考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析

分析钢梁桥腹板间隙的疲劳问题时,其应力通常是基于疲劳荷载作用下的静应力叠加一个动力冲击系数来确定。已有研究表明:规范中的疲劳冲击系数低估了实际路面状况下的车辆动力冲击效应,往往导致腹板间隙的实际疲劳寿命低于设计寿命。基于此现状,研究了在假定的车辆和环境条件下路面的退化规律。建立了几座不同跨径的简支Ⅰ型钢梁桥和疲劳车的三维模型,通过车桥耦合振动分析,研究了实际桥面状况下车辆荷载动力效应对腹板间隙产生的应力幅冲击系数,并评估了腹板间隙的疲劳寿命。结果表明:基于腹板间隙应力幅计算的冲击系数大于传统基于应力的冲击系数;美国AASHTO桥梁规范中采用的疲劳冲击系数在路面条件较差时低估了车辆荷载动力效应。最后提出了腹板间隙疲劳评估应力幅冲击系数建议取值。     

简支钢板组合梁桥动力冲击系数研究

为研究简支钢板组合梁桥动力冲击系数，根据我国钢板组合梁桥实际应用情况，设计了150座不同参数组合的简支钢板组合梁桥，结合中国规范五轴车辆模型，建立车辆—桥梁耦合动力分析系统，通过数值模拟对冲击系数进行求解，分析不同参数对冲击系数的影响规律，最后提出基于跨径的冲击系数计算表达式，并与境内外规范进行对比分析。结果表明：简支钢板组合梁桥跨径、主梁数量、斜交角、车道数量、车辆车速均对冲击系数具有显著的影响，在60 m以下范围内冲击系数随跨径增大逐渐增大，超过60 m时，随跨径增大，冲击系数逐渐减小；主梁数量越多，冲击系数越小；斜交角超过45°时，应关注扭转导致的冲击系数放大作用；车道数量对冲击系数影响较小，冲击系数随车速的增加线性增长。可见，本研究计算的钢板组合梁桥冲击系数取值及其随跨径的变化规律与境内外规范相比存在明显差异，我国规范规定的冲击系数取值在40 m以下跨径中偏保守，当跨径超过40 m时，取值偏不利。研究结果可为简支钢板组合梁桥冲击系数取值提供参考。     

中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。     

中外桥梁设计规范汽车荷载比较

桥梁结构在其寿命周期内所经历的最主要的活载是汽车荷载。近几十年经济的快速增长,使得交通状况发生了显著的变化,交通量、车辆载重量等均有显著的提高;国内外经济交流的愈趋频繁,对于桥梁设计者而言,有必要了解各国的规范。为此针对D60、BS5400、AASHTO、Eurocode等规范,通过车道划分、荷载标准值、折减系数、冲击系数、布载方式等方面对汽车荷载进行了分析比较。发现在跨径小于200m时,BS5400规范的荷载值最高;在80m跨径以下D60规范的荷载值最低,Eurocode在80m到200m跨径最小;当将荷载标准值外推至200m跨径以上时,D60最高,Eurocode最低。     

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.     

考虑轨道不平整影响下城市轨道交通PC连续梁的冲击系数研究

依托城市轨道桥梁中一座三跨预应力混凝土连续梁桥开展实桥动力学试验,测试得到跨中动挠度时程曲线,建立了轨道列车-桥梁耦合有限元模型,通过与实测数据对比,验证了有限元模型的有效性。基于车桥耦合有限元模型,开展考虑轨道不平整度及桥梁跨径的双参数影响下冲击系数研究,分析后发现:实际测量得到的冲击系数较我国铁路规范值偏大;不平整度及桥梁跨径对桥梁结构的冲击系数影响明显,考虑不平整度影响后,冲击系数取值较我国现行铁路规范中规定值偏大;同一跨径下不平整度等级越差,冲击系数取值也越大。     

移动车辆荷载作用下大跨径连续梁桥动力响应研究

针对移动车辆荷载作用下公路桥梁动力性能设计与评价方法不足的问题,以依兰松花江公路大桥为例,运用自编程序,分析不同车辆荷载工况下桥梁冲击系数与振动加速度等动力响应指标的变化规律。结果表明,冲击系数随车辆纵向间距与车速的变化规律一致,均呈波动上升趋势;多车道时,若桥面不平整度沿横向变化不明显则冲击系数与车道数基本无关;大跨径桥梁不同部位的冲击系数有别,现行规范所采用单一断面的冲击系数计算全桥设计荷载方法的合理性值得商榷;在固定车距下,冲击系数随着加载效率的增大而呈下降趋势;振动加速度与冲击系数具有高度相关性。本文所得结论为移动车辆荷载作用下桥梁动力性能设计与评价提供了一定的依据。     

中小跨径钢混组合梁桥设计标准化关键参数研究

基于江苏省公路中小跨径桥梁的特点,以双向六车道30 m跨径的钢混组合结构桥梁为研究背景,对钢混组合板梁桥的设计标准化关键参数进行分析。针对不同关键构造参数与尺寸的桥型建立有限元模型,以横向分布系数、桥面板横向承载力和钢主梁应力作为参数分析对比标准,研究其合理截面与合理构造。数值仿真结果表明:横向分布系数主要受主梁间距与悬臂长度影响,桥面板横向承载力主要受桥面板厚度、主梁间距、主梁高度影响,钢主梁应力主要受主梁间距、主梁高度影响。综合以上参数分析结果,桥面板厚度取0.25 m,主梁间距取3 m,悬臂长度取2.0 m,横梁间距取5 m,主梁高度1.65 m时为最优方案。     

正交异性钢桥面板疲劳验算规范对比

在车辆荷载作用下,正交异性钢桥面板的疲劳开裂对结构的疲劳性能以及使用安全性能具有较大的影响,钢桥面板中复杂的焊接连接细节成为裂纹出现的集中区域。依据在正交异性钢桥面板方面研究相对成熟的AASHTO、Eurocode和日本规范,结合我国公路钢结构桥梁设计规范(送审稿);通过数值分析得到疲劳敏感细节在各国标准疲劳车辆荷载下的应力响应,并按照规范对细节的疲劳强度进行验算。验算结果表明,疲劳细节的应力幅对轴重比较敏感;顶板与U肋细节的纵向影响线比横隔板与U肋焊接处的影响线短;顶板与U肋处细节和横隔板挖孔处细节更容易发生疲劳裂纹。     

基于现场实测的大跨钢桁悬索桥疲劳可靠度分析

为了研究大跨度钢桁架悬索桥桁架杆件在随机车流荷载作用下的疲劳可靠度,首先以某大跨钢桁悬索桥为工程背景,建立梁-壳混合单元空间桁架主梁有限元模型,确定钢桁加劲主梁应力的关键位置。然后,针对主桁梁应力关键点对该桥进行测点布置并进行了短期的动态应变监测。随后,采用核密度估计方法建立基于小样本的日等效应力幅和日循环次数的概率分布模型。最后,基于Palmgren-Miner线性累积损伤准则及欧洲钢结构设计规范Eurocode 3的疲劳强度S-N曲线建立了关键构件的疲劳损伤极限状态方程,采用Monte-Carlo方法计算分析了不同交通增长系数下所测关键构件的时变疲劳可靠度。研究结果表明:该大跨钢桁悬索桥钢桁架主梁结构在车辆荷载下处于低应力状态,但是应力循环次数较高;车辆荷载对主横桁架外侧斜腹杆产生的疲劳荷载效应大于其他杆件,即斜腹杆更容易发生疲劳破坏,需引起高度关注;在短期监测情况下,采用核密度方法建立基于小样本的概率模型进行大桥疲劳可靠度分析是可行有效的;交通量的增长对疲劳可靠度指标的影响很大,车辆荷载引起的疲劳问题不容忽视;但总体来说所测关键构件的疲劳可靠度水平较高,在设计基准期内,发生疲劳破坏的可能性极小。     

中巴预应力混凝土桥梁上部构造设计异同分析

介绍了巴基斯坦PKM项目中预应力混凝土梁桥上部构造的设计验算,并基于该项目将设计过程与中国规范进行比较,总结两国在桥梁上部构造设计方面的异同点。验算主要包括桥面板和主梁两大部分。桥面板验算依据规范建立公式进行;主梁承载极限通过CSiBridge软件建模进行分析验算。巴基斯坦桥梁的结构计算根据美国规范AASHTO LRFD,车辆荷载依据西巴基斯坦高速公路桥梁规范;桥面板的验算中,除对抗弯、抗剪、裂缝控制进行验算外,AASHTO还要求对桥面板悬臂部分受撞击作用进行验算;主梁的验算应分别对正常使用极限状态和承载能力极限状态进行荷载组合和验算。分析得到:中巴两国规范在计算预应力损失方面基本一致,另外在车辆荷载、裂缝控制、应力验算等方面都存在较大差异。     

公路桥梁标准疲劳车辆荷载研究

为推导我国公路桥梁疲劳设计荷载标准,根据我国现有高速公路交通车辆荷载的调研数据,以等损伤度为理论基准,得出适用于不同地区的公路疲劳车辆荷载典型车式样,以上述疲劳典型车辆为蓝本,建立典型跨径的公路桥梁疲劳验算模型,进行构件疲劳损伤度计算,确定相应的公路桥梁疲劳车辆荷载标准车式样及对应跨径(或影响线长度)的纵向修正系数,由此构成完整的公路桥梁标准疲劳车辆荷载谱.这一结论为疲劳设计提供了标准车辆荷载谱,填补我国公路桥梁疲劳设计的空白.     

常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明：欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%～36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥...     

低应力幅值对钢桥疲劳性能的影响研究

为研究低应力幅值对结构构件疲劳性能的影响,对各国疲劳设计规范的疲劳设计曲线的不同形式进行了深入细致地比较和研究。研究结果表明:各国疲劳设计规范中的疲劳曲线的主要不同在于疲劳曲线在常幅疲劳极限处斜率是否改变以及是否设置变幅疲劳极限。对应于常幅疲劳极限处曲线斜率的改变,意味着在低于常幅疲劳极限的低应力幅值对构件的疲劳寿命仍然存在影响,只是影响程度有所减弱;设置变幅疲劳极限,则意味着当应力幅值小于一定程度时,对构件的疲劳寿命没有影响,对结构的疲劳性能无损伤作用。该研究结论可为我国公路钢结构桥梁设计规范的制定奠定一定的理论基础。     

杭州湾跨海大桥车桥空间耦合振动参数分析

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统,引入车桥系统几何协调条件和力学平衡关系,采用含增量动力平衡迭代格式的Newmark-β方法编制了汽车-桥梁系统空间耦合振动分析程序,并采用弹簧质量系统匀速通过简支梁对程序的可靠性进行了验证。然后以杭州湾跨海大桥为工程实例,运用所编制程序详细研究了车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、不同路面粗糙度以及不同车速时车流通过桥梁时主梁跨中的动力响应和冲击系数。研究发现:主梁跨中冲击系数随着路面粗糙度变坏而明显增大,与车辆数目、车辆间距、车辆相向行驶以及车速没有必然联系。     

埃塞俄比亚阿拜河特大桥设计与分析

阿拜河特大桥是埃塞俄比亚建设的第一座大跨径矮塔斜拉桥,桥梁跨径为(100+180+100)m,采用塔墩分离-塔梁固结的双索面结构体系,主梁为斜腹板预应力混凝土箱梁,该文从结构体系拟定、荷载作用效应、规范计算规定及材料用量指标等方面,基于AASHTO及CIP规范,进行分析计算,并与中国公路桥梁设计规范的相应结果进行对比,对于大型海外桥梁设计与建设具有一定的参考意义。     

大跨径悬索桥钢梁疲劳设计研究

大跨径悬索桥钢梁疲劳已逐渐成为钢桥主要病害之一,通过对疲劳与断裂的分析,使设计者对清楚了解疲劳寿命的主要组成部分。由于断裂力学在裂纹萌生阶段的分析理论仍不成熟,钢桥设计仍采用．S-N曲线和Miner线性法则进行无限寿命设计和安全寿命设计。新版国内钢结构桥梁设计规范尚未颁布,分别采用BS5400、AASHTO、Euroeode3及《公路桥涵钢结构及土木结构设计规范》（JTJ025—86）对某大跨悬索桥钢梁不同结构部分进行详细介绍,使设计者了解不同归规范中的相关规定,并对大跨悬索桥钢梁疲劳设计提出有益探讨。     

公路钢拱塔斜拉桥车致振动试验与数值分析

为了研究沈阳市三好桥(公路钢拱塔斜拉桥)在汽车荷载作用下的动态响应,通过测试得到不同速度的车辆通过时桥梁的竖向振幅和冲击系数,通过数值分析得到不同阻尼桥梁相应的动态响应和动力放大系数。分析结果表明:桥面平整的桥梁可采用数值方法计算桥梁的动态响应及其动力放大系数;主梁的位移和弯矩的冲击系数与车速呈波动变化,塔根弯矩的冲击系数、斜拉索和水平索最大索力和应力幅的冲击系数随着车速的增大而增大;不考虑阻尼时,桥梁各响应量的冲击系数的值偏大;考虑阻尼比时,各响应量的冲击系数随着桥梁阻尼比的增大而减小;阻尼比较小的桥梁,阻尼比对其动力响应影响较小。     

中小跨径桥梁上部结构最优设计方案研究

选取《桥梁设计通用图》的中小跨径桥梁,采用桥梁博士V3.2软件,分析同跨径同截面型式不同桥宽、同跨径同桥宽不同截面型式桥梁的主梁最不利荷载横向分布系数,并计算全桥的经济指标,寻找中小跨径桥梁上部结构的最优设计方案。结果表明:同跨径同截面型式不同桥宽的梁桥,跨径大于20 m、桥宽12.75 m的T型截面梁桥为最优设计方案;跨径为20 m,桥宽12 m的箱型截面梁桥和桥宽13.5 m的空心板梁桥为最优设计方案;同跨径同桥宽不同截面型式的梁桥,跨径大于20 m时,箱型截面为最优设计方案;跨径等于20 m梁桥,空心板梁桥是最优设计方案;跨径小于20 m空心板梁桥,单片主梁宽度越大,技术经济指标越优。     

桥面铺装对中小跨径桥梁力学性能影响研究

为分析桥面铺装对中小跨径桥梁受力的影响,以空心板桥为例,通过足尺构件破坏试验,分析铺装层对主梁裂缝、变形和承载力的影响,结合整桥的荷载试验,建立3种分析模型与测试结果进行比较,并探讨了铺装层厚度对整桥受力性能的影响。结果表明,加载过程中桥面铺装与主梁共同受力性能良好,达到极限状态时,铺装层与主梁结合面无水平裂缝出现,桥面铺装能显著提高主梁的抗裂性能和极限承载力;车辆荷载作用下铺装层能够参与整桥受力,随着铺装层厚度加大,梁底拉应力先减小后增大。建议中小跨径桥梁设计和评估时,应适当考虑铺装层对主梁力学性能的贡献。