下承式钢管混凝土拱桥吊杆冲击系数研究

以某下承式钢管混凝土拱桥为背景,采用ANSYS建立了车辆和桥梁模型,使用APDL语言编制了车-桥耦合振动分析程序,运用动力学迭代求解。研究了路面不平顺、车速、行车数量与车距4种因素对钢管混凝土拱桥吊杆应力冲击系数的影响。结果表明,路面不平顺、车速、行车数量与车距均会对桥梁吊杆冲击系数产生影响。     

桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥车辆振动的影响

由路面平整度能量谱密度函数得到桥面平整度不规则形状沿纵向分布函数,分析不同等级桥面平整度对大跨度钢管混凝土拱桥的车辆振动的影响。提出一种车—桥振动简化计算方法,该方法在建立桥的有限元模型时,将车辆的动力性能与桥面平整度对桥梁振动的影响加入到外载荷中,简化了振动分析过程,可用于确定不同等级桥面下的汽车荷载冲击系数取值,为大跨度钢管混凝土拱桥的设计和养护提供参考。     

基于路面退化模型的在役拱桥吊杆疲劳分析

现有在役拱桥吊杆疲劳分析中,较少考虑车-桥耦合振动因素,致使分析成果具有一定局限性。该文综合考虑车-桥耦合振动和路面平整度退化影响,将路面平整度退化模型引入拱桥吊杆疲劳分析中,结合交通量增长和路面等级退化以及车速等影响因素,建立了新的吊杆疲劳分析模型。以某拱桥为工程背景,对比分析了典型吊杆的疲劳损伤与疲劳寿命的影响因素。结果表明:在设计基准期内,基于车-桥耦合因素的在役拱桥吊杆疲劳分析得到的疲劳损伤较大、疲劳寿命较短,计算结果更加精确,研究成果对桥梁结构的正常使用状态评估有一定的促进意义。     

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。     

中国公路车-桥耦合振动车辆模型研究

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。     

大跨度钢拱桥吊杆频率预估方法与实测验证

以国内某新建大跨度钢拱桥吊杆为对象,研究了吊杆频率估算方法,并通过现场实测频率进行了分析与验证。对比研究了通过频率估算经验公式、有限元分析得到的吊杆频率的差异,通过环境激励和强迫振动激励下的现场试验获得了实桥吊杆的频率值,并基于实测结果考察了频率估算方法的准确性。发现采用整体有限元模型计算吊杆振动频率有较好的精度,并基于实测数据拟合给出了吊杆顺桥向与横桥向1阶弯曲频率估算的支撑条件系数和欧拉临界荷载修正系数。     

不平整度桥面下连续梁桥车桥耦合振动分析

现行<公路桥涵设计通用规范>采用结构基频来计算桥梁结构的冲击系数,而基频的计算宜采用有限元方法,但如何计算,规范没有明示;而且规范给定的连续梁基频估算公式不分直桥和弯桥;再者按规范基频估算公式计算冲击系数的值有待商榷.采用一种基于有限元通用分析软件ANSYS来实现公路桥车桥耦合振动数值分析方法,对弯桥车桥耦合振动影响因素进行分析,然后分别对直线和曲线连续梁桥考虑了桥面不平整度后车桥耦合振动进行计算.分析结果表明,直桥和弯桥的动力系数不同,换算成冲击系数均大于连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数.     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。     

基于有限元的曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

考虑车桥耦合振动计算了汽车通过曲线连续梁桥时车辆和桥梁的振动。把车辆和曲线连续梁桥视作两个分离子体系,分别应用广义虚功原理和有限元法推导了两者的各自振动方程组,通过位移协调方程及车桥相互作用联系方程把车辆和曲线连续梁桥振动耦合起来,建立了车桥耦合振动方程,给出了采用有限元通用分析软件ANSYS实现公路曲线连续梁桥车桥耦合振动的计算方法。数值算例表明,该计算方法仅经3次迭代即可获得较高精度及可靠的数值结果,并与连续梁按规范给定的基频估算值计算的冲击系数进行对比,在平整桥面情况下,两者基本吻合,在桥面不平度等级为C级时,两者相差较大,这说明按现有规范计算曲线连续梁桥的冲击系数,在某些特定的条件下,有可能是不安全的。从而为公路曲线连续梁桥动力性能评价寻求了一种方便可靠的数值分析方法。     

新西海桥的振动特性及舒适性评价研究

以日本首座公路钢管混凝土拱桥——新西海桥为对象,进行该桥的自由振动特性分析,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,分析了在移动车辆作用下该桥的动力特性,包括冲击系数和舒适度评价。研究结果表明,在移动车辆作用下钢管混凝土拱桥主跨的拱肋和桥面冲击系数都较小,钢管混凝土拱肋的振动小于主桥桥面的振动。从振动舒适性的观点看,采用纵横梁格构桥道体系的新西海桥在车辆荷载作用下拱肋、桥面和人行桥均满足舒适性要求,具有较好的行车性能。     

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-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

铁路钢拱桥钢板式吊杆的设计与疲劳评估

为研究铁路钢拱桥钢板吊杆的设计及计算方法,先给出该类吊杆的设计特点、构造细节(包括钢板吊杆和拱肋、主梁连接的典型构造)和其潜在开裂位置及对应的疲劳强度,再给出德国推荐的风荷载引起的横向涡激振动荷载的计算方法及驰振引起的不同高宽比矩形截面吊杆的弯曲或扭转振动评估方法,最后将列车活载产生的疲劳应力幅和横向风荷载产生的疲劳应力幅叠加,进行钢板吊杆的疲劳评估.采用推荐的方法对欧洲某主跨96 m的双线铁路钢拱桥跨中钢板吊杆进行疲劳评估,评估结果表明该桥吊杆的疲劳应力幅及驰振引起的扭转振动均满足要求.     

钢管混凝土拱桥车振性能分析

从结构基频、车辆荷载冲击系数和舒适性等方面对钢管混凝土拱桥的车振性能进行分析。应用统计分析方法研究表明，钢管混凝土拱桥的面内基频约为钢拱桥的1．33倍，同时给出了面内基频的简化计算公式。收集了多座钢管混凝土拱桥的实测冲击系数，与现行各国规范进行了比较分析，并通过对实测数据的回归分析，得出钢管混凝土拱桥冲击系数的简化计算公式，可供钢管混凝土拱桥初步设计时冲击系数估算应用。最后对钢管混凝土拱桥的舒适性评价指标进行了探讨，振动速度和振动加速度等动力参数可以较好地反应出钢管混凝土拱桥在汽车荷载通过时的振动情况与振感。     

公路车-桥耦合振动的理论和应用研究进展

为了推动公路车-桥耦合振动理论的发展和仿真技术的广泛应用,从公路车-桥耦合振动理论研究和应用研究2个方面系统性梳理了公路车-桥耦合振动相关领域的学术研究现况、既有研究成果、发展前景、存在的问题和对策。理论研究方面,系统总结了车-桥耦合振动研究中车-桥、桥梁、路面不平整度等参数的数学模型和车-桥耦合时变系统动力学方程的数值解法。基于调研和分析发现,经过国内外学者长期的努力,车-桥系统数值模型已经可以越来越真实地模拟实际车辆、桥梁以及路面不平整度等其他条件因素。在未来的研究中应持续改进有限元建模技术和优化数值算法,以进一步提高车-桥耦合振动仿真分析的精度和效率,扩展其应用范围。应用研究方面,以桥梁动力冲击系数、桥梁疲劳分析、桥梁结构损伤识别、桥梁振动控制、桥上行车舒适性以及桥上车辆荷载动态识别等6个问题为例,综述了车-桥耦合振动仿真技术在桥梁安全相关研究领域的应用现状,并对目前研究仍存在的局限和后续的研究方向进行了初步探讨。研究表明,车-桥耦合振动仿真技术已成为众多相关研究领域内的重要研究方法,在部分研究领域已展现了良好的应用前景。后续研究中,一方面应针对具体问题的特点改进车-桥耦合振动模型的适用性和计算精度,另一方面应针对具体研究问题进一步完善相关理论,并从工程实用性角度提出新的或改进的技术和方法。     

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。     

“桥头跳车”对连续梁桥动力响应的影响分析

“桥头跳车”是由路基与桥台连续处的高差而引起的车辆跳跃现象。本文参照简化的车辆模型和桥梁模型建立了车—桥相互作用的数学模型,提出了一种车—桥振动简化计算方法。利用该方法考虑“桥头跳车”对连续梁桥各特征截面动力响应的影响,通过数值分析可定性地确定“桥头跳车”现象对汽车荷载冲击系数取值的影响,为将来冲击系数的进一步修改提供参考。     

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。     

拱桥短吊杆动力特性分析

拱桥吊杆骤断的原因复杂,其中动荷载作用下吊杆受力不均匀和增大效应是主要因素之一。以一座既有中承式钢管混凝土拱桥为背景,采用ANSYS建立桥梁有限元模型,选用单车车辆模型,并将车辆模型简化为移动荷载在桥梁结构模型上进行加载,计算不同速度下短吊杆的动力特性,研究短吊杆在车辆平稳过桥条件下的动力性能。计算分析结果表明:短吊杆的振动频次随车速的降低而急剧增加;短吊杆轴力的动力放大系数较大并与车速成正比关系;在车辆激振作用下,短吊杆受弯主要以横桥向的弯矩为主,短吊杆的最大应力会出现在车辆通过后的自由振动阶段;短吊杆的下锚固端受力复杂且最为不利,容易在腐蚀和应力作用下导致短吊杆内钢丝的断裂。     

考虑车桥耦合振动的钢梁桥腹板间隙的疲劳分析

分析钢梁桥腹板间隙的疲劳问题时,其应力通常是基于疲劳荷载作用下的静应力叠加一个动力冲击系数来确定。已有研究表明:规范中的疲劳冲击系数低估了实际路面状况下的车辆动力冲击效应,往往导致腹板间隙的实际疲劳寿命低于设计寿命。基于此现状,研究了在假定的车辆和环境条件下路面的退化规律。建立了几座不同跨径的简支Ⅰ型钢梁桥和疲劳车的三维模型,通过车桥耦合振动分析,研究了实际桥面状况下车辆荷载动力效应对腹板间隙产生的应力幅冲击系数,并评估了腹板间隙的疲劳寿命。结果表明:基于腹板间隙应力幅计算的冲击系数大于传统基于应力的冲击系数;美国AASHTO桥梁规范中采用的疲劳冲击系数在路面条件较差时低估了车辆荷载动力效应。最后提出了腹板间隙疲劳评估应力幅冲击系数建议取值。     

基于车-桥系统耦合振动理论的大跨PC连续刚构桥冲击系数研究

在分析车-桥系统耦合振动研究资料的基础上,推导了基于自身假设条件下的车-桥系统耦合振动的运动方程组.利用VC 编制了可用于车-桥系统耦合振动分析的专业程序CQZD.以2座大桥为例,分析了桥梁基频对大跨PC连续刚构桥冲击系数的影响,并将算例中的冲击系数计算结果同按规范JTG D60-2004计算的结果进行了比较.结果表明:桥梁基频对冲击系数的影响比较显著,冲击系数随基频的降低而降低.