随机车流作用下拱桥吊杆疲劳性能研究

为研究吊杆的疲劳性能,以某拱桥为工程背景,在MATLAB中使用蒙特卡洛抽样建立考虑车型、车道、车距、车速、车重5种参数的随机车流模型,使用ANSYS求解吊杆在随机车流荷载作用下的应力时程,评估吊杆的疲劳损伤和寿命。结果表明,跨中长吊杆和拱脚附近的短吊杆疲劳损伤值高于其他吊杆;车流密度越大,吊杆疲劳损伤值越大,个别吊杆的不同车流密度下疲劳损伤值可相差20倍;车流密度对吊杆疲劳寿命影响很大,尽可能使用长时间的实测车流数据才能得到满意的预测结果。     

基于随机车流的等效疲劳车荷载研究

以云南金安金沙江大桥为工程背景,基于该大桥交通量预测数据,利用蒙特卡洛法编制Matlab程序,计算得到云南金安金沙江大桥的随机车流。根据随机车流组成的疲劳荷载谱,得到适用于云南金安金沙江大桥的标准疲劳车辆荷载模型。研究结果表明,基于随机车流得到的等效疲劳车车重为526kN,高于《公路钢结构桥梁设计规范》(JTG D64—2015)中提供的标准疲劳车车重,适应该大桥交通量大、重载车比例高的特点。研究成果不仅可为该桥梁正交异性钢桥面板的疲劳试验提供理论支撑,并可为该地区公路桥梁的疲劳荷载谱编制以及桥梁耐久性评估提供依据。     

基于实测车流的中小跨径桥梁车载动力效应极值研究

为评估现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平,提出了车辆荷载冲击作用下桥梁效应极值外推方法。基于高速公路车辆动态称重数据,研究了简支T梁桥的车载动力效应极值,校验并评估了现有车辆荷载作用下中小跨桥梁的安全水平。研究结果表明:基于实测数据的随机车流模型融入了车辆的概率信息,为桥梁车载动力效应极值的概率外推提供了有利条件;欧洲与英国规范的设计车辆荷载效应的重现期远大于美国和中国设计规范;随着桥梁跨度的增加,欧洲与美国荷载模型的重现期随着桥梁跨度的增加而减小,英国荷载模型随桥梁跨度的增加呈先增加后减小的趋势,中国荷载模型的重现期随桥梁跨度增加而增加。     

公路桥梁随机车流模拟研究

公路桥梁车流具有很强的随机性,从公路桥梁随机车流的基本统计方法及参数分析入手,对常见车型进行了分类,分析了随机车流参数的随机分布特性,结合Matlab程序,编制了随机车流模型生成程序,通过对某大跨度公路桥梁实际车辆流量进行的统计及分析,得出了随机车流的随机函数的统计参数,建立了随机车流参数数据库,并以此为基础,模拟生成了公路桥梁随机车流模型.     

多维地震激励作用下大跨度斜拉拱桥的随机响应

以一种新颖钢管混凝土拱桥-斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,通过建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法得到结构的自振特性,并运用随机响应理论分别对该桥在纵向激励、纵＋竖向激励、纵＋横向激励、纵＋竖＋横向激励等4种工况作用下的地震响应与相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥进行了对比分析。分析结果表明,地震横向激励对斜拉拱桥的响应特性有较大的影响,在多维随机地震激励作用下,由于斜拉索的存在使得斜拉拱桥的横向抗震性能优于相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

考虑场地效应的大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析

为研究场地效应对大跨度多塔斜拉桥地震响应的影响,以嘉绍大桥为工程背景,建立了ANSYS有限元模型,采用随机地震分析方法对考虑场地差异的结构随机地震动响应进行了数值分析.结果显示,场地效应对嘉绍大桥各跨主梁位移及各塔塔底内力存在一定的影响,其影响程度与场地差异的假定有关.此外,分析了设置刚性铰构造与否和嘉绍大桥随机地震响应之间的关系.研究表明:设置刚性铰将增大主梁纵向和竖向位移以及各塔塔底内力,但对主梁各跨与各塔的影响程度存在差别,应区别对待.     

车流作用下车辆与桥梁耦合动态响应分析

采用微观交通流模型中的跟驰模型来模拟车流行驶过程中各车辆的速度以及它们之间距离的变化,建立了车流作用下简支梁的车桥耦舍振动方程,分析了桥梁在车流作用下的动态响应,为研究车流作用下桥梁结构动态响应提供基础性成果。     

随机车流作用下沥青砼铺装层疲劳可靠性分析

针对沥青砼铺装层疲劳开裂因随机性较强难以预测的问题,基于中国西南地区南溪长江大桥动态称重(WIM)统计数据,统计不同车速、车重和行车间距的概率分布模型,应用MonteCarlo随机抽样法提取随机车流模型;采用瞬态分析法模拟计算随机车载下沥青砼下缘弯拉应力时程曲线,利用雨流计数法提取疲劳应力时程,得到疲劳荷载效应概率模型;基于Miner线性损伤准则对沥青铺装层的疲劳可靠性进行评估。结果表明,车辆荷载概率分布具有多峰特征;随机车流作用下沥青砼铺装层在服役期内的疲劳可靠度指标均大于目标可靠度指标,具有一定的安全储备;考虑车辆数年增长率2%时,服役期为9.6年时其疲劳可靠度指标小于目标疲劳可靠度指标。     

基于随机车辆荷载的大跨悬索桥钢桥面板疲劳损伤评估方法

钢箱梁是大跨径桥梁常用的结构形式,其桥面板一般采用正交异性钢桥面板,在大量交通荷载反复作用下,正交异性钢桥面板易出现疲劳病害。现依托西堠门大桥的状态评估项目,基于桥梁结构健康监测系统中的动态称重系统监测数据,对实际运营车辆荷载进行概率拟合,然后基于随机车辆荷载法对正交异性钢桥面板关键疲劳细节进行疲劳损伤计算,为钢箱梁的养护管理决策提供相应的理论依据。研究表明：西堠门大桥正交异性钢桥面板的疲劳损伤和裂纹处于可控范围内。基于随机车辆荷载模型的钢桥面板疲劳状态评估方法,为西堠门大桥的钢桥面板疲劳养护提供指导,并为境内同类正交异性钢桥面板桥梁的疲劳评估提供借鉴。     

车辆荷载对山区悬索桥加劲梁疲劳损伤的影响

以某悬索桥为背景工程,建立了该桥对应的ANSYS全桥有限元模型,并以标准疲劳车分别对各车道进行了加载,找出了应力幅最大的主梁桁架杆件节点作为关键节点。根据该悬索桥的现场实测数据,分析了主梁关键节点的应力历程曲线,利用雨流计数法处理得到了该桥的疲劳应力谱。结合线性疲劳累积损伤理论,对该悬索桥关键节点疲劳寿命做出了简单预测,并根据交通量增长率变化情况,预测了该悬索桥的远期交通量发展情况以及加劲梁的远期疲劳寿命。研究表明,公路桥梁交通量的变化情况对主梁疲劳寿命的影响不可忽略;山区公路桥梁与城市公路桥梁的交通量变化趋势差别较大,且山区桥梁通行车辆中重车占比较高。     

大跨窄面悬索桥抖振时域精细化分析

以主跨278 m,桥面宽4 m的钢桁架加劲梁窄面悬索桥为工程背景,对大跨窄面悬索桥的风致抖振响应进行了有限元仿真模拟分析,并对可能影响桥梁抖振响应的几个关键的影响因素进行了分析,研究了大跨窄面悬索桥的抖振响应特点,得出结论:对于大跨窄面悬索桥结构,在动力时程分析过程中考虑大变形效应,结构主梁的抖振响应脉动幅值均变小,且...     

移动荷载作用下特大悬索桥的行车舒适性

为研究移动荷载作用下特大悬索桥的动力响应和行车舒适性问题,用正交异性矩形板单元弯曲形函数的6次Hermitian插值函数,通过Matlab编程把车辆移动过桥时的荷载转换成加劲梁各节点的荷载时程,用通用有限元程序ANSYS,对移动荷载作用下特大悬索桥动态响应进行了时程分析,给出了悬索桥在不同荷载作用下的数值分析结果。实例分析表明,该方法具有很好的适用性和很高的精度,加劲梁最大位移响应位于桥梁中跨的跨中位置,发生在移动荷载通过桥梁跨中位置前后。最后,通过对某悬索桥动力响应的时程结果进行小波变换,研究了该悬索桥的行车舒适性。     

基于特征熵权与样本加权的大跨桥梁多车道交通荷载聚类模型

为满足交通流荷载作用下大跨桥梁结构评估的需要,研究了基于荷载参数特征的交通流状态划分方法。首先,基于实测交通流数据,按照车道属性统计分析得到交通流的单位小时特征参数样本,选择单位小时内车型比例、车头间距及交通流速度作为交通流状态划分的参考特征;其次,改进经典k-means聚类算法以增强其对高维、复杂交通流荷载分类的鲁棒性,即通过引入特征熵值来表征各特征参数对聚类效果的重要性,同时计算样本点与周围样本点的接近程度来赋予样本点权值,以削弱样本离散性对聚类质量的不利影响;最后,通过聚类算法得到11种具有不同参数特征的交通流荷载,分析了其作用下某大跨斜拉桥拉索应力响应及造成的疲劳损伤。结果表明：改进算法的聚类质量指标比原始k-means算法提高了40%以上,对交通流状态划分具有良好的适用性;通过算法得到的不同类别的交通流荷载的特征参数差异性明显,其占有率也大不相同,同一类别的交通流荷载各样本特征参数聚拢效果良好;同车道内不同类别的交通流荷载的拉索等效应力差别较大,其变异系数均在0.2以上,尤其在考虑了不同交通流荷载模型的占有率后,这种差异性进一步增大。上述结果表明该交通流荷载聚类与模拟方法是有...     

大跨斜拉桥施工与成桥状态风致抖振响应分析

为研究大跨斜拉桥成桥与施工状态的风致抖振响应,分别采用时域和频域方法对一座典型大跨斜拉桥的成桥状态、施工最大双悬臂与最大单悬臂状态进行了数值计算.采用改进的谐波合成法模拟桥梁结构的随机脉动风场,基于有限元编程,实现了考虑自激力的斜拉桥抖振时域分析,使用多模态耦合分析方法进行斜拉桥的频域抖振分析.分析结果表明:在主梁设计基准风速下,成桥状态和施工状态的横桥向和扭转角抖振位移均较小,施工最大双悬臂中跨悬臂端点竖桥向抖振位移较大,在施工中应妥善处理;成桥与施工状态下的主塔塔顶抖振位移均较小,施工过程中可以不考虑主塔顶部的位移控制;基于合理模拟风场的时域计算方法,能够考虑各种非线性因素,能够较好地反映斜拉桥的抖振响应;不考虑气动导纳的频域计算会夸大斜拉桥的抖振响应,考虑Sears函数作为气动导纳的频域计算方法会低估斜拉桥的抖振响应.     

中央扣对大跨悬索桥动力特性和汽车车列激励响应的影响

为了探讨大跨悬索桥在动力激励下中央扣的作用,以四渡河悬索桥为研究背景,建立了该大跨钢桁架加劲梁悬索桥的3种中央扣模式的空间动力计算模型,对其动力特性和在移动汽车车列激励下的时程反应进行了空间非线性分析。研究结果表明:中央扣提高了结构的反对称抗扭刚度,限制了结构的纵飘特性;在静车列作用下,中央扣对全桥内力分布影响很小,但是在移动车列激励下,中央扣使得加劲梁的应力动响应显著增加,且随车列速度增加而增大;中央扣对加劲梁纵桥向位移的限制作用在常规速度车列激励下表现不明显;中央扣的设置方式宜采用刚性中央扣或3对柔性中央扣。     

中央扣对大跨径自锚式悬索桥动力特性的影响

为了研究不同形式中央扣对大跨径自锚式悬索桥地震反应的影响,结合某主跨406 m的自锚式悬索桥为工程实例,利用Midas/Civil程序建立其未设中央扣、设置刚性和柔性中央扣的三种有限元模型,使用多重Ritz向量法分别得出三种模型前180阶自振频率及振型,分析对比中央扣对三种模型动力特性的影响。研究表明：中央扣的设置提高了自锚式悬索桥整体刚度;该自锚式悬索桥的竖弯刚度、主塔横向侧弯刚度都明显增大;设置刚性中央扣比柔性中央扣更能提高结构的刚度。     

基于WIM数据的简支梁桥车辆荷载效应分析

基于安装在104国道绍兴段钟家湾立交桥的WIM系统采集为期1个月的车辆荷载数据,分析了不同类型车辆实际载重质量分布,根据影响线加载原理计算了WIM系统记录的每辆车作用下简支梁跨中最大弯矩及支点最大剪力效应值,分析了实际交通车辆荷载作用下跨径为6 ～50 m的12种简支梁桥结构内力分布规律,并与现行桥梁设计规范中汽车荷载对应的效应值进行了对比.最终结果发现:针对于该路段的实际车辆荷载,简支梁桥跨径越小,实际车辆荷载效应超越现行规范荷载效应的车辆数目越多.     

车辆动荷载对水闸交通桥结构安全的影响

为了研究水闸与市政道路联合布置时,闸上交通桥车辆动荷载对水闸结构安全和交通安全的影响,以上海市奉贤区南门港水闸为研究对象,建立三维有限元模型,采用线性时程分析法计算了车辆动荷载下交通桥的应力分布。经计算分析,车辆动荷载产生的应力主要由交通桥主梁承担,对水闸主体结构应力影响不大,闸路结合的方案总体是合理的;在不同的车辆参数(标准车辆和吊车,车速分别为60 km/h、80 km/h、100 km/h)和不同车流量下,交通桥主梁跨中应力峰值均不相同,因此为提高水闸运行的安全性,应对过闸车辆限速限载。     

行波效应作用下自锚式悬索桥地震响应分析

为了研究空间性地震动中的行波效应对某自锚式悬索桥的动力响应影响,以某大跨度悬索桥为研究背景,首先确定了符合悬索桥桥址场地特性的抗震设计反应谱,并以此作为目标谱.基于随机振动理论,将目标反应谱转换为当量的加速度时程曲线作为大跨度悬索桥抗震分析的地震动输入.根据地震波视波速的离散性选取400 m/s,800 m/s、1 2...