大跨径钢桥面铺装层车辆动响应影响因素分析

从耦合振动的角度出发,研究大跨径钢桥面铺装层在车辆随机动荷载作用下的响应机制.将汽车等效为2自由度5参数模型,考虑桥梁表面不平顺产生的随机激励,建立车-钢桥面铺装耦合振动分析模型.利用模态分析与时变系数常微分方程求解方法,分析钢桥面铺装在车辆随机动荷载作用下的动力响应分布规律.定义由铺装层竖向位移、拉应力和拉应变表示的动力放大系数,研究车速、桥面不平度、铺装层开裂损伤和粘结层滑移等对动力放大系数的影响.结果表明,路面不平度、粘结层滑移是影响动力放大系数的主要因素,在进行大跨径钢桥面铺装结构设计时可考虑动力放大系数为1.5.     

基于桥面实测的刚构桥冲击系数分析

基于三维车辆模型和车-桥耦合分析程序,利用接触面间的位移协调条件与力相互作用建立车-桥耦合振动方程;以某大跨度连续刚构桥为工程背景建立桥梁有限元模型,以桥面不平整作为系统的自激激励源,分别采用有限元软件和MATLAB车-桥耦合振动分析程序,在实测桥面数据下对整体模型在车辆作用下的动力响应和冲击系数进行分析,并对国内规范和国外几种常用规范计算的冲击系数进行对比分析。     

面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型

为了解决传统桥面铺装设计方法不能反映在行车荷载与桥梁振动特性耦合作用条件下的铺装动力响应问题,提出一种面向桥面铺装动力响应分析的多尺度桥梁模型的构建新方法。该方法首先综合考虑桥面铺装和桥梁结构特性对建模的要求,建立整桥有限元仿真模型,然后构建精细化桥面铺装体系局部梁段模型,最后通过动力子结构方法将整桥结构与桥面铺装局部结构衔接,并以某大跨径悬索桥为例进行实例分析。结果表明：由于考虑整桥动力特性和不平度的影响,将使计算结果（不平度等级为A）比静力计算结果大10%～15%,并且随着不平度的增加而非线性增加;采用该模型的构建方法可以避免现行桥面铺装设计中采用静载偏不安全的缺点。     

基于车-桥耦合振动理论的移动荷载识别

提出了基于有限元模型修正的单车通过多梁式桥梁的移动荷载识别方法.首先采用Butterworth低通滤波器对现场采集到的24 h内所有过桥车辆产生的桥梁动位移信号进行滤波处理,提取静力响应极值,并严格按照车型进行分类统计;其次,对观测桥梁进行基于静力试验的有限元模型修正,建立能够反映桥梁真实状态的基准有限元模型;最后将修正后的有限元模型输入至自行研发的BDANS软件中的多梁式车-桥耦合振动模块,以车型为单位,依据该车型车辆在桥面横向移动时各主梁竖向位移响应分配关系,结合多梁式车-桥耦合振动模块以及实测车辆过桥时各主梁静力极值响应,识别出车辆在桥面行驶的横向位置,然后根据识别出的车辆横向行驶位置和实测桥梁响应识别出车质量.结果表明:该识别方法较为可靠,识别精度较高,能按照车型批量进行识别,可大规模处理交通荷载数据.     

桥面不平顺状态下含裂纹梁的车桥耦合振动分析

为分析桥面不平顺状态下含表面裂纹时桥-车耦合振动,利用1/4车辆模型,基于桥面不平顺产生的随机激励,运用Hamilton原理建立桥面不平顺状态下含裂纹桥-车耦合系统动力方程,应用Runge-kutta法对方程进行求解,分析不同等级桥面不平整度下,裂纹深度、车速、桥车质量比等参数对桥梁结构位移的影响。结果表明,随着裂纹深度的增加,梁体跨中位移峰值增大,且考虑桥面不平顺状况时梁体跨中位移响应更复杂。     

基于模型修正的实体车-桥耦合分析系统建立及验证

为将梁格法车-桥耦合分析系统提升至同时考虑结构整体响应及局部应力分析的精细化实体车-桥耦合分析系统,首先,基于最小势能原理推导八节点六面体实体有限单元列式,采用等参插值确定单元的协调位移,引入Wilson非协调位移模式,消除一阶单元在弯曲变形分析中的剪切自锁,提高单元的分析精度和计算效率;采用静/动力分析算例对所构造非协调八节点六面体单元（ICH8）的准确性进行验证;其次,基于车轮与桥面接触实体单元间的位移协调和力的平衡关系,采用非线性分离迭代法建立实体车-桥耦合分析系统,编制自主研发的精细化分析模块;再次,融合Monte-Carlo灵敏度分析与遗传算法构建桥梁实体有限元模型修正方法,并借助现场静载测试结果对目标桥梁实体有限元模型进行修正;最后,联合修正的桥梁实体有限元模型与跑车工况测试结果验证所建立实体车-桥耦合分析系统的准确性。结果表明：由所建立的实体车-桥耦合分析系统得到的桥梁动力响应与实测响应吻合良好,从而验证了该分析系统的可靠性。借助所建立的实体车-桥耦合分析系统,不仅可实现时域内桥梁结构的整体内力分析,同时还可实现桥梁结构的局部应力分析,包括局部构件的应力分布和应力集中等,对当前车-桥耦合振动领域分析工具具有一定的改进和提升。     

考虑温度-车辆耦合的准低温季节混凝土桥铺装应力分析

为了研究环境与车载耦合作用对混凝土桥铺装层受力的影响,首先推导材料特性随温度变化的沥青混合料桥面铺装在温度—车辆耦合作用下的应力有限元计算公式。然后采用有限元方法建立混凝土箱梁桥多层铺装复合结构仿真模型,通过现场实测和仿真计算,分析准低温季节铺装结构温度场日变化和车辆荷载耦合作用下的铺装层拉应力。计算结果表明:拉应力峰值出现在桥墩上方对应的铺装层表面,较易较早出现开裂破坏;考虑铺装各层结构温度梯度变化后,耦合作用下的横向拉应力峰值在中午处于谷值,纵向拉应力峰值变化不明显;耦合荷载作用下的横向拉应力峰值比车辆荷载作用情况增加2.76倍,纵向拉应力峰值涨幅为42%。在铺装层的设计中必须考虑温度荷载的作用。     

不等支承刚度条件下桥梁—车辆动力耦合解析理论及应用

由于支座、桥墩地基等的作用，桥梁端部实际受弹性支承约束，且因施工误差、材料老化等影响，两端支承刚度常常不等。为揭示支承、梁体、车辆之间的耦合关系及不等支承条件的影响，建立了不等支承刚度条件下桥梁-车辆动力耦合解析理论。首先，基于振型叠加法推导了考虑不等支承刚度约束的桥梁、车辆动力响应闭合解，解析了弹性支承条件对车-桥系统响应的时频影响关系；其次，建立了弹性支承条件下车-桥耦合有限元模型，验证了解析理论的准确性；然后，研究了弹性支承刚度及左、右不等程度对车-桥系统响应的放大效应；最后，探索了基于车辆响应的桥梁频率及支承刚度状态的间接测量方法。研究结果表明：(1)支承刚度衰减使桥梁频率降低，响应幅值增大，且频率阶次越高影响越显著；(2)车-桥系统响应幅值与车辆起始运行位置的桥端支承刚度成反比，从刚度弱侧支承端出发的车辆响应被显著放大，即“弱侧放大”现象；(3)车体响应中包含桥梁频率，且呈现左右对称分叉特征，证实了利用车体加速度响应识别弹性支承梁频率的可行性；(4)利用车辆正反双向行驶加速度响应的“弱侧放大”现象，可判别桥梁支承的弱刚度端，同时增强桥梁频率的辨识，且对路面平整度、结构阻尼、噪...     

大跨度斜拉桥车——桥耦合振动分析的数值解法

将随机桥面平整度描述为零均值的平稳高斯随机过程,建立了大跨度斜拉桥空间有限元模型,考虑结构的初始应力效应和几何非线性因素,建立车-桥耦合振动方程,利用逐步积分法解车-桥耦合振动方程,进而对斜拉桥动力特性进行分析。     

公铁同面大桥的桥面铺装耦合荷载效应

为分析铁路-公路荷载作用下公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的受力特点,以枝城长江公铁同面连续钢桁架梁桥面铺装结构为研究对象,采用等效抗弯刚度法简化桥面铺装层,建立公铁同面大桥整桥有限元模型,分析铁路荷载、公路荷载及铁路—公路耦合荷载对公铁同面钢桁梁桥桥面铺装组合结构的影响。结果表明桥面铺装层主要控制应力为顺桥向的纵向拉应力,铁路荷载和公路荷载对最大纵向拉应力耦合效应的贡献率分别约为62.5%和37.5%,对最大横向拉应力的荷载耦合效应的贡献率分别约为61.7%和38.3%。在铁路-公路耦合荷载作用下,枝城长江公铁同面钢桁架梁桥面铺装层的最不利等效应力小于等效桥面铺装层材料的容许应力。     

温度—荷载耦合作用下水泥混凝土桥面防水黏结层剪应力分析

为了分析水泥混凝土桥面防水黏结层在温度—荷载耦合作用下剪应力的变化,应用Abaqus软件建立桥面铺装体系有限元模型,沿纵桥向布置车道荷载以确定最不利荷位,并计算防水黏结层在最不利荷位处受不同荷载大小、铺装层厚度及模量等参数变化下的剪应力,分析剪应力在温度—荷载耦合作用下的变化规律.计算结果表明:最不利荷位出现在桥梁跨中...     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车...     

静力作用下连续梁桥与铺装结构纵向耦合受力分析

城市高架桥的桥面状况是影响日常行车舒适性的重要因素。桥面铺装与桥梁结构之间由于纵向连结关系存在一定的相互作用,因此将铺装与桥梁结构视为耦合系统对其纵向力进行分析,为其设计及养护管理提供理论参考。取郑州市某多跨连续桥为研究实例,采用有限元软件ANSYS建立桥梁与铺装结构相互作用的有限元计算模型,选取4种静力荷载工况,分析桥梁与铺装结构的纵向受力规律及其影响因素。结果表明:在不同荷载工况作用下的铺装与桥梁结构系统中,铺装结构对桥梁结构的纵向受力影响可以忽略不计;基本组合作用下,上、下层铺装最大纵向受力分别达到7 407.3N和-1 307.7N、5 818.1N和-5 510.1N,上层铺装拉压受力不均,设计中应考虑多种荷载工况详细分析才能得出其最不利工况;防水黏结层与桥梁间纵向连结刚度对铺装结构的纵向力有一定影响,需进一步深入分析。     

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。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

桥面平整度对大跨度斜拉桥车桥耦合振动的影响

将随机桥面平整度描述为零均值的平稳高斯随机过程,建立了大跨度斜拉桥空间有限元模型,考虑结构的初始应力效应和几何非线性因素,利用逐步积分法求解车-桥耦合振动方程,进而对斜拉桥动力特性进行分析.     

高速公路混凝土桥复合桥面铺装热效应分析

针对广东地区高速公路混凝土桥复合桥面铺装结构普遍存在的车辙、推移等剪切病害,采用ANSYS有限元软件,结合广东气候特点,建立轮胎和混凝土桥复合桥面铺装实体模型,分别进行温度和温度-荷载耦合条件下桥面铺装结构层的热效应数值模拟。结果表明:铺装层内部温度场分布不均匀,且温度应力下剪切变形薄弱层为下层AC,而耦合条件下横向剪切变形薄弱层为上层AC,纵向剪切变形薄弱层为下层AC。研究成果可为广东高速公路混凝土桥复合桥面铺装结构设计提供工程经验借鉴及参考。     

基于APDL的车-连续曲线梁桥耦合系统建模及动力学分析

随着公路等级、行车速度以及汽车载重等的不断提高,汽车-桥梁相互作用问题越来越突出.在车-曲线桥耦合动力系统中存在"弯-扭耦合作用",使得曲线桥的动力学分析相对复杂得多.基于APDL语言采用位移耦合法建立了车-曲线桥耦合系统有限元模型,并与已有文献对比验证了该方法的正确性.以一座5跨连续曲线箱梁公路桥为例,计算了该桥在车辆荷载作用下的动挠度响应,并分析了偏载、车速、离心力对连续曲线梁桥各跨跨中截面动挠度和动力冲击系数的影响.     

立转开启式桥梁钢桥面铺装层力学响应分析

结合天津海响螺湾开启桥,采用三维有限元分析方法建立了车辆荷载作用下开启桥正交异性钢桥面铺装体系的仿真模型,分析了不含纵隔板和含纵隔板两种情况下的铺装层力学响应.建立了1/4含铺装层的开启桥整桥模型,分析了整个动态开启过程.分析结果表明,以不同力学响应为铺装层力学控制指标时,采用的仿真模型也不同;开启角度最大时,铺装层最大剪应力达到最大值,比刚开启时增加了50%.     

车桥耦合振动系统模型下桥梁冲击效应研究

把桥梁和车辆看作车桥耦合振动体系的两个分离子系统,基于ANSYS软件建立了3种车辆和桥梁的有限元模型。考虑桥面不平度影响,以车轮与桥梁接触点的位移作为协调条件,采用分离迭代算法计算了车桥耦合系统的动力响应。采用快速傅立叶逆变换的方法,应用三角级数叠加模拟了5种等级的桥面不平度及其速度项。通过对一简支梁桥车桥耦合振动的数值模拟,研究了车辆模型、桥面状况和车速对桥梁冲击效应的影响。结果表明:不同车辆模型对桥梁的冲击效应差别很大,桥面不平度对冲击效应的影响较车速大,桥梁的位移冲击效应大于内力冲击效应。因此,设计分析时宜采用能充分模拟车辆特性的复杂模型,移动荷载冲击系数取值建议以位移冲击系数为基准。