公路钢筋混凝土桥梁正常工作年限计算方法及影响因素分析

针对目前公路桥梁设计规范中未提到的车辆反复荷载下的工作年限,本研究提出了正常工作年限的概念。为了判断工作年限是否满足设计年限要求,本研究以公路钢筋混凝土桥梁为研究对象,提出了一种快速计算桥梁工作年限的方法。该方法以基于Miner累积损伤准则的等效等幅应力幅法为基础,计算在车辆荷载作用下桥梁结构的累积损伤,并通过获取累积损伤与作用次数的关系,得到结构年均损伤度,由此得到桥梁工作年限。本研究将此方法应用于T梁桥的计算中,分析了跨径、横隔板、配筋率、车辆荷载、S-N曲线方程对工作年限的影响。计算结果表明:车辆荷载模型与S-N曲线方程这两个因素决定了工作年限的准确性,按照规范中的车辆荷载模型计算得到的年限远大于设计年限,而由于调查荷载的区域性差别很大,江苏和辽宁地区相比贵州地区,由于35 t以上重车车流量大,导致工作年限不满足规范要求;随着跨径的增大,T梁桥的工作年限相应增大,这与配筋率随着跨径增大而增大有关;横隔板的设置及受拉钢筋的配筋率对工作年限影响很大,不设横隔板比设置横隔板的工作年限降低了18%～63%;配筋率越低,工作年限降低速率越大。     

运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性研究

针对运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性问题,以琶洲大桥和洛溪大桥为背景工程,采用有限元计算和现场试验获取其车辆荷载动挠度,并分别在时域和频域,重点研究了运营车辆荷载作用下动挠度的统计特征和频谱特性。研究结果表明,模拟车辆荷载作用下的动挠度与实测动挠度吻合较好,两座背景桥的动挠度计算值以及实测值的均值和方差均在3～5mm范围内,均方差在2mm左右,变异系数超过50%,说明在大跨PC梁桥挠度监测时,不能忽略运营车辆荷载作用下桥梁结构挠度的动态效应,应采用动挠度来表征桥梁结构变形。功率谱密度曲线呈多峰分布,幅值谱属双峰分布,幅值谱主要频率集中在结构振动一阶频率及三阶频率附近。研究结果可为桥梁结构动态挠度监测方法研究和挠度成分分离研究,提供科学依据和基础数据。     

车辆作用下新型高墩曲线钢管混凝土桁架梁桥的动力性能研究

高墩钢管混凝土曲线桁架梁桥作为一种新型桥梁结构形式,其动力特性相对于常规梁桥具有特殊性,车辆作用引起的桥梁振动十分复杂。为研究该类桥梁在车辆作用下的动力响应特征和规律,以我国首座该类桥梁示范工程为背景,推导建立了曲线梁桥车桥耦合振动分析模型,编制了相应的分析程序并利用荷载试验结果予以验证。采用该车桥振动计算模型分析了桥面平整度、车速、车辆作用位置和车辆数等因素对桥梁整体和局部动力冲击效应的影响。结果表明:现行设计规范低估了该类桥的车辆冲击效应;当桥面平整度为好时,整体和局部动力放大系数分别为规范设计值的近10倍和3倍;多种构件的动力放大系数差别显著;跨中横向振动约为竖向振动的25%,该类高墩曲线梁桥在车辆作用下的横向振动问题值得关注。     

诊断性荷载试验方法在装配式梁桥中的应用

为全面评定装配式梁桥的横向性能,以内蒙古某大桥为背景,针对装配式梁桥结构组成特点,提出了一种诊断性荷载试验方法,采用较小的加载效率在横桥向各片主梁上分别进行独立加载,并在实桥中进行试验,与常规荷载试验方法所得数据进行对比分析。结果表明,常规荷载试验方法难以判别不同主梁之间的质量差异以及梁间横向联系强弱的差异;诊断性荷载试验方法灵活,在测试桥梁横向性能方面具备较强的针对性;诊断性荷载试验方法在评价装配式梁桥的横向性能方面更加有效,可以作为传统荷载试验方法的一种补充和验证。     

三跨独柱连续钢混叠合梁桥抗倾覆稳定性分析

以某三跨独柱墩连续钢混叠合梁桥为例,采用空间有限元模型模拟结构受力特点,按照相关规程规定,对原桥进行设计极限荷载作用下的抗倾覆稳定分析。进而对实际可能出现的不同车辆荷载及布置形式进行分析,研究其对相关抗倾覆稳定参数的影响,进一步确定可能发生倾覆的极端荷载布置形式。最后,按照设计车辆荷载进行现场加载试验,进一步验证该桥梁的抗倾覆性能。结合计算与试验的结果,探讨相关规程对该类桥梁抗倾覆规定的合理性,提出现阶段避免此类型桥梁发生倾覆事故的建议。     

混凝土T梁桥结构体系损伤评价试验研究

以16m跨径的T梁桥标准图为基础,按1：4的缩尺比例,采用焊接钢板的连接方法设计了一座5片T梁桥模型。通过不同的钢板连接方式,将横隔梁横向连接损伤对T桥梁桥承栽能力的影响进行了试验和有限元分析,研究了不同损伤工况对T梁桥荷载横向分配的影响。结果表明,在保持横隔梁连接的情况下,翼缘连接的强弱对荷载横向分配的影响很小;横向连接损伤只对相邻梁的荷载横向分配产生较大的影响,对其余梁的影响很弱;当单个横向连接除端横隔梁外全部损伤时,由于其他横隔梁的有利作用,其荷载分配并没有退化到翼缘连接决定的状态。只有当某片梁两侧的横隔梁同时损伤时,这片梁的荷载横向分布才退化到由翼缘连接决定的状态。     

中小桥梁荷载试验横向分布自动加载软件研究

针对中小桥梁荷载试验的特点,基于面向对象的Visual C++语言,开发了桥梁荷载试验横向分布自动计算软件.它可方便地模拟实际加载车辆,并能快速、有效地求出所有主梁的分配系数,已应用于多座桥梁的荷载试验中,效果良好.     

单柱墩拟静力试验仿真计算案例

在地震荷载作用下,钢筋混凝土桥墩是最易破坏的桥梁构件,如何较可靠地模拟钢筋混凝土桥墩在循环荷载作用下的非线性滞回反应是桥梁结构抗震研究的重要内容。以呈弯曲破坏形态的钢筋混凝土桥墩的拟静力试验结果为依据,基于OpenSees中的Beamwith Hinges Element单元,分别建立了圆形墩和矩形墩的滞回分析纤维单元模型。由计算结果与试验结果对比可知,所建立的纤维单元模型对桥墩的骨架曲线及滞回曲线都有良好的模拟效果,且能体现桥墩在反复加载过程中刚度、强度退化现象。     

整体桥面结构连接细部模型双向受拉疲劳试验研究

南京大胜关长江大桥主桥为六跨连续钢桁拱桥,采用整体桥面板结构.制作钢桥面板和主桁下弦杆节点板连接细节足尺模型,分3个阶段进行疲劳试验.每个阶段疲劳试验完成后,以该阶段试验荷载上限进行静力试验.ANSYS分析结果显示,模型设计及加栽满足模拟要求,试验加载能够反映实际结构的受力状况.静力试验结果表明,各级荷载作用下模型均处于弹性阶段,卸载后基本没有残余应力.疲劳试验结果表明,在各加载循环次数下试验时,没有产生因为疲劳损伤影响应力重分布的现象;按给定的计算应力幅加载作用下,常幅加载寿命大于200万次;疲劳抗力大于试验设计荷载作用下的双向应力幅;连接细部具有足够的抗疲劳能力.     

考虑大件荷载的桥梁网络可靠度分析及路径优化研究

为研究大件运输车辆荷载对桥梁安全性能的影响,提出了一种基于支持向量机和改进灰狼算法的可靠度计算模型,并以此设计了考虑桥梁网络可靠度的大件运输路径优化方法。首先依托大件运输车辆荷载分布统计数据建立了大件运输车辆荷载-桥梁结构响应的机器学习算法映射模型,通过支持向量机拟合大件车辆荷载下的结构功能函数,其次采用融合指数型非线性收敛和柯西变异的改进灰狼算法对可靠度进行求解,计算了某35 m预应力钢筋混凝土T型梁桥在大件运输荷载下的时变可靠度,设计了考虑大件运输荷载下桥梁网络可靠度的路径优化方法。研究结果表明：支持向量机对大件车辆荷载下的桥梁结构响应拟合良好,平均相对误差仅为1.74%;考虑大件运输荷载下的桥梁时变可靠度曲线下降趋势更加明显,且越接近桥梁服役后期,可靠度指标退化速率越快;改进灰狼算法在对功能函数求解时收敛速度极快,寻优稳定性极高;考虑桥梁网络可靠度的路径优化方法可以准确选择当前大件运输荷载下可靠度较高的通行路径。     

重载下简支T梁横向联系损伤研究

针对简支T梁的不同横向联系损伤工况,对重载交通下桥梁的荷载横向分布情况进行建模分析。研究设置3种典型损伤工况,通过重车加载获得桥梁跨中挠度并推算横向分布系数。结果表明不同位置湿接缝出现损伤后,横向分布系数的变化情况不尽相同,但整体上中梁横向分布系数增大而边梁减小。     

基于GPS的润扬大桥悬索桥位移监测与分析

介绍润扬大桥结构健康监测系统中的GPS子系统,对系统采集的大量数据进行了分析,研究了悬索桥在台风、温度、特殊车辆荷载作用下位移变化情况。研究结果表明:台风作用下桥面横向和竖向位移以跨中最大;温度对竖向以及顺桥向的位移有较大影响;正常运营状态下以及重车过桥时,桥面变形远小于设计荷载作用下的变形,结构具有较大的安全储备。     

基于实测车流的中小跨径桥梁车载动力效应极值研究

为评估现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平,提出了车辆荷载冲击作用下桥梁效应极值外推方法。基于高速公路车辆动态称重数据,研究了简支T梁桥的车载动力效应极值,校验并评估了现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平。研究结果表明:基于实测数据的随机车流模型融入了车辆的概率信息,为桥梁车载动力效应极值的概率外推提供了有利条件;欧洲与英国规范的设计车辆荷载效应的重现期远大于美国和中国设计规范;随着桥梁跨度的增加,欧洲与美国荷载模型的重现期随着桥梁跨度的增加而减小,英国荷载模型随桥梁跨度的增加呈先增加后减小的趋势,中国荷载模型的重现期随桥梁跨度增加而增加。     

单梁受力板桥加固设计分析

早期建造的桥梁由于横隔梁配筋不足或设置不合理等造成横向刚度不足、联系较弱;随着城市的发展,超载现象越来越严重,因超载车辆的荷载远远超过规范中桥梁的设计载荷而使桥梁不堪重负,主梁在超载作用下纵向抗裂能力不足,桥梁裂缝进一步扩展,造成桥梁早期破坏。文中以某立交跨线桥为例,对横向联系较弱的梁桥进行受力分析,并提出加固及处理方案。     

大跨径预应力混凝土箱梁桥平面框架效应分析

根据现场检查结果,虎门大桥辅航道桥箱梁顶板及梗腋部位出现较多纵向裂缝。为分析此类裂缝的形成原因,采用桥梁分析软件MidasCivil建立了混凝土箱梁平面框架模型,考虑横向及竖向预应力作用,对因桥梁铺装形式变化引起的截面梯度温度效应和车辆荷载效应进行深入地分析,对比分析原设计与现况条件下的箱梁截面各个关键点的应力情况。研究结果表明：桥面铺装形式变化和超重车效应均引起箱梁不利效应;现况条件下箱梁中心线顶板底部及梗腋处应力均明显大于原设计情况,且均超过了混凝土抗拉强度设计值。为保障桥梁结构安全,控制裂缝继续发展,应严格限制超55t重车通行。     

基于WIM实测数据的北京市松山大桥重载交通车辆荷载模型

利用WIM动态称重系统，得到北京市松山大桥实际通行车辆的车辆荷载特征参数，经统计分析得到特征值，对其概率密度函数进行了拟合，建立了适用于本地区的重载交通车辆荷载模型，并与河北省和福建省的重载交通车辆荷载模型进行了对比。在此基础上，采用有限元模拟方法对建立的重载交通车辆荷载模型与现行规范进行荷载效应对比，分析结果表明，采用规范中公路—Ⅱ级汽车荷载设计的桥梁存在安全隐患；公路—Ⅰ级汽车荷载取值总体较为保守，但对于大跨径桥梁仍有不足，需要结合实际情况需要进一步研究。重车荷载对桥梁支座处剪力的影响较为明显，在桥梁设计与维护时应重点考虑。本研究成果可为北京地区的公路桥梁设计和结构损伤检验提供参考和建议。     

冰击荷载作用下高速车辆-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为了探明流冰撞击桥墩对高速车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学行为的影响,采用精细化有限元模型模拟了流冰撞击桥墩的过程,计算获得了不同冰排特性下流冰撞击力时程曲线,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,以流冰荷载作为外激励,建立了高速车辆-轨道-桥梁-冰击动力学分析模型。以5跨32 m简支梁为例,通过研究不同冰击荷载作用下桥梁结构的动力学响应,得到了对桥梁结构影响最大的冰击荷载,分析了在该冰击荷载作用下桥梁子系统和车辆子系统的动力学响应,最后探讨了冰击荷载对桥上列车走行性的影响。结果表明：在冰击荷载作用下,冰排厚度、流冰撞击速度和冰排抗压强度是影响桥梁动力学响应的关键参数,桥梁跨中和墩顶横向位移与加速度随冰排厚度和抗压强度的增加而增大,且随流冰撞击速度的增加呈先增大后减小趋势;流冰撞击桥墩对车辆-轨道-桥梁系统动力学响应影响显著,在冰击荷载作用下主梁横向位移和加速度增幅较大,跨中横向加速度主频与桥梁横向自振频率接近,表明流冰撞击可能会加剧桥梁横向自振频率附近的振动;车体横向振动加速度、脱轨系数、轮轨横向力和轮重减载率在流冰撞击作用下均明显增大,增幅超过2倍,可见流冰撞击对高速列车行车安全性和乘坐舒适性有较大影响。     

反复荷载作用下部分预应力混凝土梁桥长期挠度计算研究

部分预应力混凝土梁桥运营阶段实际长期挠度超过其设计值已成一个较为普遍的问题,对桥梁的使用性能和结构安全均造成严重隐患。通过对现有的部分预应力混凝土结构反复荷载作用下的长期挠度发展规律和计算公式进行分析比较,提出合理的计算模式和方法,并运用于一座实际桥梁,为部分预应力混凝土梁桥长期挠度计算和控制提供参考。     

基于静载试验的某在役预应力砼简支空心板桥受力性能分析

依托大干渠预应力砼简支空心板桥,介绍了基于静载试验的桥梁检测内容和检测方法;对桥梁结构的测试数据进行统计分析,研究了该桥的横向连接性能及在荷载作用下相对残余应变和变位等主要性能指标。结果表明,该预应力砼简支空心板桥整体性好,板梁之间的横向联系满足设计要求;在设计荷载作用下各板处于弹性工作阶段,承载能力和刚度均满足规范要求。     

重载条件下小跨径简支板桥的横向铰接能力分析

通过对高速公路小跨径简支板桥的重车加载实验,发现铰缝设计、水泥混凝土桥面铺装层厚度和桥面钢筋网等因素,决定了小桥涵上部梁板的横向铰接能力。在重载车辆的反复作用下,传统的小几何尺寸接缝将会出现铰接能力衰减,甚至丧失铰接能力,导致车轮直接作用的梁板出现挠度过大,单板受力的不利状况,影响整个桥梁结构的使用寿命和安全通行。因此,应进一步加强高速公路小跨径板桥的铰缝设计和施工质量控制。