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。     

铺装层工作机理的模型试验分析

为了研究混凝土桥面铺装层对桥梁结构校验系数的影响,以简支混凝土空心板室内缩尺模型为对象,在不同试验工况下,测试并得到了空心板的应变、挠度值,然后通过理论分析分别研究了桥面不参与受力、全部参与受力、部分参与受力等多种情况下的空心板的理论值,并将其与试验测试值进行对比分析,结果发现在模型桥梁中有约2/3的桥面铺装层参与了结构的整体受力。表明桥面铺装层对空心板的校验系数影响显著,其结论可为梁桥荷载试验中校验系数的取值范围提供理论依据。     

简支梁桥顺桥向地震动分析

为了计算多跨简支梁桥地震荷载,根据弹性地基上桥墩的变形特性,将墩顶作用单位集中力时,桥墩静力挠度曲线方程作为基本振型,考虑了地基变形的影响,利用拉格朗日方程推导了多跨简支梁桥顺桥向地震振动方程,给出了相应的基频和振型参与系数的近似计算公式。仿真计算结果表明:简支梁桥一、二阶自振频率的计算值分别为7.43及11.19 Hz,而其试验值分别为7.00及10.55Hz,其误差在5.8%以内。可见,提出的振型可以用于简支梁桥顺桥向的抗震性能评估。     

客运专线上跨既有繁忙干线铁路转体法施工监控技术

连续箱梁桥在转体前后结构受力复杂,施工监控目的就是要确保桥体安全及转体过程的平稳性、转体单元成桥后线形及受力状态符合设计要求,通过监控及时地将信息进行分析并反馈到施工现场,有利于有效组织施工。结合哈大铁路客运专线刘房子特大桥主孔(48+80+48)m连续箱梁转体25°上跨既有京哈铁路施工实例,总结了在确保既有线铁路安全营运畅通的前提下对重4 700 kN的转体结构施工监控技术。对监控的主要内容、施工监测手段与过程等方面进行了分析,提出有效的施工控制措施和建议。     

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥温度效应分析

地锚式万向铰独斜塔斜拉桥结构体系新颖,为分析温度荷载作用下该类桥梁成桥状态的结构响应,以三亚海棠湾河心岛景观桥(主跨99.8 m钢斜塔双边工字钢梁独塔斜拉桥)为工程背景,建立桥梁结构有限元模型,分析体系温差、日照温差、索梁(塔)温差对桥塔偏位、主梁线形以及索力的影响。结果表明:体系温差下桥塔以纵向弯曲和纵向偏转为主,体系降温将引起全桥主梁下挠,体系升温效应相反,最大背索索力变化为成桥索力的6.1%;日照温差下桥塔以横向弯曲为主,纵向偏位较小,对主梁线形、斜拉索索力影响较小;索梁(塔)负温差下有索区主梁发生向上位移、背索索力增大,正温差下相反,对桥塔偏位基本不影响。     

连续刚构桥单双薄壁墩地震响应的对比分析

单双薄壁墩是连续刚构桥桥墩常见的两种形式,论文对比研究了它们对高墩大跨弯连续刚构桥动力及地震响应的影响规律。以某座桥梁工程为背景,建立了空间有限元分析模型,分析了墩底固结和桩土共同作用两种工况下连续刚构桥的自振特性,在此基础上,利用线弹性的时程分析法,对两种桥墩形式下结构的地震响应进行了对比分析。结果表明,相同条件下采用双薄壁墩可以有效地减小主梁的弯矩响应和位移响应,降低墩底应力,所有这些都是以增大双薄壁墩底轴力为代价的。其研究成果可供桥梁初步设计及弹性抗震设计参考。     

公路独柱墩桥梁抗倾覆研究综述

为了促进公路独柱墩桥梁的可持续发展,总结了国内外典型桥梁倾覆事故,并从桥梁倾覆破坏机理、倾覆稳定性影响因素和抗倾覆控制方法3个方面系统梳理了公路独柱墩桥梁在抗倾覆领域的研究现状,强调了超载对桥梁结构安全威胁的严重性、倾覆问题复杂性及紧迫性。研究结果表明:桥梁倾覆事故多由超载车辆偏载行驶诱发,这些独柱墩桥梁存在“强弯弱倾”现象;汽车荷载对桥梁的弯矩、剪力和扭矩效应影响不同,亟须建立一套适用于桥梁抗倾覆分析的重型汽车荷载计算标准;不同桥梁发生倾覆破坏的模式及相应的荷载最不利状态各不相同,明确桥梁不同破坏模式下的倾覆轴力学模型对倾覆最不利状态演化至关重要,尚需在倾覆轴力学模型和倾覆最不利状态领域开展更为深入的研究工作;温度、预应力、收缩徐变和基础变位因素耦合作用下的桥梁倾覆机理仍不清晰;采用反力最不利状态描述桥梁的倾覆极限状态,割裂了倾覆效应与扭矩特性的力学联系;建议以可靠度理论为基础,结合倾覆破坏模式及合理倾覆轴力学模型来完善抗倾覆控制计算方法,进一步降低公路独柱墩桥梁安全运营风险;在保持一定抗倾覆安全冗余度和注重桥梁监控与维护的前提下,加强治超限载管理是防止该类事故发生的根本途径。      

桥墩截面形式对弯连续刚构桥地震响应的影响

为了研究桥墩截面形式对弯连续刚构桥动力及地震响应的影响,以某工程实例为背景,建立了空间有限元分析模型,研究了桥墩外形尺寸、截面面积、截面纵向刚度等参数对结构自振特性的影响,在此基础上,利用线弹性时程法,对比分析了这些参数变化对空心墩与实心墩结构地震响应的影响。研究结果表明,桥墩截面形式的不同使得结构的振型系列发生了改变,具有空心墩的连续刚构桥与具有实心墩的连续刚构桥相比,当两者的外形尺寸相同时,前者的频率较低,当两者桥墩面积相同时,前者频率较高,在纵向刚度相同的情况下,前者频率稍低;采用空心墩时,墩底应力及主梁位移比相应实心墩的小,当桥墩纵向刚度相同时,空心墩和实心墩的地震响应基本相同。     

整体式斜交桥中桥台钢桩地震响应

采用有限元分析软件SAP2000建立了某整体式斜交桥的三维结构模型，通过离散非线性弹簧单元模拟桥台-台后土以及H型钢桩-桩周土的土-结构相互作用，通过一系列双向地震作用下的非线性时程分析，研究了桩的朝向、桩周土刚度及桩头转动刚度对整体式斜交桥中H型钢桩地震响应的影响规律。研究结果表明:双向地震作用下，H型钢桩的横桥向位移显著大于纵桥向，且受桩朝向的影响更为明显，强、弱轴弯矩均呈正反双向分布，屈服面函数最大值一般位于桩顶，另一峰值则位于桩身2~4 m埋深处；钢桩绕强轴弯曲布置时，桩顶纵桥向位移相比绕弱轴弯曲时降低18.2%，但横桥向位移增大47.7%，桩顶处绕强轴弯矩增加约3.9倍，桩身反向强轴弯矩峰值降低67.0%，桩顶处绕弱轴弯矩基本不变，桩身反向弱轴弯矩峰值增加约1.0倍；随着桩周土刚度的降低，桩顶纵、横桥向位移增大，桩顶屈服面函数值降低，而桩身屈服面函数峰值增加，桩身更不易保持弹性；当桩头采用柔性连接时，桩顶纵、横桥向位移均增大，桩顶屈服面函数值降低，有利于保护桩头，而桩身屈服面函数峰值增加，当桩头转动刚度过低时甚至可能大于桩顶刚度，导致桩身在罕遇地震作用下先进入塑性。