设计、构造特点、内力计算和结构设计。内力分析及结构设计时,钢管混凝土的力学参数(刚度、强度)取值考虑钢管与混凝土之间的紧箍力的影响,按照钢管混凝土统一理论计算。考虑到该种结构存在车桥振动较大的问题,在结构分析中尤其重视了动力特性的计算,并从结构设计上采用加大桥面系刚度和拱肋之间的横撑刚度等措施来改善桥梁的动力特性,同时对拱桥的稳定计算进行了较为详细的讨论。最后给出了此类结构设计中应注意的问题和建议。     

太阳辐射作用下钢管混凝土拱不均匀温度场及其引起的脱空分析与试验研究

为厘清太阳辐射作用下钢管混凝土拱肋内部的不均匀时变温度场,剖析其对钢管混凝土脱空效应的影响机制,并为钢管混凝土拱桥的脱空病害防治奠定理论基础,依托受日照辐射较强的贵州香火岩特大跨钢管混凝土拱桥实际工程,建立考虑钢管与混凝土界面接触关系的精细化温度-应力耦合数值模型;基于ASHRAE晴空模型及温度场计算理论,开展了钢管混凝土拱肋日照辐射不均匀时变温度场分析,揭示了钢管混凝土拱肋横截面的温度分布规律及其随时间的变化规律,并给出了计算钢管混凝土横截面温度梯度的近似公式;结合脱空的应力判别标准,计算出了拱肋横截面沿环向不同位置处的脱空高度,进而明确了钢管混凝土拱肋的横截面脱空分布模式;基于诱导振动理论,选取主要受温度影响而产生脱空的拱段,开展了钢管混凝土拱桥脱空检测试验研究,并与理论分析进行对比,验证了理论分析的可靠性。研究结果表明：日照辐射作用下,钢管混凝土截面温度场在时间、空间分布上均呈高度非线性,核心混凝土温度变化滞后于外包钢管,钢管与核心混凝土的最大温差超过25℃;日照不均匀温差引起的界面拉应力达到1.4~1.5 MPa,导致钢管混凝土环向脱空高度达到0.11~0.13 mm;基于诱导振动法的钢管混凝土拱肋脱空检测方法可识别出脱空的可能性,并发现太阳辐射作用使钢管混凝土的脱空程度略有增强。     

钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为

为研究钢管混凝土系杆拱桥关键节点的受力行为,以某钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,采用有限元方法对其全过程非线性受力行为进行深入分析。首先,建立钢管混凝土拱桥整体模型,对其整体受力行为进行分析,提取系杆拱桥关键节点在设计荷载工况下的最不利内力情况;然后以力边界条件形式施加给节点三维精细有限元模型,对拱脚节点和拱肋吊装节点在设计荷载工况下进行应力分析,探讨2种节点在设计荷载工况下的受力行为;最后,考虑材料非线性行为,采用弧长法对2类节点极限承载力进行分析,探讨其承载非线性行为及安全储备。研究结果表明:这2种节点构造形式在设计荷载工况下均安全可靠,且具有较大的安全储备;拱脚节点区拱肋钢管与系梁上翼缘板相交处存在明显的应力集中现象,该处构造复杂,焊缝多,设计时应重点关注;吊装节点区下弦钢管径向刚度小,采用环向加劲肋加强后,对钢管刚度及承载力均有显著改善。     

祁家黄河大桥振动控制与舒适度评价

以净跨180m的上承式钢管混凝土拱桥为例,在考虑车桥耦合振动的基础上,引入振动加速度峰值和振动感觉指标,研究车辆荷载作用下桥梁的振动控制问题,给出了舒适度的评价方法。评价结果表明,该桥在设计车速下条件下比值小于0．61,满足舒适度标准,但结构刚度并非象挠度检算表明的那么富裕,在稍微超速的情况下即以超限。由此可见,活载挠度限值并不能有效地控制桥梁结构的振动,为了确保桥梁安全和舒适性,建立我国桥梁振动判断标准势在必行,并使以人为本的设计理念得到真正的落实。     

钢管混凝土拱桥在移动车辆荷载作用下的振动分析

以某主跨110m的自锚式钢管混凝土中承桁架拱桥为对象,分析了该桥的自由振动特性和移动车辆荷载作用下主跨桥面系的振动特性。计算结果表明:采用单轴和双轴移动车辆模型计算出的桥面系振动特性差别不大;不同车速的移动车辆荷载引起桥面系的振动响应不同,车速快时,桥面系竖向振动的最大位移减小,竖向振动的最大速度和加速度增加。     

大跨中承式钢管混凝土拱桥桥道系合理位置分析

从功能和构造要求及美学的角度系统地论述大跨中承式钢管混凝土拱桥的桥道系相对位置的设置方法,探讨桥道系相对位置对桥梁结构的稳定与振动的影响,并对部分大跨中承式钢管混凝土拱桥的桥道系相对位置进行统计分析。研究表明:将衡量桥道系相对位置的参数c(桥道系距拱顶的高度与矢高的比值)设在0 6左右为合理位置,可使桥梁结构具有较好的横向稳定性和动力性能,并具有较强的美感。