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.     

基于剪切位移法的桩基承台梁分析

为探讨桩基承台梁中桩-土-承台梁的相互作用,首先基于剪切位移法得出Gibson地基中刚性桩与非刚性桩桩顶荷载与桩顶位移之间的关系矩阵,通过综合方法获得承台梁的总刚度矩阵,进而获得桩基承台梁上外力与桩顶位移的关系矩阵,并编制出相应的VB计算程序.最后,基于所建立的模型和编制的计算程序,结合某算例分析了桩距、承台梁刚度对承...     

Vossloh300扣件阻尼频变对高铁高频振动的影响研究

以Vossloh300扣件胶垫为研究对象,利用配备温度箱的万能试验机测得其在-60℃~20℃的耗能刚度。在试验基础上结合温频等效原理及车辆-轨道垂向耦合Timoshenko梁模型,在频域内探究该型扣件频变阻尼对高铁轮轨系统动力特性的影响。结果表明:Vossloh300扣件胶垫在20℃,4 Hz激振频率下阻尼系数约152.2 kN/（m·s-1）。Vossloh300扣件频变阻尼主要影响车辆-轨道垂向耦合系统1/3倍频中心频率22 Hz以上的振动响应,即:①增大车辆和轨道系统22~56 Hz的中高频振动,同时减小其60~256 Hz的高频振动;②在512~1 500 Hz范围内,钢轨垂向1/3倍频加速度振级最大值增大了5 dB,同时,扣件力1/3倍频幅值最大值减小了92%。因此,为精确预测高速铁路车辆及轮下结构随机振动响应,需考虑扣件胶垫的阻尼频变特性。     

考虑腹板剪切行为的波形钢腹板梁理论模型

为研究波形钢腹板剪切变形对波形钢腹板梁受力行为的影响,引入腹板剪切变形转角函数,将波形钢腹板梁的弯曲行为分解为桁架作用和弯曲作用,建立一个能够考虑波形钢腹板剪切变形的波形钢腹板梁理论模型。推导了端部无约束条件下简支波形钢腹板梁在均布荷载和端部约束条件下简支波形钢腹板梁在跨中集中荷载作用下的解析解,采用有限元方法验证了理论模型和解析解的正确性和适用性。研究结果表明:端部约束条件对主梁变形影响很小;波形钢腹板的剪切变形对主梁变形影响显著,在常见波形钢腹板梁桥尺寸范围内,由腹板剪切变形引起的主梁挠度占总挠度的10%～30%。     

考虑陡坡效应的横向受荷桩受力分析纽玛克解答

首先,分析了陡坡效应的形成机理以及陡坡段横向受荷桩的受力特性.其次,基于Winkler弹性地基梁理论,通过对桩周横向荷载及岩土体抗力的合理简化,建立了考虑陡坡效应的横向受荷桩简化受力模型.然后,将桩身划分为若干段,将桩周荷载及岩土体抗力等效为节点荷载,分别积分计算出各节点的弹簧刚度系数,进而利用纽玛克数值计算方法进行递推运算得到桩身内力与位移.最后,以某实际工程为例进行对比分析发现:桩身最大弯矩及水平位移最大误差均不足5％,验证了纽玛克数值计算方法及程序是合理可行的,且考虑陡坡效应后的计算结果偏大,对工程安全性有利.     

基于行车安全可靠度理论的风-车-桥耦合振动研究

采用谐波合成法和桥面粗糙度理论分析风-车-桥系统的随机性,分析侧向风对桥面振动的影响机理,提出考虑风速风向联合分布影响,并基于动力可靠度理论对风-车-桥系统进行行车安全可靠度分析。通过工程实例计算表明,在不同风向分布中考虑联合分布的动力可靠度值更可靠,在进行安全分析评价的时候更安全,是最符合实际情况的评价指标。     

考虑抗扭性能影响的多梁式矮箱梁桥荷载横向分布计算

目前对于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算采用刚接梁法,或采用有限元软件建立模型计算,但以上2种方法都未将抗扭刚度的影响考虑在内。因此,以上采用的2种计算分析方法不能对结构的特性进行准确模拟计算,也不能十分准确地对桥梁技术状况以及承载能力进行评价。为此,基于传统刚接梁计算荷载横向分布方法,在建立柔度系数矩阵时加入考虑主梁和翼板的约束扭转作用,提出一种适用于多梁式矮箱梁桥的荷载横向分布计算方法。为验证该方法的正确性,以某20 m跨径预制PC箱梁桥为对象,采用考虑抗扭刚度、未考虑抗扭刚度的刚接梁法和有限元数值模拟方法（梁格模型和板单元模型）计算其荷载横向分布系数,并与场地试验（中载和偏载2种工况）实测结果进行验证对比。结果表明：所提出的横向分布计算方法比未考虑箱梁主梁和翼板扭转的刚接梁法计算精度更高,也更接近实桥受力特点;同时,梁格模型、板单元模型与所提出的横向分布计算方法所得计算结果整体趋势基本上一致,相比于有限元数值模拟计算结果,采用该横向分布计算方法所得应变和挠度横向分布与实测结果更为接近,且偏差都在20%以内;该方法可在现场场地试验和桥梁承载能力评定中替代复杂的有限元数值计算方法,为预制矮箱梁桥场地试验和桥梁技术状况及其承载能力的评定提供较为准确的理论参考依据。     

基于Timoshenko梁的锚索框格结构内力与变形解析方法

预应力锚索框格梁广泛应用于公路岩土边坡加固。以往求解框格梁内力一般为倒梁法和弹性地基梁法,采用的梁模型多为Euler-Bernoulli梁,基本未考虑剪切变形引起梁的附加挠度以及梁体配筋对内力变形计算的影响。通过理论推导,得到了在Winkler弹性地基上于承受多处分布荷载的Timoshenko梁内布置拉、压双层钢筋时的内力与变形解析解,选取工程实例对Timoshenko梁解析解、Euler-Bernoulli梁解析解以及有限元数值仿真计算的内力与变形值进行对比,3种方法得到的内力与变形分布基本一致。Timoshenko梁解析解与数值仿真结果更为接近,Euler-Bernoulli梁解析解计算的梁体负弯矩及竖向变形值与其他方法存在一定差异。对比结果证明,提出的Timoshenko梁解析解在一定程度上提高了计算精度,计算方法较合理。     

循环荷载下桩土动刚度-阻尼退化模型研究

根据以往研究,在砂土和黏土中,循环荷载作用下,单桩基础的动力特性有明显差异。为此,基于长期循环荷载下海洋黏土变形研究的相关成果,建立软化系数经验表达式,并引入Winkler简化模型中,提出了桩土动刚度-阻尼退化模型,进一步结合循环荷载下桩基现场试验,其结果验证了该模型的合理性。此外,基于东部淤泥层的地质条件和ABAQUS软件,提出了动刚度-阻尼退化模型,研究了未来在该海域内新建单桩式基础的自振频率和横向累积变形特性。     

考虑卸荷的桩-土接触面模型研究

以多组砂土与混凝土接触面大型直剪试验为基础,对卸荷条件下接触面的力学行为进行研究,通过理论推导,建立砂土径向卸荷条件下的桩-土接触面剪切模型,给出了模型中各个参数的确定方法,并采用大型直剪试验数据对模型进行验证。结果表明:考虑卸荷的桩-土接触面剪切模型可以很好地反映试验结果,可为工程实践提供一些参考。     

槽型宽翼梁剪滞效应分析的有限段法

针对槽型宽翼梁剪滞效应分析已有方法通常忽略横向剪切变形的影响、计算工作量大、不便于工程应用的局限性,提出一种能准确分析变截面槽型宽翼梁剪滞、剪切双重效应的有限段法。基于最小势能原理,建立了槽型宽翼梁考虑剪滞效应和剪切变形双重影响的平衡控制微分方程及自然边界条件。在由方程得出均布荷载作用下的内力和位移初参数解的基础上,导出了槽型宽翼梁的有限段单元刚度矩阵和等效节点荷载列阵。应用有限段法,结合有机玻璃模型梁试验,分析了槽型宽翼梁竖向位移和应力的横向分布规律。数值算例表明,有限段法计算结果与有机玻璃模型试验实测结果以及ANSYS解符合良好;槽型宽翼梁的剪力滞效应明显;在槽型宽翼梁桥的设计与施工控制中,必须充分考虑剪力滞效应和剪切变形对结构应力和位移的影响。     

轻型桥台自身平面内的弯曲分析与参数的合理取值

轻型桥台自身平面内的弯曲问题通常采用Winkler地基上Bernoulli-Euler梁理论来进行分析,以对称中心的弯矩和基底应力作为最大值进行验算。考虑轻型桥台的剪切变形影响,采用Winkler地基上Timoshenko梁理论进行分析,得到了最大弯矩偏离对称中心,且比对称中心弯矩大得多;以对称中心弯矩作为最大值进行设计不安全;目前桥梁工程文献所推荐的设计验算方法值得探讨等结论。分析了最大弯矩随剪切刚度和基床系数、最大弯矩位置随襟边宽度的变化规律,探讨了以桥台基础不隆起为条件的襟边宽度合理取值问题。     

考虑水平摩阻的Pasternak路基基层及路面变形分析

为了分析实际工程中路面结构在各类情况下的变形特性,采用Timoshenko梁模型模拟路面及基层特性,Pasternak地基模型模拟路基特性,考虑路面基层间的水平摩阻、路面和基层梁单元的形心轴向位移、基层材料与路基土的非线性应力-应变关系,根据弹性体的虚功原理列出虚功方程,离散后得到单元切向刚度矩阵,运用有限元方法进行组装并采用迭代法进行求解,得到路面结构在不同参数作用下的变形结果。分析基层厚度,模拟水平制动荷载、水平摩阻系数及其他参数对路面结构变形的影响。计算结果表明:如果不考虑基层作用和水平摩阻,采用线性Winkler地基模型计算所得结果与已有文献的计算结果非常接近,验证了该模型与计算方法的正确性;加厚基层厚度能抑制路面沉降及弯曲变形,路面与基层间的摩阻能减小路面沉降,两者都会增大形心轴向位移,水平摩阻的影响不能忽略;模拟水平制动荷载会引起路面微小的转动并从而引起路面结构的变形;增大地基极限承载力能减小路面沉降,一定程度上能抑制路面的弯曲及轴向变形,但效果不显著;增大基层中的剪切作用能有效减小路面沉降及弯曲变形,基层中最终剪应力的大小对路面形心轴向位移的影响尤为明显。     

疲劳荷载下碳纤维薄板加固RC梁变形计算

首先分析了碳纤维薄板（Carbon Fiber Laminates简称CFL）加固梁在静载作用下的变形,提出了静载下加固梁挠度的计算公式,该公式在表达方式上与普通钢筋混凝土梁的截面计算刚度相似,同时与试验结果比较具有较高精度。在疲劳载荷下加固梁的疲劳变形分为3个阶段：快速增长、平稳增加和失稳扩展。残余挠度也随循环次数的增加而增加,初期和后期增长快,而中间阶段发展较慢。通过考虑试验梁在疲劳荷载作用下的残余变形和瞬时变形,运用递推的方法,提出了在常幅和随机载荷下,碳纤维薄板加固梁挠度的计算公式。通过与试验结果的对比表明,计算结果能够很好地反映梁的挠度变化趋势。     

单边索斜塔钢-混凝土结合梁斜拉桥塔梁根部应力分析

采用板 (壳 )、梁及三维实体单元相结合 ,对长沙市浏阳河洪山庙大桥塔梁根部区域进行空间有限元分析。分析表明 :主梁根部过渡段钢箱梁及混凝土的应力满足规范的限值要求 ,行车道板的剪力滞效应明显 ,徐变对主梁应力的分布影响显著 ;塔根部混凝土在施工过程及运营阶段均处于全截面受压状态 ,与试验结果相比较 ,吻合良好     

预制UHPC组合梁槽口式连接界面抗剪性能研究

相比现浇混凝土桥面板,全预制混凝土桥面板有诸多优势,能够提高桥梁工程质量、加快桥梁施工速度和降低成本.预制超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)梁和预制UHPC桥面板通过槽口连接形成组合梁是一种新的结构形式,这种槽口式连接的界面抗剪性能会影响全梁整体承载力.通过16个...     

横撑及桥面系对钢管混凝土拱桥动力响应的影响分析

横撑和桥面系作为钢管混凝土拱桥的重要组成部分对结构整体动力响应会产生很大的影响。以茅草街大桥为例,建立了中承式钢管混凝土拱桥不同横撑和桥面系布置形式的有限元模型,采用三向地震波同时输入的形式,得到6种工况在相同地震波作用下的不同动力响应,提取出拱肋的弯矩和位移包络图,并对面内弯矩、面外弯矩、竖向位移、横桥向位移进行了比较和分析。结果表明,桥面系对拱肋的响应影响很大;拱肋与桥面系结合处位移、内力均较大,在设计中应予以关注;在保证横向刚度的前提下,横撑需进行优化布置,以使得拱桥动力响应更加合理安全。     

混凝土梁开裂后的变形规律研究

以混凝土梁为例,研究混凝土结构开裂后的位移变化规律。用ANSYS软件建立混凝土简支梁与连续梁模型,在其上施加均布荷载,通过减少单元来模拟梁内裂缝情况。分别模拟不同宽度、不同深度、不同位置的裂缝,并观察混凝土梁最大位移的变化及梁整体变形特征的改变。研究结果表明:裂缝宽度对混凝土梁的最大位移影响不大;裂缝深度对混凝土梁的最大位移影响显著,且裂缝越深对梁的最大位移影响越大;同时,裂缝位置对梁体最大位移变化影响较大,且梁内出现裂缝会使梁内最大位移的位置发生变化,裂缝越深这种变化越显著。     

考虑摩擦滑移的普通板式橡胶支座剪切性能研究

普通板式橡胶支座作为中国量大面广的公路钢筋混凝土梁桥结构体系中的重要支承构件,其力学性能对局部和整体结构的刚度分布和受力变形特点具有一定的影响,甚至影响服役公路桥梁结构的安全性和适应性。因此,针对桥梁服役过程中该类支座普遍存在的滑移、脱空等典型病害特征,研究其不同受力状态下的剪切性能。考虑支座界面接触方式、几何尺寸等参数,设计并进行了6个普通板式橡胶支座的剪切性能试验。对不同参数影响下支座的损伤破坏模式、剪应变-剪应力曲线、支座有效剪切应变及抗剪刚度等参数进行对比分析。进一步应用有限元数值模拟方法,对摩擦滑移下的支座剪切性能进行参数分析,并将其有限元分析结果与普通板式橡胶支座的剪切性能试验结果进行对比。研究结果表明,支座上、下表面的接触摩擦条件可明显影响支座的水平侧移和抗侧力。对于界面摩擦因数较小的情况,卸载后支座摩擦滑动位移不能完全恢复,随着循环加载次数的增加,摩擦滑动位移增幅增大,且支座界面摩擦滑移可降低支座有效剪切变形和抗剪刚度的发挥。0.5,0.7,1.0等效剪切变形下支座的抗剪刚度试验结果、模拟结果与理论计算结果对比表明,试验结果与模拟结果吻合较好,而既有抗剪刚度理论计算结果偏大,且未考虑支座界面摩擦滑移、脱空的影响。因此,在进行实际桥梁结构的力学性能计算时,应考虑不同受力阶段支座力学性能指标的取值。