大位移公路桥梁伸缩缝的动力定位耦合数值模拟研究

基于有限元软件ABAQUS,对大位移公路桥梁伸缩缝的动力定位耦合数值模拟进行了研究。结果表明,随着支承刚度的增加,伸缩缝最大水平位移、竖向位移响应随之减小。当支承刚度从50050 N/mm增加到80050N/mm时,伸缩缝中梁最大水平位移响应减小60.71%,最大竖向位移响应减小38.36%。当中梁支承刚度>50050N/mm,速度为81.5km/h时,增大支承刚度对伸缩缝中梁冲击影响较小。随着速度增大,伸缩缝中梁水平向振动位移和竖向振动位移变化规律趋于一致。与双辆车同时同向通过伸缩缝相比,单辆车通过伸缩缝时,最大竖向位移相差较小,最大水平向位移则明显要小。在单辆车通过伸缩缝时,最大竖向位移相差较小,最大水平向位移明显要大于双辆车同时反向通过的位移。     

模数式桥梁伸缩缝疲劳寿命分析与结构优化

为提高伸缩缝结构的强度和疲劳寿命，提出了一种考虑移动车轮荷载的伸缩缝结构动力响应计算方法，该方法同时考虑了车轮的竖向与水平冲击荷载，这些冲击荷载作用在内力影响线分析得到的最不利作用点上。在动力分析基础上，采用包含有效缺口应力、雨流计数和线性累计损伤理论的结构疲劳寿命分析方法，评估了模数式伸缩缝的疲劳寿命。针对伸缩缝结构强度与疲劳寿命的不足，依次提出了4种结构优化方法：①优化焊趾结构，减小应力集中。②增设单中梁支撑肋板，提高局部抗弯刚度。③增设双中梁支撑肋板，均匀提高抗弯刚度。④增设带横向连接的双中梁支撑肋板，同时提高局部抗弯和抗扭刚度。研究结果表明：中梁与横梁的连接焊缝和中梁跨中是典型的双缝模数式伸缩缝的易损位置。中梁与横梁的连接焊缝上的最大Mises应力超过了Q345级钢材的屈服应力，疲劳寿命远小于中国桥梁规范要求的200万次。优化焊趾结构无法满足强度要求；增设单中梁或双中梁支撑肋板能够能使结构满足强度要求，但无法达到规范要求的疲劳寿命；增设带横向连接的双中梁支撑肋板，可以达到强度和疲劳寿命要求。     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

模数式大位移伸缩缝智能监测

通过对模数式大位移伸缩缝的构造特点分析和运营现状调研,橡胶类部件性能劣化引起变形协调系统与中梁稳定系统的失效,最终导致竖向力传力系统损坏,是伸缩缝破坏的主要原因。通过对中梁各缝宽的监控及分析能够有效反映伸缩缝易损构件的使用状况,利用远程技术数据采集,经分析后做异常缝宽的检修预警,能够有效避免伸缩缝的结构性损坏。     

模数式桥梁伸缩缝水平向动力学响应分析

运用有限元分析软件对模数式桥梁伸缩缝进行水平向动力学研究,建立了其水平向有限元动力学模型,研究了车轮对中梁的水平冲击以及车速、中梁弹性支承刚度及预压量、滑动摩擦系数和剪切弹簧刚度的变化对中梁水平位移的响应特性。研究表明,当车速高于100 km/h,中梁弹性支承刚度小于70 000 N/mm时,应考虑车轮对中梁的水平冲击,当车速低于120 km/h,中梁弹性支承刚度及预压量分别大于80 000 N/mm和0.3 mm,滑动摩擦系数大于0.03,剪切弹簧刚度大于400 N/mm时,此时中梁水平位移小于0.5 mm,且车轮对中梁的水平冲击也可不考虑。     

车辆振动模型作用下不平整沥青路面的动力响应

由于受到车辆荷载的影响,沥青路面出现了各种形式的破坏。为研究沥青路面的动力响应,明确其破坏机理,采用二自由度1/4车辆振动模型模拟车辆荷载,依据弹性层状理论体系,建立沥青路面三维有限元模型,通过车辆-路面相互作用系统分析动态车载作用下沥青路面不同深度的动力响应,并对车速的影响效果进行了研究。结果表明:(1)由应力随深度变化来看,最大竖向、纵向与横向应力均出现在面层表面,三向应力在面层与基层的衰减现象明显;最大水平剪应力出现在面层与基层的交界处。(2)从应力的时程变化来看,竖向与横向应力均以受压为主;纵向应力的拉-压状态变化明显,容易造成疲劳破坏;水平剪应力处于正负变化状态,容易造成剪切破坏。(3)当车速在5～10m/s区间时,车辆荷载对沥青路面影响最大;随着车速增加,竖向位移与压应力急剧减小,至15～20m/s区间时荷载的影响最小,之后以缓慢增长趋势发展。     

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。     

移动车辆荷载作用下异型钢伸缩缝的动力学特性

为了分析桥梁伸缩缝在移动车辆荷载作用下的动力学特性,基于ABAQUS有限元分析软件建立起异型钢伸缩缝的数值模型,利用动力学计算方法模拟分析了异型钢伸缩缝在不同车速车辆荷载作用下的动力特性,同时研究了超载和型钢刚度变化对伸缩缝动力特性的影响效果.结果 表明,伸缩缝在静力作用下的最大应力点产生在型钢边梁上,这与实际工程破坏相符;随着行车速度的增加,伸缩缝的最大应力值和变形量也随之增大,车速从40 km/h增加到100 km/h时,最大应力值增加了15％,最大变形量增加了25％;车辆超载会使伸缩缝产生较大的应力,车辆超载量越大,产生的最大应力也就越大,当超载率达到100％时,最大应力较标准轴载增大2倍;型钢边梁刚度的增大,可使伸缩缝应力降低1％左右.     

多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。     

异形钢单缝式和模数式伸缩缝损伤等级划分及养护对策

通过调研某省高速公路桥梁伸缩缝的使用情况,针对量大面广的异形钢单缝式伸缩缝和模数式伸缩缝,分析了其常见的损伤类别及其产生的原因;并考虑高速公路的养护环境特点,从一线养护人员的可操作性和便捷性出发,对混凝土破损、橡胶条损坏、缝隙宽度异常、支撑系统损伤、位移控制系统失效和中梁型钢变形或断裂等典型病害,对其损伤程度进行了等级划分,规定了相应的量化评价指标,并提出了对应的养护措施和维修方法。     

潼西改扩建工程路堤地震动力响应分析

为分析在地震荷载作用下路堤的动力响应,以潼西改扩建工程为依托,运用MIDAS/GTS有限元程序建立潼西高速公路改扩建工程数值计算分析模型,分析了公路路面的水平和竖向位移响应和路堤边坡面动力响应。结果表明:在地震荷载作用下,距旧路中心距离越近,最大水平和竖向位移越小;新旧路基结合部产生明显的相对水平位移,路面发生断裂破坏的概率最大;同一地震荷载作用下,不同高程路堤的加速度的放大系数并不相同,随着高程的增加,放大系数整体上逐渐变大;当路堤坡顶观测点出现水平位移峰值时,坡面其它各观测点同样出现水平位移峰值,坡顶观测点的水平位移和加速度峰值并不同步,水平位移峰值滞后于加速度峰值。     

外部激励对发动机外平衡影响的道路试验研究

为探求车辆行驶时外部激励对发动机外平衡的影响,结合车辆行驶时发动机工作特点,以发动机横、纵中心截面相对振动位移作为评价指标,以路况、挡位和车速作为考察参数,在2种差异较大的路况上进行了2挡和3挡多车速道路试验.并根据DoE方差分析法对试验结果进行定量分析.分析结果表明,发动机外平衡受车速和路况影响较大,受挡位影响较小;各参数的交互作用对纵向外平衡影响显著,对横向外平衡影响不显著.     

异型钢独塔斜拉桥抗震性能分析

青海省西宁市西平大街异型钢独塔斜拉桥的结构、交通荷载较为复杂。为了保证该桥的抗震安全,使项目能够顺利进行,从桥梁空间动力模型建模、摩擦摆支座模拟、地震动输入方向3个方面进行分析,完成了桥梁的建模计算。结果表明：沿纵桥向输入地震动时,边塔的轴力和剪力远大于主塔,而沿横桥向输入地震动时,主塔的轴力、剪力和弯矩均大于边塔;选用的摩擦摆减隔震支座设计减隔震起始力为竖向承载力的10%,在E2强震作用下,支座进入减隔震摆动工作状态,有效延长了结构自振周期,实现了该桥减隔震设计;伸缩缝的设置应预留足够梁体位移量,以避免地震时梁体与桥台发生碰撞;桥台与主梁之间设置黏滞阻尼器,可有效控制梁体和桥塔的纵向位移,并起到减震耗能的作用。     

九江长江大桥列车振动对钢桥面铺装复合体系的影响研究

为研究列车振动对钢桥面铺装复合体系力学行为的影响,以九江长江大桥公路正桥(改造后,采用正交异性钢桥面铺装复合体系)为背景,采用Abaqus有限元软件建立加载公路车辆荷载的模型与同时加载公路车辆荷载和列车振动荷载的模型,对比分析2种模型钢桥面铺装复合体系力学响应的变化规律。结果表明:与仅承受公路车辆荷载相比,列车振动与公路车辆荷载耦合作用不会改变公路路面与横隔板位置处的应力分布规律,最大应力的位置也保持不变,虽然会大幅度增加钢桥面铺装复合体系的应力,产生较大的竖向位移,但整体上在可控范围内;在设计和施工等阶段需采用更高的标准来保证桥梁结构的使用性能。     

异型钢单缝式伸缩缝破坏原因及对策

异型钢单缝式伸缩缝在重载车辆的冲击震动作用下,耐久性较差。高速公路上经常因维修伸缩缝影响车辆的正常通行,分析其原因,找到对策,对于提高伸缩缝耐久性意义重大。     

基于无限长梁模型的车路振动耦合系统半解析解

针对无限长道路与车辆耦合系统响应计算复杂难题,考虑地基的弹性特性与道路不平度,建立基于无限长欧拉-伯努利梁模型的车路振动耦合系统。进而以车辆为参考点建立移动坐标系,提出通过积分变换推导耦合系统振动响应解析解的方法,并应用留数定理对其进行数值计算,获得车辆垂向位移、加速度、路面振动响应等系统响应的半解析解。与传统应用模态叠加法的有限长道路与车辆耦合响应相比,具有更高的计算效率与精度,系统参数化研究也证明了该半解析解的有效性。