基于实测和CA模型的大跨桥梁车辆荷载模拟

车辆荷载对于大跨公铁两用桥梁和大跨公路桥梁的使用性与安全性均有显著的影响。与中小跨桥梁相比,大跨桥梁交通容量可观,车辆在过桥中加减速和车道变化的概率较大,车辆荷载在桥梁的分布状态极为复杂。目前的交通荷载实测系统对车辆过桥全过程中的位置及速度变化不能提供详细的信息,为此,建立融合实测交通信息和元胞自动机（CA）模型的大跨桥梁车辆荷载模型,考虑不同区域车型构成特征,交通规则、车道设置和驾驶行为。依据河北一处重载路段的交通实测数据,分析不同交通服务水平下一座大跨斜拉桥静力荷载随时间和空间的分布特征,并通过与规范设计荷载值进行比较对荷载效应进行评价。     

杭州湾跨海大桥北航道桥主塔施工阶段抖振时域分析及安全性评定

杭州湾跨海大桥处在台风多发区,北航道桥为双塔斜拉桥。本文以该斜拉桥高为178.8 m的钻石形桥塔为工程背景,对主塔在施工过程中的抗风最不利阶段进行风致抖振时域分析,从而对桥塔在施工阶段中的结构安全和施工人员安全进行评定。首先选取结构在塔柱尚未合龙时和桥塔自立阶段为抗风最不利阶段,利用有限元程序对结构进行模态分析,确定了结构的动力特性和瑞利阻尼系数。然后计算在不同风偏角下的风致响应。将结构在考虑施工过程的静力结果和抖振时域分析的结果进行叠加,得到符合实际情况的结构应力和位移。结果表明,结构应力满足规范要求,不会出现裂缝;塔柱顶部抖振振幅和狄克曼指标较大,在风力较大时宜采取有效措施保证施工人员安全。     

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。     

随机车流-桥梁系统耦合振动精细化分析与动态可视化

针对目前公路车-桥耦合分析系统功能的不足,建立了随机车流-桥梁耦合振动精细化分析框架,该分析框架尽可能考虑了桥梁上通行车辆荷载的随机特性。采用交通信息采集系统和动态称重设备对交通荷载数据进行系统全面的观测,记录每辆经过观测断面车辆的到达时间、横向行驶位置、车速、车型和质量,在此基础上形成可以重现真实交通场景的随机车流;针对单主梁和梁格法桥梁分析模型,开发一个包含典型车型库,可以考虑桥面空间路面粗糙度,具有单向及双向多车道设置功能,车型、车辆悬挂系统、车辆质量、横向行驶位置、车速、障碍物位置和尺寸等参数随机功能的分析系统,并基于OpenGL技术着重开发了随机车流过桥动态可视化功能;最后,分别以1个单主梁和多主梁桥梁为工程实例,采用典型路段观测到的实际交通荷载研究了随机车流荷载对桥梁结构的影响。结果表明:所建立的随机车流-桥梁耦合振动分析系统具有明显的优越性。     

自锚式悬索桥主缆线形计算方法

以长沙市三汉矶湘江大桥为工程背景，对自锚式悬索桥的主缆线形及无应力长度的计算方法进行了研究，推导出两种基于不同假定下的主缆线形及无应力索长的计算方法：假定主缆自重沿跨径均布的抛物线法和假定主缆自重沿弧长均布的分段悬链线法。结果发现：抛物线法比较简单，但计算结果比较粗略；分段悬链线法考虑因素比较全面，计算相对复杂，但结果比较精确；对于空缆线形竖向坐标值两种方法的误差为0．739％，无应力索长计算两种方法的误差仅为0．31％。结果表明：抛物线法和分段悬链线法均可应用于自锚式悬索桥的主缆线形计算。     

精细微观车流-桥梁耦合系统构建及伸缩缝纵向变形分析

大跨桥梁上的车流重力动态分布和作用在变形主梁上的时变纵向力,决定梁端伸缩缝纵向变形,实现伸缩缝纵向变形分析,车-桥耦合系统是核心,实现车流重力分布和纵向力计算加载的车流微观行驶行为仿真及力学化的理论方法是关键。首先,从元胞尺寸和行驶规则2个角度对仿真方法进行精细：把实测车型典型轴距对标当前市场车型,确定各车型车辆前、后悬长并纳入车长考虑,基于多车型的车长公约数综合确定元胞尺寸,使得各车型的车长在仿真交通流中得到差异且全面的元胞表达,奠定精细仿真元胞基础;在车间距基础上,把车速差纳入考虑,丰富车辆微观行驶决策因素,并设定多级变速和变道优先权,从宏观规则和处置细节上对车流行驶微观行为进行精细化。其次考虑到车速是车辆行驶行为的直观表现,采用动量定理实现车辆变速行为到纵向力（力矩）的转换;把纵向力（力矩）均分加载在车辆占据的各元胞中心,实现车辆出、入桥力学过程的适度精细模拟;匹配车辆行驶行为,调整车流判断流程和加载识别部分,完善微观车流-桥梁分析系统。最后,以一座斜拉桥为工程背景,对不同密度组成的车流作用下伸缩缝的纵向变形进行分析。结果表明：①与单向车流相比,计算密度下双向车流的总体纵向力在均值和极值上的加强度的极值分别为1.6和1.5,即双向车流有相互作用,总体表现为抵消;②车流重力因素产生的主梁纵向变形较为稳定,伸缩缝纵向响应时程曲线围绕重力产生的伸缩缝纵向变形均值上下波动,波动幅度总体趋势受密度控制,在正、负（方向）上的极值和均值随车流密度增大大体均呈增大趋势,波动局部受上下行密度差控制,当双向车流密度之和一定时,双向车流的密度差越大,极值和均值就越大;③伸缩缝纵向位移服从正态分布,伸缩缝累积行程随车流总密度、上下行密度差增大呈增大趋势,车流密度、密度差越大,伸缩缝磨损范围越大,磨损程度越严重。