墩塔焊接钢筋部品刚度计算方法及工程应用

针对桥梁墩塔焊接钢筋部品变形计算难题，从揭示焊接钢筋部品整体刚度本质出发，提出了焊点三向转动刚度求解模型。考虑钢筋直径的影响，设计了105组T形焊接钢筋试件及2类加载固定装置，开展了分级加载破坏试验。在此基础上，构建了焊点三向转动刚度的力学本构模型，重点分析了模型参数的合理取值方法。研究结果表明：分析焊点三向转动刚度是计算焊接钢筋部品整体刚度的关键，其转动刚度经历一个弹性平台后快速下降；初始刚度、弹性转角和刚度退化率等焊点力学本构模型参数均符合高斯分布；初始刚度受钢筋直径的影响较大且随钢筋直径的减小而降低，弹性转角和刚度退化率基本不受钢筋直径影响；同一钢筋直径下，转向刚度R_x的初始刚度及刚度退化率最大、弹性转角最小，转向刚度R_y的弹性转角最大、初始刚度及刚度退化率最小，转向刚度R_z的初始刚度、弹性转角和刚度退化率均居中。同时，为验证所提本构模型及其参数取值的合理性，分别测试了常泰长江大桥中塔钢筋部品起吊状态下的竖向变形及支撑状态下的平面变形。结果表明：当焊点弯矩-转角本构模型参数取均值时，模拟值与实测值基本吻合良好，说明...     

桥梁结构地震响应的接触效应及影响因素分析

为研究桥梁上部结构关键部位界面接触效应及其对结构的地震响应影响规律,基于接触面对法建立了非线性地震响应分析模型,利用ANSYS进行数值计算,对Goodman单元的切向与法向刚度进行率定,通过模型的位移云图及相对位移时程以及从地震动峰值加速度、材料的弹性模量、接触摩擦系数3个方面以接触面滑移距离为评价指标进行分析。结果表明:相对位移的总体趋势为先增大后减小至零,大小变化随时间无明显规律;接触面滑移程度随着地震动峰值加速度的增大而逐渐增大,随着材料弹性模量的增大而呈线性变小,随着接触界面摩擦系数的增大而逐渐减小。     

考虑桩与冻土相互作用的单桩轴向静载数值分析

依据弹性地基梁的基本理论,提出了冻土弹簧刚度的计算方法,依托格尔木多年冻土桩基试验场试验桩,采用ANSYS中的实体单元和弹簧单元模拟桩与冻土的相互作用,基于“m”法建立了单桩桩土空间体系的有限元模型,进行轴向静载分析,有限元计算结果与实测值吻合较好,并与RANDOLPH法进行了比较。结果表明:文中提出的土弹簧刚度的计算公式能更好地反映多年冻土区桩土的相互作用效应,证明了该文方法的可行性。最后通过参数分析,给出了格尔木多年冻土区试验桩地质条件下单桩影响半径系数的取值范围,讨论了“m”值及配筋率对单桩Q-S曲线的影响。     

基于支座摩擦的桥梁结构地震反应研究

针对桥梁支座结构的非线性特征,通过建立不同的桥梁结构模型,分析了桥梁墩径、支座摩擦系数、初始刚度下支座摩擦对桥梁结构地震反应的影响作用。研究结果表明:大部分情况下,活动支座的摩擦力能够有效降低固定支座的地震反应,有利于提高桥梁的抗震能力;对于墩径较小的桥梁结构,则应考虑桥梁支座摩擦对地震的反应;对于固定式支座桥梁,采用较大初始刚度的活动支座结构,能有效提高结构的减震率的同时量体位移较小,对于抗震性支座桥梁,当活动支座初始刚度保持在4×10~4~8×10~4kN/m能获得较好的减震效果。     

基于预紧弹簧系统的桥梁挠度冲击系数量测方法

为了提高桥梁挠度及冲击系数测试的稳定性,在传统悬锤法基础上,基于弹簧预紧效应,提出了预紧弹簧法。首先依据车-桥耦合振动理论,以简支梁桥为对象推导了车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动方程,进行了室内试验和系统数值验证;在此基础上分别建立了车辆-桥梁-悬锤系统和车辆-桥梁-预紧弹簧系统的有限元模型,利用数值解法分析了横向风荷载对悬锤法和预紧弹簧法测量主梁挠度及冲击系数的影响;根据建立的车辆-桥梁-预紧弹簧耦合振动系统,研究了影响该方法精度的关键性因素,并给出系统参数选型优化经验公式。最后,以一座30 m预制装配式简支箱梁桥为例,在随机车载激励下,进行支架法、悬锤法和预紧弹簧法3种方法的对比试验。研究结果表明：预紧弹簧法与传统悬锤法相比,冲击系数受风荷载影响较小;无风环境下,预紧弹簧法易受铁丝抗拉刚度、弹簧刚度和悬挂长度的影响,而与初始预紧力值无关;通过合理选用参数,预紧弹簧法能够实现主梁与系统同相位振动;工程实例表明该方法与支架法挠度冲击系数平均误差为6.1%,精度高于悬锤法测量结果,该方法也可为桥梁结构静动载大位移测试提供借鉴。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明:动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究（双语出版）

为了提出适用于中国车-桥耦合振动分析的车辆动力分析模型,首先基于中国桥梁规范中的设计车辆荷载,结合大量调查统计数据和等效静力分析方法,初步拟定车辆动力分析模型的几何尺寸、质量、刚度、阻尼等参数取值,并与国内外广泛采用的几种车辆模型的参数取值进行对比。接着选取4座钢筋混凝土简支梁桥并建立其三维有限元模型,基于车-桥耦合振动数值模拟分析车辆模型的刚度、阻尼等参数对桥梁上动力冲击系数的影响,并对比几个不同车辆模型对动力冲击系数的影响。最后,选择中国湖南省境内一座实桥和几辆不同轴数的重车开展实桥试验,将实测动力冲击系数与所提车辆模型数值模拟获得的冲击系数进行对比。结果表明：动力冲击系数随车辆总质量的增大而减小,随车辆整体刚度的增大而增大,但随车辆整体阻尼的增大呈先减小后增大的趋势;单个车轴的刚度和阻尼对动力冲击系数的影响不明显;车辆总质量是导致不同车辆模型作用下动力冲击系数差异的主要因素;数值模拟结果与实测结果吻合良好,验证了所提车辆模型及参数取值的合理性;该车辆模型可用于中国的设计车辆荷载作用下桥梁的动力响应分析和相关研究,也可用于估算重量相当的不同类型车辆对桥梁的动力冲击效应。     

西部地震区高墩桥梁支座合理选型研究

采用非线性时程分析方法,对西部地震区高墩桥梁支座的合理选型进行了研究。比较研究的支座型式包含盆式橡胶支座、四氟滑板支座、板式橡胶支座、铅芯橡胶支座。地震动峰值加速度分别采用了0.15 g和0.20 g。非线性时程分析中考虑了支座的力-位移关系,以及桥墩潜在塑性铰的动力反应。研究结果指出,从抗震角度来看,西部地震区高墩桥梁支座的选型原则是尽量提高结构的刚度,减小梁体位移和墩顶位移。     

基于车激响应的桥梁支座脱空病害识别方法研究

为快速、准确地评估铁路简支梁桥的支座健康状态,分析各影响因素对识别结果的影响,以刚体动力学和结构有限元法为基础建立了车桥耦合动力分析模型,提出了一种以频谱相似性指标构建目标函数、以模型修正方法为主要技术手段的桥梁支座脱空病害识别方法,并在此基础上以某高速铁路32m简支梁桥为工程背景,采用数值模拟和现场试验的方式对所提方法进行了验证。结果表明:该方法可实现支座脱空病害的定位和定量识别,且计算效率和精度均较高,虚假损伤很小;列车行车速度、轨道不平顺谱及列车编组等因素对支座脱空病害识别结果影响较小;现场试验的加速度频谱分析实测值与理论值在低频段吻合良好,各支座识别结果均大于支座刚度限值,支座未发生脱空病害,与支座实际状态一致。     

考虑护栏刚度影响的荷载横向分布分析

本文针对预应力混凝土连续箱梁,建立空间梁单元和三维实体有限元仿真模型并结合桥梁荷载横向分布理论,分析了墙式防撞护栏刚度对结构横向分布系数的影响,提出了考虑护栏刚度的荷载横向分布计算方法。计算结果与实测结果对比分析表明:考虑护栏刚度的荷载横向分布系数计算结果与实测值吻合较好,此荷载横向分布计算方法可应用于桥梁设计计算和结构承载力评定。     

不同地震烈度下隔震连续梁桥模型振动台试验

为了研究在不同地震烈度下不同类型场地的隔震连续梁桥结构的振动特性和隔震效果,根据一座在建的两跨隔震梁桥,按1/10的比例设计了一座两跨隔震梁桥模型及试验用方形铅芯橡胶支座,并对其力学性能进行试验;在此基础上对梁桥结构模型进行了地震模拟振动台试验。结果表明:地震动的幅度和频谱成分、场地类别、地震烈度、断层等因素对隔震桥梁体系的隔震效果有很大影响;输入不同地震波和不同加速度峰值,小震时铅芯橡胶支座水平刚度较大,结构较稳定,大震时铅芯橡胶支座水平刚度较小,支座恢复力-位移滞回曲线面积较大,可以较多地耗散地震输入能量,减小能量向桥梁上部结构的传递。     

圆形地连墙设计关键问题及轴对称有限元法

为完善圆形地连墙设计理论,探讨了现行规范方法的力学概念、环向应力计算方法、土-结构相互作用及环向刚度折减系数等关键问题,基于薄壳理论推导了地基双向弹簧条件下圆形地连墙的基本微分方程,改进非线性土体弹簧模型以考虑土压力发挥极限值所需的位移,引入连续弹簧模拟环形内衬,采用增量法计入施工过程影响,并编制了有限元程序;同时,提出采用单元体试验研究圆形地连墙环向刚度折减系数取值方法,考虑接缝刚度与宽度、地连墙半径、槽段平均长度等因素建立了折减系数计算公式,最后,以阳逻大桥圆形锚碇基坑工程为例进行了计算与对比分析。结果表明:典型条件下折减系数为0.467~0.679;该方法位移计算值与实测值基本吻合,克服了现行方法无法分析支护结构环向应力及地连墙两侧土压力发展过程的缺陷;计算参数物理意义明确、易于获取,可为工程设计提供较为全面的参考依据。     

地震作用下山区高低墩长联梁桥支座刚度优化研究

为了取得合理的支座剪切刚度,以提高山区高低墩长联梁桥的抗震性能,采用MIDAS Civil软件建立6×40m预应力混凝土连续T梁桥模型(不同墩高的3类桥梁),进行E1反应谱分析,研究支座刚度对墩底纵向弯矩的影响;基于可视化较好的Visual Basic编程语言和APDL参数化设计语言,编写"支座刚度优化"程序,以方便地得到合理的支座刚度。结果表明:将一联内支座与墩的组合刚度调整为一致,不能使桥墩受力均匀,甚至会造成高墩墩底弯矩增大,内力分布更加不均;通过增大高墩支座刚度,减小矮墩支座刚度,可使墩底纵向弯矩分布更加均匀,减小其弯矩峰值,同时也降低了墩底横向弯矩;"支座刚度优化"程序计算结果可靠,有利于在实际工程中通过调整支座刚度来提高桥梁抗震性能。     

基于移动TMD加速度响应的桥梁损伤检测新方法研究

将TMD安装在一个可移动的装置上,利用TMD上的无线传感器记录其通过桥梁时的加速度时程曲线。通过对TMD加速度响应的分析对桥梁的损伤位置和损伤程度进行识别。对简支梁桥和移动TMD耦合系统建立有限元模型,对该识别方法进行数值模拟和参数分析,验证该方法识别桥梁单处损伤和多处损伤的可行性,结果与预期目标吻合。对不同路面粗糙度,TMD不同移动速度,移动TMD与桥梁的质量比和刚度指标比进行参数分析,为采用该方法对桥梁进行快速损伤检测的参数选取提供理论依据。     

不同设计基准期下地震动峰值加速度取值分析

为了得到大跨度桥梁抗震设计中采用高于抗震规范设计基准期时的地震动参数,通过烈度建立设计基准期与地震动峰值加速度之间的联系,运用经验公式分析了不同设计基准期下地震动对峰值加速度的表现规律,并与现有抗震设计规范就设计基准期为50年概率水平下的取值做了对比分析,通过实桥的地震安全性评价数据验证了该方法在设计基准期为100年概率水平下计算结果的可靠性.     

中承式钢管混凝土拱桥地震易损性分析

为了研究中承式钢管混凝土拱桥的地震易损性,基于国内工程实际和统计资料对拱桥相关参数进行取值,使用超拉丁法抽样形成桥梁样本,从太平洋地震工程研究中心数据库选取符合我国地质条件的地震记录作为地震动样本,对桥梁和地震样本进行配对;使用数值方法模拟相关动力响应,根据基于变形或内力和积累耗能的双重破坏准则判断其破坏状态。通过概率分析得到桥梁关于峰值加速度(PGA)的易损曲线和关于地震震级、震源距离的易损曲面,为地震风险评估抗震加固提供了理论依据。     

考虑碰撞效应的双柱式高墩桥梁非线性地震反应特性研究

以西南山区线路中常用的双柱式高墩桥梁为研究对象,建立典型桥跨结构的空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析方法,详细研究了考虑地震碰撞效应时桥梁结构的地震响应特性,并探讨了接触单元刚度取值、间隙宽度、桥台刚度以及支座滑动性能等非线性边界条件的影响。结果表明:梁间碰撞作用主要发生在近桥台伸缩缝处,碰撞作用减小桥墩的地震响应,同时在梁体中产生较大的短时加速度脉冲效应;考虑桥台的纵向约束作用将使得梁间碰撞效应增强;对于通常设计采用的间隙宽度范围,强震作用时碰撞现象会不可避免地发生;支座滑动性能对桥墩的地震响应起到隔震的作用,考虑支座滑动性能后梁间碰撞次数减少;各种非线性边界条件因素的综合作用使得桥跨结构的地震响应变得较为复杂,为获得结构真实响应结果应该合理考虑这些因素的影响。     

梁桥冲击系数实测值与规范取值差异分析

桥梁冲击系数实测值与规范值的偏差会引起对桥梁结构的实际状况评价趋于保守或偏不安全.以实测数据为统计样本,对梁式桥冲击系数实测值与规范取值的差异趋势及成因进行分析.分析结果表明:冲击系数受车辆自振特性、行车速度、车一桥频率耦合作用以及桥面平整度等诸多因素的影响以致其实测值与规范取值往往有较大偏差,连续梁桥更加明显;04规范对30~50 m跨径连续梁桥冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小:89规范对于30m以上跨径梁桥冲击系数取值偏不安全;冲击系数峰值车速出现在20~30km/h的概率最大.在使用规范进行承载力评价时应综合考虑各种因素的影响.     

斜腿刚构荷载横向分布的简化计算探讨

为简化桥梁计算,通常通过荷载横向分布系数将复杂的空间受力问题,简化为工程师习惯、受力明确的平面结构。该文通过改变空间模型中虚拟横梁的间距及抗弯刚度,系统地分析了主梁边、中孔最大正弯矩断面及斜腿顶部主梁最大负弯矩断面的横向分布规律,并通过荷载试验结果对分析的结论进行验证。结果表明:在采用空间梁格法计算斜腿刚构跨中断面横向分布时,虚拟横梁间距取虚拟纵梁间距的1/2及虚拟横梁抗弯刚度调整为主梁的3倍时,计算的模拟斜腿刚构跨中横向分布与实测值误差在5%以内,具有足够的精度,可供工程设计参考使用。     

高性能板式减震橡胶支座竖向刚度研究

为探究高性能板式减震橡胶支座竖向刚度的影响因素及规律,得到该支座竖向刚度的简化公式,对不同构造的高性能板式减震橡胶支座进行竖向刚度试验,并建立其实体有限元模型,对支座抗压弹性模量受2个形状系数的影响规律进行参数分析。然后,在现有纤维加劲橡胶支座的抗压弹性模量Tsai-Kelly理论公式与Toopchi-Nezhad修正方法的基础上,用得到的抗压弹性模量数值解对Toopchi-Nezhad修正抗压弹性模量公式中的变量系数进行拟合再修正,得到适用于高性能板式减震橡胶支座的抗压弹性模量理论公式。之后,结合新型支座的常用规格,利用支座抗压弹性模量与第一形状系数的线性拟合,得到其简化经验公式,用于高性能板式减震橡胶支座竖向刚度的计算。结果表明:高性能板式减震橡胶支座的抗压弹性模量会受橡胶层厚度、支座平面面积影响,并随支座第一形状系数S_1的增大而增大,随第二形状系数S_2的增大而减小;建立的新型支座有限元模型可以准确模拟其竖向受力性能;拟合得到的高性能板式减震橡胶支座抗压弹性模量理论公式与有限元模拟结果误差仅5%,可用于该支座竖向刚度的理论计算;经简化得到的经验公式可以用于钢丝直径为1mm,15S_145,2S_26的高性能板式减震橡胶支座的工程设计。