考虑桥面随机不平度的钢管混凝土拱桥冲击系数统计分析

以某大型钢管混凝土拱桥为对象,采用经动力试验验证的自编车桥耦合振动分析程序,进行了多组随机不平度样本下的车桥动力响应分析。根据分析结果,对不同桥面状况和车速条件下桥梁的动力冲击效应进行了统计分析。分析结果表明:车速、不平度等级确定时冲击系数服从正态分布。桥面状况等级对动力冲击效应的均值和均方差影响明显,不同保证率下车辆冲击系数差异较大。根据桥梁重要性等级,按照统计分析方法确定冲击系数,将有效提高车辆冲击系数取值的合理性和科学性。     

桥梁冲击系数理论研究和应用进展

为推动桥梁冲击系数理论和应用研究的进一步深入开展,从计算方法、理论与数值模拟、现场试验与测试3个方面系统梳理国内外公路、城市和铁路桥梁工程领域冲击系数（或动力系数）的研究进展,并探讨其不足和发展趋势。计算方法方面,从桥梁冲击系数的定义出发,详细阐述典型国家最新规范冲击系数表达式;理论与数值模拟方面,分析了车辆参数、桥梁参数、桥面不平整度（或轨道不平顺）等对桥梁冲击系数的影响;现场试验与测试方面,分别综述了冲击系数的测试方法、数据处理手段及相关试验研究成果。研究表明：各国公路与铁路桥梁规范的冲击系数（动力系数）多由试验统计回归得到,但计算公式各不相同,公路桥梁冲击系数表达式较为简洁,铁路桥梁冲击系数计算公式较为复杂;有限元技术以及车-桥耦合振动理论的发展使得结构动力响应的数值模拟和求解更加精确化和高效化;中小跨径桥梁的整体冲击系数及大跨径桥梁中吊杆、拉索等局部构件的冲击系数是研究重点;影响冲击系数的各因素之间存在交叉影响,需要对不同结构、不同效应及不同截面的冲击系数进行现场试验测试和概率统计分析;设计规范中的冲击系数值不宜作为实际桥梁动力使用性能的直接评价指标;需要建立冲击系数试验分析技术的标准;非接触、抗干扰、高精度是今后冲击系数测试技术的发展方向。     

中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。     

关于混凝土梁桥冲击系数的探讨

针对匀速运动车辆荷载通过简支梁桥的受迫振动的微分方程求解,获得桥跨结构动力响应的动力放大系数和结构自振频率,从而得到与自振频率、桥梁跨径和车辆速度等因素有关的冲击系数表达式。计算结果表明,《公路桥涵标准图》中的预应力混凝土T梁桥自振频率在2—5Hz范围,冲击系数较现行公路桥涵规范的设计冲击系数大,说明规范给出的冲击系数偏于不安全。提供的计算公式的计算结果与瑞士69座混凝土桥梁的试验值吻合良好。     

Conversion Method of Axle-load for Asphalt Pavement on Steel Deck Based on Continuous Laminated Beam Model

为完善钢桥面沥青铺装设计方法,对轴载换算方法进行了研究.在现行沥青路面设计规范轴载换算方法的基础上,基于不同铺装材料疲劳试验结果,提出轴载换算指数n的建议值.在此基础上,有别于现行规范固定轴载换算计算参数的方法,提出根据铺装材料的不同,选用动态轴载换算参数的理念.采用构造纵桥向单位荷载作用下跨中横桥向荷载弯矩影响线的方法,修正叠层连续梁模型的荷载参数与当量支承刚度参数.利用修正后的叠层连续梁模型,得到轴数系数C1的计算公式.在考虑铺装材料疲劳性能的基础上,利用叠层连续梁模型计算得到轮组系数C2的建议取值.计算结果表明,除现行规范考虑的轴距与轮距外,横隔板间距、U肋间距等对钢桥面沥青铺装的轴载换算有显著影响,采用现行规范参数带来的最大计算误差可能达17倍.     

独塔斜拉桥结构动力特性分析与冲击系数测试

在简要介绍国外桥梁设计规范对公路桥梁冲击系数计算方法的规定的基础上,以跨径为90 m的独塔双索面双跨预应力混凝土斜拉桥为工程依托,进行了该桥结构的动力特性的分析与冲击系数的实测,并对该桥的冲击系数与采用国外公路桥梁冲击系数计算公式所得结果进行了对比。结果显示:按现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)所计算的桥梁汽车冲击系数与本试验实测基本吻合,而国外桥梁设计规范计算得到的冲击系数则偏大。建议针对运营若干年后的桥梁进行冲击系数的试验研究,以为今后规范的修订奠定基础。     

独塔斜拉桥结构动力特性分析与冲击系数测试

在简要介绍国外桥梁设计规范对公路桥梁冲击系数计算方法的规定的基础上,以跨径为90 m的独塔双索面双跨预应力混凝土斜拉桥为工程依托,进行了该桥结构的动力特性的分析与冲击系数的实测,并对该桥的冲击系数与采用国外公路桥梁冲击系数计算公式所得结果进行了对比。结果显示：按现行《公路桥涵设计通用规范》（JTG D60-2004）所计算的桥梁汽车冲击系数与本试验实测基本吻合,而国外桥梁设计规范计算得到的冲击系数则偏大。建议针对运营若干年后的桥梁进行冲击系数的试验研究,以为今后规范的修订奠定基础。     

大跨度连续刚构桥受力性能研究

对某大跨度刚构桥进行静、动载试验,由静载试验中挠度和应变数据计算出校验系数,判断该刚构桥的实际承载能力,并对其受力性能进行分析;通过动载试验测试计算出连续刚构桥的一阶固有频率和冲击系数,模拟不同等级路面的平整度并计算出冲击系数,再将实测冲击系数与各国不同桥梁规范计算的冲击系数进行对比分析。试验结果表明该连续刚构桥的刚度、承载能力及动力性能均满足要求,桥梁受力性能良好;国外桥梁规范计算的冲击系数较大,而中国规范计算的冲击系数相对较小。     

桥梁冲击系数反应谱的理论分析与探讨

基于计算结构力学及随机过程理论 ,分析了桥梁所承受的车辆冲击力与车辆、桥梁的动力特性及桥面平整度之间的关系 ,提出了研究冲击系数的一种新方法。然后 ,用示例将以此计算的冲击系数与我国现行的桥涵设计规范及加拿大安大略省设计规范所取的冲击系数进行了对比及讨论。     

基于车桥耦合的简支T梁桥冲击效应研究

针对简支T梁桥,基于车桥耦合理论,利用ANSYS和Matlab混合编程求解桥梁的冲击效应。研究结果表明,随着路面粗糙度的增大,冲击系数呈现逐渐增大的趋势;车速在不同路面粗糙度等级下对冲击系数的影响并不相同,但随着路面情况变差,冲击系数的峰值逐渐增大;冲击系数随着车重的增大呈现逐渐减小的趋势,但在不同的路面粗糙度情况下冲击系数的变化幅度并不相同。在多数情况下规范计算的冲击系数较为保守。     

考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析

分析钢梁桥腹板间隙的疲劳问题时,其应力通常是基于疲劳荷载作用下的静应力叠加一个动力冲击系数来确定。已有研究表明:规范中的疲劳冲击系数低估了实际路面状况下的车辆动力冲击效应,往往导致腹板间隙的实际疲劳寿命低于设计寿命。基于此现状,研究了在假定的车辆和环境条件下路面的退化规律。建立了几座不同跨径的简支Ⅰ型钢梁桥和疲劳车的三维模型,通过车桥耦合振动分析,研究了实际桥面状况下车辆荷载动力效应对腹板间隙产生的应力幅冲击系数,并评估了腹板间隙的疲劳寿命。结果表明:基于腹板间隙应力幅计算的冲击系数大于传统基于应力的冲击系数;美国AASHTO桥梁规范中采用的疲劳冲击系数在路面条件较差时低估了车辆荷载动力效应。最后提出了腹板间隙疲劳评估应力幅冲击系数建议取值。     

不平整度桥面下连续梁桥车桥耦合振动分析

现行<公路桥涵设计通用规范>采用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数,而基频的计算宜采用有限元方法,但如何计算,规范没有明示;而且规范给定的连续梁基频估算公式不分直桥和弯桥;再者按规范基频估算公式计算冲击系数的值有待商榷.采用一种基于有限元通用分析软件ANSYS来实现公路桥车桥耦合振动数值分析方法,对弯桥车桥耦合振动影响因素进行分析,然后分别对直线和曲线连续梁桥考虑了桥面不平整度后车桥耦合振动进行计算.分析结果表明,直桥和弯桥的动力系数不同,换算成冲击系数均大于连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数.     

4种车辆模型作用下T形刚构桥冲击系数对比研究

对比研究了4种车辆模型(移动弹簧质量车模型、四分之一车模型、二分之一车模型及整车模型)作用下T形刚构桥的冲击系数.结果表明:光滑桥面下,4种车辆模型作用下桥梁的冲击系数接近;考虑桥面不平顺影响下,移动弹簧质量车模型及四分之一车模型不适宜于研究离散桥面不平顺冲击系数,二分之一车模型及整车模型冲击系数接近;最后将实桥检测结果与数值模拟结果进行对比,结果显示该桥冲击系数基本满足<公路桥涵设计通用规范>(JTG D60-2004)(简称04<桥规>)的要求.     

多片梁组成的简支梁桥车桥耦合振动响应研究

根据多片梁组成的装配式简支梁桥的特点,横向梁之间采用铰接,车辆模拟为九自由度整车模型,桥面不平顺激励采用三角级数叠加法模拟,建立了该类桥梁的车桥耦合振动响应分析模型,结合模态叠加法和Newmark逐步积分法求解系统方程,研究了移动车辆荷载作用下多片简支梁桥的振动响应及冲击系数.以某一实际工程桥梁为背景,分析了该桥在单车荷载作用时,不同行车速度、不同路面等级以及不同横向作用位置下的振动响应及冲击系数;研究了车辆自振频率的变化对桥梁振动响应的影响.研究结果表明,边梁冲击系数比中梁大,路面等级是影响汽车活载冲击系数大小的重要因素.     

考虑轨道不平整影响下城市轨道交通PC连续梁的冲击系数研究

依托城市轨道桥梁中一座三跨预应力混凝土连续梁桥开展实桥动力学试验,测试得到跨中动挠度时程曲线,建立了轨道列车-桥梁耦合有限元模型,通过与实测数据对比,验证了有限元模型的有效性。基于车桥耦合有限元模型,开展考虑轨道不平整度及桥梁跨径的双参数影响下冲击系数研究,分析后发现:实际测量得到的冲击系数较我国铁路规范值偏大;不平整度及桥梁跨径对桥梁结构的冲击系数影响明显,考虑不平整度影响后,冲击系数取值较我国现行铁路规范中规定值偏大;同一跨径下不平整度等级越差,冲击系数取值也越大。     

车桥耦合振动系统模型下桥梁冲击效应研究

把桥梁和车辆看作车桥耦合振动体系的两个分离子系统,基于ANSYS软件建立了3种车辆和桥梁的有限元模型。考虑桥面不平度影响,以车轮与桥梁接触点的位移作为协调条件,采用分离迭代算法计算了车桥耦合系统的动力响应。采用快速傅立叶逆变换的方法,应用三角级数叠加模拟了5种等级的桥面不平度及其速度项。通过对一简支梁桥车桥耦合振动的数值模拟,研究了车辆模型、桥面状况和车速对桥梁冲击效应的影响。结果表明:不同车辆模型对桥梁的冲击效应差别很大,桥面不平度对冲击效应的影响较车速大,桥梁的位移冲击效应大于内力冲击效应。因此,设计分析时宜采用能充分模拟车辆特性的复杂模型,移动荷载冲击系数取值建议以位移冲击系数为基准。     

中美欧公路桥梁设计规范汽车荷载及作用效应对比研究

为响应我国一带一路倡议,拓展海外桥梁市场,为我国设计人员提供海外桥梁设计建议,对中美欧公路桥梁设计规范中所规定的极限状态、设计状况、汽车荷载模型、冲击系数及荷载横向分布系数计算方法进行了对比分析,并主要对汽车荷载效应及作用效应组合进行了分析计算。结果表明:对于极限状态与设计状况的分类,现行中国桥规与欧洲桥规较为类似,美国桥规对极限状态的划分与中欧桥规差异较大,且并未对设计状况进行分类;汽车荷载模式方面,中美欧公路桥梁规范的相关规定均有所差异,但都以"均布荷载+集中荷载"的模式为基础,欧洲桥规所规定的汽车荷载模型中的均布荷载集度较中国桥规与美国桥规偏大;荷载横向分布系数方面,中国桥规与欧洲桥规并未明确给出其计算方法,美国桥规则针对不同截面类型给出了相应的荷载横向分布系数计算公式。最后计算了主梁在恒载及汽车荷载下的作用效应。对于中小跨径桥梁,就汽车荷载效应及其承载能力极限状态下的效应组合而言,在多数情况下根据欧洲公路桥梁规范计算所得的作用效应较大,根据美国桥规与现行中国桥规计算所得的结果居中,根据旧版中国桥规计算所得的作用效应最小。     

公路桥梁冲击系数计算方法研究

冲击系数的计算方法对桥梁的安全性很重要.首先对比了目前各国规范对冲击系数的计算公式;然后提出基于数值法的计算方法.采用Newmark-β逐步积分法分解车桥振动系统,结合Ansys有限元软件求出桥梁动力响应,计算冲击系数.通过数值算例表明各国规范冲击系数计算公式所得值差异较大,仅用跨径或者基频计算是不准确的,用更多的修正系数来修正规范公式是比较可行的.     

混凝土小试件尺寸折算系数试验研究

采用试验方法对C30、C35、C50三种强度等级混凝土小试件尺寸折算系数开展研究。首先制备了不同配合比的C30、C35及C50小尺寸与标准尺寸试件,然后基于强度数据的统计分析,提出不同强度等级混凝土的小尺寸折算系数。研究表明:C35及以下强度等级的混凝土尺寸折算系数与现行规范相差不大,可按照规范标准取0.95,C50强度等级混凝土尺寸折算系数低于现行规范,可按0.93取值。     

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。