独塔斜拉桥结构动力特性分析与冲击系数测试

在简要介绍国外桥梁设计规范对公路桥梁冲击系数计算方法的规定的基础上,以跨径为90 m的独塔双索面双跨预应力混凝土斜拉桥为工程依托,进行了该桥结构的动力特性的分析与冲击系数的实测,并对该桥的冲击系数与采用国外公路桥梁冲击系数计算公式所得结果进行了对比。结果显示:按现行《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)所计算的桥梁汽车冲击系数与本试验实测基本吻合,而国外桥梁设计规范计算得到的冲击系数则偏大。建议针对运营若干年后的桥梁进行冲击系数的试验研究,以为今后规范的修订奠定基础。     

多跨连续梁桥荷载试验及承载力评价研究

以某城市立交的七跨连续梁桥为例,开展了成桥动、静荷载试验。根据静载试验的实测挠度和应变,计算校验系数,确定连续梁桥的实际承载能力;进行行车动载试验,确定连续梁桥的主要参与工作频率成分及实际冲击系数,并将实测冲击系数与数值模拟的冲击系数及按各国规范计算的冲击系数对比分析。研究结果表明:该多跨连续梁桥的刚度、强度及动力性能等均满足要求,桥梁性能良好,实际承载能力符合设计要求。     

大跨度连续刚构桥受力性能研究

对某大跨度刚构桥进行静、动载试验,由静载试验中挠度和应变数据计算出校验系数,判断该刚构桥的实际承载能力,并对其受力性能进行分析;通过动载试验测试计算出连续刚构桥的一阶固有频率和冲击系数,模拟不同等级路面的平整度并计算出冲击系数,再将实测冲击系数与各国不同桥梁规范计算的冲击系数进行对比分析。试验结果表明该连续刚构桥的刚度、承载能力及动力性能均满足要求,桥梁受力性能良好;国外桥梁规范计算的冲击系数较大,而中国规范计算的冲击系数相对较小。     

基于规范的蝶形拱桥试验冲击系数评估

冲击系数是衡量桥梁动力效应的重要指标。目前,各国桥梁设计规范均采用简化公式计算冲击系数,然而这通常难以准确描述复杂桥梁结构的动力效应。为了研究某蝶形拱桥的动力冲击系数,通过动力试验得到了桥梁的模态参数和关键截面的冲击系数,并结合国内外典型规范评估了试验结果。首先,介绍了桥梁的工程概况及动力试验工况。其次,利用环境振动试验得到的结构加速度响应,结合频域算法识别了桥梁的前6阶模态参数。利用行车和跳车试验数据,获得了主拱、主梁关键截面的应变冲击系数。最后,总结了国内外桥梁设计规范关于冲击系数的规定,根据冲击系数的计算依据将规范分为4类:基于跨径、基于频率、基于桥梁种类、基于车轴数量等其他方式的冲击系数计算方法。结合国内外规范评估了试验结果。结果表明:桥梁实测基频为0.586 Hz,振型特征为主拱及主桥一阶横向振动;前6阶频率和振型的实测值与计算值吻合良好;行车工况下,主拱和主梁跨中截面应变冲击系数介于1.12～1.23之间;跳车工况下,应变冲击系数介于1.21～1.74之间;不同规范对该桥冲击系数评估结果不同,并与试验值有一定差异;基于频率和跨径计算的冲击系数与试验值相对较为接近;复杂桥梁结构的冲击系数确定仍依赖于试验方法。     

现浇混凝土连续箱梁桥承载力试验研究

以6×20m现浇混凝土连续箱梁桥为试验对象,介绍了钢筋混凝土连续梁桥承载力试验的方法及结果评定过程。通过静载、动载试验和自振特性测试,获得了不同加载工况下桥梁各控制截面测点的挠度、应变、振动频率实测值并与相应理论计算结果进行对比分析,以此对桥梁实际承载能力做综合评价。结果表明,试验孔各测点的校验系数、实测冲击系数以及实测自振频率均满足设计和规范要求,由此评定该桥实际承载能力满足设计要求。     

某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥动载试验研究

以某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥为依托工程开展数值仿真分析、动载试验和相关比较分析。分析结果表明:实测主梁前四阶竖向弯曲自振频率均比理论计算值大,结构有一定的刚度储备;实测主梁前四阶振型与计算振型基本吻合,未见明显变异区段;该桥梁的动力特性符合设计要求。在无障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数均大于计算冲击系数,基本随车速的提高而提高;在制动试验和有障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数相对较大,表明当桥面不平整时,桥面行车对桥梁结构的冲击效应将明显增大。对于结构基频较小的大跨径矮塔斜拉桥,按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)对桥梁冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小,有待进一步研究和探讨。     

鄂东长江公路大桥主桥静动载试验

鄂东长江公路大桥为半飘浮体系双塔混合梁斜拉桥,为评定该桥的性能及承载力,结合有限元法理论计算分析,对其主桥进行实桥静、动载试验。由静载试验测得主梁和桥塔的位移、应力及斜拉索的索力,通过实测值与计算值的比较,得出该桥主桥结构竖向整体刚度、承载力、桥塔结构整体纵向抗弯刚度、斜拉索索力均满足设计要求。通过由动载试验测得的桥梁结构自振特性、冲击系数与计算值的比较,可知该桥的颤振稳定性、振幅、冲击系数均满足规范要求,结构动力性能良好。     

CFRP束体外预应力桥梁动力特性研究

对国内首座CFRP束体外预应力公路桥梁进行荷载试验。试验结果表明何圩桥前2阶自振频率实测值与理论值接近。CFRP束体外预应力桥梁的冲击系数随加载车辆行驶速度的增加而增大。实测冲击系数小于规范中规定值,桥面的平整度较好且具有较好的行车性能。试验进一步证明了体外预应力桥梁设计方法和相关设计参数取值的合理性,对于完善CFRP束体外预应力桥梁的设计方法和积累体外预应力桥荷载试验经验具有重要意义。作为试验桥,何圩桥可为CFRP束用做桥梁体外预应力提供参考。     

弯桥荷载试验研究

某弯桥在浇筑桥面铺装时梁体出现了明显的翘起现象,为了了解该桥的整体受力性能,对该桥进行了静、动载试验,根据试验和理论计算结果对其承载能力及工作性能进行了评价.试验和理论计算结果表明:该桥在静载作用下桥梁控制截面的应力和变形满足设计要求,在动载作用下桥梁的振动频率、冲击系数和振动阻尼比等实测动态特性与理论计算结果吻合较好,该桥有较好的动力特性,竖向刚度满足要求.     

关于我国现行《公路桥涵设计通用规范》"冲击系数"规定的几点探讨

通过分析影响桥梁“冲击系数”的因素，比较我国与国外关于“冲击系数”规定的差别，以及根据桥梁荷载动态增量试验和部分实测桥梁“冲击系数”结果，探讨了我国现行《公路桥涵设计通用规范》(JTJ021—89)关于“冲击系数”的不足之处，并提出制定我国桥梁荷载放大谱的建议。     

桥面不平顺对下承式系杆拱桥振动影响的试验和模拟研究

为了获得下承式系杆拱桥的汽车荷载冲击系数，在桥面间隔布置橡胶减速条带以形成周期性的不平顺输入，对下承式钢管混凝土系杆拱桥的动挠度进行现场实测。结合自编的车桥耦合（VBI）单元，建立车-桥耦合振动三维有限元分析模型，通过与实测结果对比验证VBI单元的正确性。在此基础上，引入另外3座标准拱桥以形成涵盖4种跨径的下承式系杆拱桥研究对象，输入规范规定的A~D级不平顺，研究车速、车重和桥梁基频对系梁冲击系数的影响。研究结果表明：汽车通过周期间隔布置的减速带时会形成稳态激振，当激振频率接近桥梁的前2阶基频时，引起的系梁动挠度响应最大；系梁的汽车荷载冲击系数随着桥梁基频的增加呈现出先增大后减小的趋势，当小汽车（总重低）行驶于差桥面（D级不平顺）时，规范值明显低估了系梁的冲击系数。     

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。     

整体式桥台桥梁的动力试验研究

研究了上坂大桥(中国最长的采用整体式桥台的无伸缩缝桥梁,简称为整体式桥台桥梁)在天然脉动荷载作用下的自振特性,得到关于该类桥梁自振特性的结论;采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的自振特性,并与实测结果进行比较,结果表明:有限元模型具有较好的可靠性;实桥试验还测试了无障碍行车试验和跳车试验作用下桥梁的强迫振动特性,结果表明:该类桥梁的冲击系数值较大,而现行技术规范的取值值得商榷;此外该类桥梁具有较强的耗能能力,抗震性能较好。研究结果有助于对该类桥梁动力特性的认识和进一步开展无伸缩缝桥梁的抗震性能研究。     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

铁路混合梁斜拉桥动静载荷载试验研究

宁波铁路枢纽甬江铁路斜拉桥是国内首座铁路大跨度钢箱混合梁斜拉桥,对其进行动静载荷载试验研究具有重要价值。本文基于有限元法获得的理论数据制定了动静载试验方案。测试了各项初始参数并与设计值分析比较以作为后续测试的初始数据。测量了桥梁结构在静力试验荷载作用下的变形和内力,检验是否达到设计要求。对试验截面的应力、挠度以及索力检测结果等实测值与计算值进行了比较并获得校验系数,对桥梁真实承载能力做出了评定。此外,还检验了桥梁在满载货车以各种速度运行条件下的实际工作状态。对列车动活载作用下主梁的最大横向、竖向加速度值,结构阻尼系数等参数进行了测定,并参照相关规范作了评价。基于动静载试验结果的分析,对甬江桥的工作性能进行了较为全面的评估,该桥工作状态达到了设计要求。     

新民岷江特大桥静动载试验研究

采用等效荷载加载试验模拟大跨度连续钢构桥在最不利荷载作用下的工作状态,测试并分析各静载工况下的主梁挠度、主梁与主墩控制截面应力,判断实际承载能力,评价其在设计使用荷载下的工作性能。通过动力试验了解桥跨结构的自振特性及其在长期使用荷载作用下的动力性能,分析桥跨结构在行车下的冲击作用,预测桥梁运营状况,为桥梁维修、管理提供技术依据。     

基于动载试验的变截面桥梁静载试验结果预测方法研究

为了解决既有桥梁荷载试验成本高、对交通影响大以及容易对桥梁结构造成损伤等诸多问题,提出基于廉价安全的动载试验数据,利用响应面方法对既有桥梁的实际刚度进行智能分析预测,从而达到高精度预测既有桥梁静载试验结果的目的。为实现上述目标,选取典型连续变截面刚构桥作为研究对象,尝试将桥梁主梁变截面参数化,对桥梁关键设计参数进行敏感性分析,并且建立Kriging响应面模型,实现对有限元模型的高精度修正。研究结果表明:基于Kriging模型的有限元模型修正方法能够利用桥梁动载测试结果对初始设计参数进行修正,并进一步预测静载试验结果;该方法成本低廉,对交通影响小且安全性高,这将节省大量的桥梁静载试验费用,同时能够对桥梁的静力行为进行全方面有效的分析和预测。研究结果可为既有桥梁工程的管养维护决策提供新的思路。     

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。