桥梁冲击系数理论研究和应用进展

为推动桥梁冲击系数理论和应用研究的进一步深入开展,从计算方法、理论与数值模拟、现场试验与测试3个方面系统梳理国内外公路、城市和铁路桥梁工程领域冲击系数(或动力系数)的研究进展,并探讨其不足和发展趋势.计算方法方面,从桥梁冲击系数的定义出发,详细阐述典型国家最新规范冲击系数表达式;理论与数值模拟方面,分析了车辆参数、桥梁...     

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。     

基于监测数据的拱桥吊杆冲击系数快速估算方法研究

为快速、准确评估拱桥吊杆振动冲击效应,提出一种基于连续动力监测数据的拱桥吊杆冲击系数快速估算方法。该方法以日常交通荷载作用下吊杆连续动力响应数据为基础,对实时冲击系数进行频次统计,得到标准日概率密度谱;采用车-桥耦合振动数值方法计算吊杆冲击系数,确定与之对应的标准日概率密度谱分位点,给出分位点合理取值建议,并以该分位点的实时冲击系数作为快速估算值。将该方法应用于一座刚性吊杆钢拱桥中,基于动应变监测结果,统计7根吊杆实时冲击系数概率分布,结合车-桥耦合振动数值计算结果进行分析,得到:日常交通荷载作用下,吊杆实时冲击系数概率密度曲线具有良好的稳定性,标准日概率密度谱合理;建议取实时冲击系数标准日概率密度谱上85%～90%分位点对应的实时冲击系数作为吊杆冲击系数快速估算值。     

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。     

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.     

基于车轮与桥面耦合关系变换的车桥系统振动耦合求解

提出一种新的直接求解车-桥系统振动响应的方法,即把车-桥系统作为一个整体来考虑,通过变换车轮与桥面对应点间的耦合关系来实现车辆移动,从而使车-桥系统振动响应的求解更加简便和实用化;将该程序计算结果与理论分析结果、ADAMS软件计算结果及模型试验结果进行对比;应用该车-桥相互作用分析程序研究了在2种路面粗糙度条件下的车-桥系统竖向响应,并进行了对比分析.结果表明:提出的程序计算结果正确、可靠;车-桥系统的竖向加速度及车轮与桥面之间的相互作用力受路面粗糙度影响较大.     

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...     

简支T梁桥冲击系数计算公式研究

针对现行规范汽车荷载冲击系数计算公式对实桥影响因素考虑欠全面的状况,在传统试验法的基础上提出"加权修正法",以常见3种跨径简支T梁桥为研究对象,采用九自由度三轴空间车辆模型,建立车-桥耦合振动系统分析模型,在不同桥面等级状况下计算了不同加载位置、不同车速时T梁跨中截面的动挠度时程曲线,用基于试验法的"加权修正法"计算得各冲击系数,将结果与我国现行规范、美国规范、加拿大规范进行对比分析,回归出不同桥面等级下的冲击系数计算公式。研究结果表明:对于B、C级桥面,我国04规范冲击系数取值是偏不安全的,文中"加权修正法"更真实地反映了桥梁冲击系数的值,冲击系数回归公式更加精确、合理。     

统计方法分析桥梁冲击系数的研究

运用随机振动理论,对车辆荷载作用下桥梁的冲击系数进行分析。以随机量的数字特征(标准差σ)为参数计算分析冲击系数,通过一座典型桥为工程背景,进行实测和数据分析,得出在不同车速下,基于挠度和钢筋应力的冲击系数,并将其与部分国家以及我国各部门规范进行比较。将结构的动力分析问题与结构的可靠度联系起来,使桥梁结构冲击系数的计算具有更准确的概念与科学的含义。     

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...     

新型挠度测量方法在桥梁荷载试验中的应用

介绍了近年来兴起的桥梁挠度测量方法-封闭式连通管法的发展背景和基本原理,以某预应力混凝土连续刚构桥梁的荷载试验为例,对其实际应用情况进行了对比分析,并讨论了该方法的应用前景和改进方向。     

桥梁静载试验中梁截面挠度的激光测试方法

提出了一种大型桥梁结构截面挠度测量的光学方法。在桥塔架设一个自准直激光器,桥梁的待测截面设置接收屏,利用数码摄像机拍摄接收屏接收到的动静态激光光斑图像。通过标定及图像中心法处理,可以计算出所测截面的挠度。该方法在润扬长江公路大桥的动静载试验的静态挠度测试中作为补充方法在南汊悬索桥的L/8截面得以实际应用,结果表明,激光摄影测试与全站仪测试结果基本一致。     

动应变测量在桥梁动挠度识别中的应用分析

随着桥梁的发展,桥梁的问题也逐渐增多,近年来,我国出现了多起桥梁安全事故,主要是因为桥梁的变形产生,而挠度为桥梁变形的指标,故研究梁的挠度识别很重要。首先,通过分析和介绍位移模态理论与应变模态理论的异同点,以及应变模态理论得到梁的应变模态的表示,在此基础上,提出了互关函数在梁动挠度识别中的应用。然后,通过以实际工程为研究对象,按照1∶10的比例建立桥梁实验模型,桥梁模型全长10m,截面积为2.52cm^2,高50mm,将其分成20段,每0.5m为一个单元,计算其挠度。最后,进行实际桥梁验证,将实际桥梁的测量值与桥梁模型的挠度计算值进行对比。通过实验得到,对梁施加脉冲荷载研究其动挠度的识别值与精确值之间的吻合度,并且得到测量点的布置对吻合度的影响。对梁施加动荷载,即EL CENTRO地震波,通过对比研究动荷载作用下,动挠度的识别值和精确值之间的吻合度,得到互关函数法在动挠度中的应用,对同类型的研究具体一定的参考价值。     

悬索桥中央扣对活载挠度影响的详细计算方法

针对大跨悬索桥中不对称加载挠度大和最大活载挠度不在跨中的现象,比较了中央扣引起的活载挠度包络图的差异.分别选取中央扣两边的主缆为研究对象,根据相容方程,利用柔索计算的虚拟梁法求解了具有中央扣的大跨悬索桥的活载挠度,分析了中央扣对活载挠度的影响,找到了活载挠度"W"形包络图和"V"形包络图差异的原因.     

运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性研究

针对运营车辆荷载作用下大跨PC梁桥动挠度特性问题,以琶洲大桥和洛溪大桥为背景工程,采用有限元计算和现场试验获取其车辆荷载动挠度,并分别在时域和频域,重点研究了运营车辆荷载作用下动挠度的统计特征和频谱特性。研究结果表明,模拟车辆荷载作用下的动挠度与实测动挠度吻合较好,两座背景桥的动挠度计算值以及实测值的均值和方差均在3～5mm范围内,均方差在2mm左右,变异系数超过50%,说明在大跨PC梁桥挠度监测时,不能忽略运营车辆荷载作用下桥梁结构挠度的动态效应,应采用动挠度来表征桥梁结构变形。功率谱密度曲线呈多峰分布,幅值谱属双峰分布,幅值谱主要频率集中在结构振动一阶频率及三阶频率附近。研究结果可为桥梁结构动态挠度监测方法研究和挠度成分分离研究,提供科学依据和基础数据。     

自锚式悬索桥力学特性挠度理论研究

在简要介绍自锚式悬索桥特点以后,着重从挠度理论出发研究其力学特性。首先详细推导了自锚式悬索桥挠度理论基本微分方程,然后在此基础上介绍了各内力影响线的求解思路,基于此,采用动态规划法加载原理编制了自锚式悬索桥挠度理论计算程序,通过实际的桥跨结构(主跨328 m,自锚式悬索桥)根据挠度理论程序计算边、中跨各截面的弯矩、挠度影响线并与有限元计算结果相比较,反映程序计算精度较高,从而验证了公式和程序的正确性,为进一步对自锚式悬索桥的相关力学参数影响分析奠定了基础。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

桥梁动态挠度图像识别测试技术研究

目前桥梁动态挠度测试技术缺乏比较科学、便捷的手段,鉴于此,开展动态挠度图像识别测试技术相关研究。研究表明,利用相机采集目标部位不同时间的图像,然后将图像经计算机处理分析即可得到挠度变化数据。具体操作为在桥梁结构待测挠度点预先布置好LED灯,采用工业相机在固定参考点采集目标变化图像,通过形心搜索算法来识别LED灯的位置变化,通过计算程序的运行可以自动控制相机测量并自动分析处理数据,实时得到桥梁动态挠度的变化。武汉军山长江大桥为主跨460m双塔钢箱梁斜拉桥,在该桥主跨跨中布置LED灯,应用图像识别测试技术测试其动态挠度,测试结果与该桥已有的健康监测系统测试结果比较一致,验证了动态挠度图像识别测试技术的准确性和可靠性。     

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。