常规跨径钢板组合梁桥中欧规范汽车荷载效应对比研究

钢板组合梁可充分发挥钢材和混凝土的材料优势,为给我国桥梁设计人员设计海外钢板组合梁桥提供建议,对《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)及欧洲桥规(Eurocode—Basic of Structural Design、Eurocode 1:Actions on Structures—Part 2:Traffic Loads on Bridges)中常规跨径钢板组合梁汽车荷载效应进行对比。分析了中欧桥梁设计规范中汽车荷载模式、横向多车道折减效应、冲击系数、荷载组合等规定的异同,采用2种规范计算常规跨径钢板组合梁在汽车荷载及基本组合、频遇组合作用下的主梁弯矩。结果表明：欧洲桥规规定4种汽车荷载模式,已考虑冲击系数和横向车道折减,中国桥规规定了车道荷载和车辆荷载2种汽车荷载,计算汽车荷载效应后期需考虑冲击系数和横向车道折减;2种规范极限状态和设计状况规定一致,区别在于作用分项系数和可变作用组合系数取值;多片主梁钢板组合梁的边梁弯矩最大,单独考虑汽车荷载时,欧洲桥规计算的主梁最大弯矩比中国桥规大35%～36%;在考虑荷载组合时,欧洲桥规主梁最大弯矩计算结果在基本组合作用下比中国桥...     

公路桥梁车辆荷载纵横向折减系数研究

以可靠性理论和新近实例的车辆荷载数据为基础，推导了公路桥梁车辆荷载多车道横向折减系数的理论计算公式，从实侧荷载效应与标准车辆荷载效应比值的概率分析中得到了标准车辆荷载纵向折减的计算公式，结合我国实情，提出纵向和横向折减系数的建议值。经７座大跨径实桥的计算证明采用本研究建议后的折减效果最令人满意的。     

钢-混凝土组合梁桥温度场与温度效应研究综述

组合结构桥梁由热工性能差异显著的钢材和混凝土构成,温度效应往往成为控制其设计和应用的关键因素,因此,对其温度场和温度效应进行准确地计算与评估具有重要的科研价值与工程意义。对组合结构桥梁温度场与温度效应开展了综述研究。首先,对各国桥梁规范温度荷载的规定进行归纳对比,讨论不同规范中温度荷载计算方法的特点,总结中国现有规范对全国气候划分的分辨率不足、对日照辐射的考虑不够完善等有待提升之处;其次,对国内外桥梁温度场与温度效应研究的发展与现状进行调研,重点分析中国钢-混凝土组合结构桥梁温度场与温度效应的研究进展,对现有研究的不足进行讨论;再次,提出基于可靠度理论的组合结构桥梁设计温度荷载模型,可使用气象部门统计的温度统计资料,通过MATLAB高效数值模型计算形成组合结构桥梁温度场时程数据,进一步利用极值模型获得桥梁设计的温度荷载代表值,快速、高效地实现对桥梁地理信息、结构参数等因素的考虑;最后,以北京地区典型3跨连续直线组合梁桥为算例,对连续钢-混凝土组合桥梁的温度效应展开研究。提出的基于可靠度理论与MATLAB的钢-混凝土组合结构桥梁设计温度荷载模型,可实现任意地区组合结构桥梁温度场的精确计算并显著提升计算效率。     

大跨度预应力混凝土斜拉桥温度效应研究

大跨度预应力混凝土斜拉桥在施工过程和成桥状态温度效应明显,而温度效应与温度荷载取值直接相关,该文以主跨438m的双塔预应力混凝土斜拉桥为例,对成桥状态下主梁梯度分布和线性分布的温度效应进行了比较分析,同时对施工过程中主梁的温度应力进行了计算,结果表明:线性分布与梯度分布温度荷载的主梁内力与应力效应有一定的差别,偏保守考虑应按线性分布计算;施工过程中,在设计温度荷载作用下,主梁有可能产生达到1.6MPa的拉应力,因此在由合理成桥状态求解合理施工状态时也宜考虑温度影响。     

考虑风速风向联合分布和地形效应的山区桥梁设计风速确定

为研究风向对基本风速的折减,以及其与地形效应对山区桥梁设计风速确定的共同影响,以一座山区大跨度桥梁为研究背景,采用风速风向联合分布函数和计算流体力学软件FLUENT对桥址区的风场进行数值计算。首先利用桥位附近气象站的风速资料,在风速观测数据不足的情况下,采用极值Ⅰ型分布获得了风速的月极值分布和年极值分布的关系,并由此计算出不考虑风向影响的百年一遇基本风速。再应用风速风向联合分布函数,计算考虑风向影响时各个风向的百年一遇基本风速,探讨风速风向联合分布对基本风速的折减效应;并应用FLUENT软件对2种情况下的桥位区风场进行数值模拟计算,分别得到不同风向下桥位处的最大风速（即设计风速）。研究结果表明：风速风向联合分布和地形效应会对设计风速的确定产生影响。若不考虑风速风向联合分布的作用,当该地区最大基本风速的风向与地形放大效应最大的方向不一致时,会使设计风速值偏于保守。最后基于研究成果提出了可用于山区桥梁设计风速确定的分析流程,该方法更具合理性和工程实用性,可为山区桥梁设计风速的确定提供依据。     

公铁两用悬索桥可靠度分析

为验证文献[1]以五峰山长江大桥为研究背景提出的公铁两用悬索桥多线列车荷载折减系数和文献[2]提出的汽车荷载和风荷载组合值系数的合理性,对五峰山长江大桥和刚好满足铁路桥梁设计规范要求时公铁两用悬索桥吊索和主缆的可靠度进行了分析。分析结果表明:基于上述系数计算的五峰山长江大桥吊索和主缆的可靠指标为7.8和8.6;当只考虑桥梁上的列车荷载、按照文献[1]提出的多线列车荷载折减系数和铁路桥梁设计规范表达式进行设计时,两线、三线和四线悬索桥吊索和主缆的可靠度水平是一致的;同样,当考虑列车荷载与汽车荷载组合及列车荷载与汽车荷载和风荷载组合、按照文献[2]提出的汽车荷载和风荷载组合值系数与铁路桥梁设计规范表达式进行设计时,悬索桥吊索和主缆的可靠度水平是一致的。     

风-车-桥耦合振动研究现状及发展趋势

为推动风-车-桥耦合振动理论和应用研究的进一步深入开展,从分析框架、气动干扰、评价准则和大跨桥梁设计荷载4个方面系统梳理风-车-桥耦合振动国内外学术研究进展和热点前沿,并探讨研究不足和发展趋势。分析系统方面,首先从风作用模拟、耦合关系角度综述风-列车-桥分析系统由简化到精细的研究历程,然后沿车辆元素的精细研究历程对风-汽车-桥分析系统研究进行综述。气动干扰方面,从结构模拟精细程度、特殊工况、干扰对象等角度综述研究进展。评价准则方面,分别综述汽车和列车评价准则由简单到复杂、由确定性到不确定性的发展历程。大跨桥梁设计荷载方面,分别从现行多国规范和理论研究2个角度对大跨桥梁风和汽车荷载研究进行综述。综合分析表明：分析框架过去处于并将一直处于从简化到精细的过程中,元素模拟的精细化及相应耦合关系的重构推动分析框架升级和应用范围的扩大;气动干扰研究的干扰对象逐步增多,模拟逐步细致,数值模拟理论和风洞规模、试验测试设备及技术是限制其发展的关键因素;车-桥系统评价方面,主体结构和系统安全是评价的基础层面,附属构件和功能性的评价将越来越受到重视,且评价将由确定性向可靠性发展;大跨桥梁设计荷载方面,汽车荷载将由简单套用中小跨径桥梁设计荷载的方式,逐步过渡为考虑地区荷载特性、行驶行为等复杂模式,风和汽车荷载组合时的工况设置、计算风速的确定、荷载叠加准则、分项系数和组合系数等方面都有很大细化和深入研究的空间。     

钢管混凝土拱梁组合桥设计安全性研究

以一座钢管混凝土拱梁组合桥为背景工程,基于荷载试验建立基准有限元模型,对钢管混凝土拱肋与吊杆等构件设计安全性开展分析.研究结果表明:荷载试验各工况下,结构响应测试值均小于理论计算值,拱梁组合桥具备足够承载力承受运营荷载作用;2本不同规范下钢管混凝土拱肋整体截面承载力存在差异,GB国标计算安全度大于JTG行标;在2根吊杆连续断裂情况下,拱梁组合桥依然保持安全性,其中以跨中同侧2根长吊杆连续断裂最为不利.     

桥塔施工阶段抖振响应分析

桥塔作为一种轻柔结构,风荷载是作用在它上面的主要侧向荷载.在仅考虑脉动风效应的情况下,对该桥桥塔在施工阶段的塔顶横桥向和顺桥向抖振位移进行了计算分析.结果表明,在风荷载作用下该桥塔横桥向抖振响应较为严重,需对独塔施工阶段的横桥向抖振响应进行控制.     

波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布

采用修正偏心压力法研究波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布规律。结合工程实例,利用修正偏心压力法计算某单箱三室波形钢腹板连续组合箱梁桥的荷载横向分布系数,利用空间有限元分析程序进行了数值模拟,并对其偏心荷载工况下的挠度进行了实测。将修正偏心压力法、有限元模拟方法得到的挠度值与实测挠度值进行对比。结果表明,修正偏心压力法将空间问题转化为平面问题,且充分考虑了波形钢腹板组合箱梁的抗扭作用。得到的荷载横向分布系数与有限元计算结果吻合较好。采用该方法计算波形钢腹板连续组合箱梁桥荷载横向分布是可行且偏于安全的。     

运营荷载作用下钢混组合梁桥抗弯性能可靠度研究

为分析实际运营荷载作用下钢混组合梁桥的抗弯结构可靠度,建立了钢混组合梁结构可靠度评估方法。首先,确定了钢混组合梁抗弯失效的极限状态方程,并确定了采用i-HLRF算法计算结构可靠度指标;其次,建立了基于全截面塑性的钢混组合梁截面抗弯承载力计算模型,结合文献中105组钢混组合梁试验数据对该计算模型的不确定量度进行了分析;第三,建立了基于实测车辆数据计算桥梁构件荷载效应极值分布模型的方法;最后,结合某一钢混组合梁连续梁桥结构,计算了正弯矩和负弯矩区域的截面抗弯性能结构可靠度指标。结果表明：基于全截面塑性的抗弯承载力计算模型能够很好地表征钢混组合结构的试验极限承载能力,计算模型不确定性量度与各类结构设计参数没有显著相关性,并服从均值为1.02、变异系数为0.07的正态分布;案例桥梁正弯矩区域抗弯性能计算可靠度指标为4.55,而负弯矩区只有4.06,低于我国混凝土桥梁规范采用的目标可靠度指标(4.2)。     

武汉青山长江公路大桥引桥荷载放大系数研究

针对桥梁实际运行荷载效应与规范设计荷载效应差异较大问题,以武汉青山长江公路大桥引桥为工程背景,基于周边具有相似交通情况的既有跨江桥梁实测动态称重(WIM)数据和预测统计车辆特征,采用蒙特卡洛法构造自然车列对引桥4种典型连续梁桥有限元模型进行影响线加载,分析95％ 保证率分位值时正常行驶与自然堵车状态下各控制断面处的荷载...     

连续刚构桥静动力稳定性分析

以新礼大桥连续刚构桥为对象,分析其在静动载作用下的稳定性。利用FEM分析软件Midas/civil建立主桥的计算模型,引入安全稳定系数物理量,对多种不同荷载组合作用下的静力稳定进行分析。为进一步分析该桥整体的稳定性,通过静载试验分析了该桥挠度与应变的分布规律,探究了该桥静力失稳的原因。通过行车激励,得到了该桥在动力荷载作用下失稳的形式,设计了不同的动载试验工况,引入动应变物理量,分析了无障碍行车与行车制动对桥梁冲击稳定的影响规律。结果表明:横向风荷载对桥墩安全稳定系数的影响较大,是桥墩设计时主要考虑的荷载组合;桥梁结构体系的转换是调整结构安全稳定的重要途径;在桥梁结构设计时,应保证箱梁截面的应变沿高度呈线性变化,处于弹性的范围,使其安全稳定系数最大化。     

蝴蝶拱桥的有限元分析及模型试验研究

蝴蝶拱桥是一种新型空间组合拱桥,设计巧妙独特,外型美观.为全面分析其力学行为,建立了空间杆系和板壳有限元分析模型,给出了该桥控制截面在几个主要荷载工况下的变形和应变值;为验证计算理论的合理与准确性,确保该桥的安全与可靠性,进行了1/10模型试验,并将理论计算值与实侧值进行了比较,为该桥的设计与施工提出了有意义的建议.     

蝴蝶拱桥的有限元分析及模型试验研究

蝴蝶拱桥是一种新型空间组合拱桥，设计巧妙独特，外型美观。为全面分析其力学行为，建立了空间杆系和板壳有限元分析模型。给出了该桥控制截面在几个主要荷载工况下的变形和应变值；为验证计算理论的合理与准确性，确保该桥的安全与可靠性，进行了1／10模型试验，并将理论计算值与实侧值进行了比较，为该桥的设计与施工提出了有意义的建议。     

斜拉桥的拉索纵桥向风荷载计算方法研究

随着斜拉桥跨径的不断增大,风荷载越来越成为结构设计的控制因素,其中拉索所受风荷载占了较大的比例,已经超过了主梁。由于缺乏理论研究和试验验证,过去斜拉索纵桥向风荷载计算方法在我国设计规范中没有明确规定,设计过程中也都采取了过分保守的简单计算,导致结构设计的经济合理性较差。为此,苏通大桥在设计过程中专门对斜拉索进行了测力试验,结合与国外相关研究成果的对比,提出了斜拉索纵桥向风荷载阻力系数计算公式,填补了我国桥梁抗风设计规范的空白,已被纳入《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T D 60-01-2004),具有很高的实际指导意义。文中介绍了风荷载的研究过程及研究结论,以使同行对此有一个深入的了解。     

适用于重载交通的公路桥梁荷载标准研究

某一级公路具有明显的重载交通特征,在运营过程中也出现了严重的超载问题,为准确分析该一级公路上的汽车荷载,并确定其对该路上广泛使用的简支梁桥和连续梁桥的荷载作用,以WIM调查数据为基础并进行统计分析,利用蒙特卡洛方法随机数生成模拟自然车队的拟合荷载流.基于<公路工程结构可靠度设计统一标准>中计算荷载效应的可靠度理论,以拟合荷载流在产生的弯矩与公路Ⅰ级的弯矩效应比值为分析对象,确定了适应该一级公路重载交通荷载下计算桥梁结构内力的汽车荷载标准.针对该路重载交通的实际情况,给出了不同超载条件下适度提高汽车荷载等级的荷载放大系数.     

极端荷载作用下公路桥梁荷载概率模型研究

我国桥梁设计规范中对极端荷载组合系数没有明确的规定,在以结构可靠度为基础的概率极限状态设计法中,由于公路桥梁各种作用比较多且大多随时间变化的范围比较大,各种作用的组合也比较复杂,所以必须选择合理的概率模型才能保证计算出真实合理的结构可靠度。通过查阅文献并结合WIM系统统计的车辆数据分析,建立了公路桥梁永久荷载及其效应概率分布模型;基于Matlab软件,在汽车车重总体服从多峰分布的基础上对实测数据进行训练拟合,建立了汽车荷载效应的概率模型并确定了汽车荷载分级加载方式,为公路桥梁可靠度研究和求解极端荷载组合系数奠定了基础。     

考虑车道荷载差异的多车道桥梁横向折减系数

为考虑车道荷载差异对多车道桥梁横向折减系数的影响，提出横向折减系数的多系数表达模式，并改进基于独立重复试验的相遇车道荷载方法以进行系数校核。首先，引入反映车道荷载差异性的车道修正系数和体现多车道荷载相遇概率的车道组合系数，形成横向折减系数的多系数表达模式。其次，改进目前常用的基于独立重复试验的相遇车道荷载方法，将车道交通流量及荷载分布的差异性涵盖进来。随后，参数化研究横向折减系数的关键影响参量，包括货车通过控制断面的平均时间、荷载重现期、车道交通量和车道荷载分布等。最后，基于某高速公路实测动态称重数据，给出采用该方法校核横向折减系数的详细过程，并与传统方法及JTG D60-2015规范方法所得结果进行对比。研究表明：所提出的改进相遇车道荷载方法，摈弃了传统方法中车重正态分布、车道荷载同分布、最大观测车重与均值3.5倍偏差关系等备受质疑的假设，是更一般性的解答。参数化分析表明：货车通过控制断面的平均时间和荷载重现期对结果影响很小，货车荷载模型及其在车道间差异性则影响很显著，说明对车道荷载分布规律进行准确建模的重要性。实测车道货车荷载数据统计发现：货车的交通量和荷载分布在车道之间具有明显的差异，传统方法和规范方法给出的横向折减系数均高估了实际情况，最大达19%，可能造成设计与管养资源的浪费；而基于该方法校核的横向折减系数，更能深入揭示各车道荷载的贡献规律，准确反映不同车道组合作用下的荷载横向折减规律，具有显著的工程应用价值。     

公路桥梁地震设计状况荷载组合分项系数研究

为了在保障桥梁目标可靠度指标的前提下,确定最优的地震设计状况荷载组合分项系数,使桥梁结构以最为经济的抗力方式抵御外加荷载,从而对现行的桥梁设计规范地震设计状况进行优化,为今后公路桥梁地震设计状况荷载组合计算提供理论依据和指导意见,以2座连续刚构桥为依托工程,建立空间动力有限元模型,采用Monte-Carlo法并基于动态称重（WIM）系统模拟随机车流,进行了数条地震波增量动力分析（IDA）;采用Ferry Borges荷载组合理论求解地震设计状况组合效应分布,依据直接积分法求解桥梁结构的失效概率,从而确定荷载效应分项系数与可靠度指标影响面关系。研究结果表明：荷载效应分项系数的取值与目标可靠度指标的选取息息相关,忽略汽车荷载的地震设计状况风险分析,将严重低估桥梁结构的实际失效概率。为指导高烈度区连续刚构桥的地震设计状况设计,对于E2工况下的地震动输入,地震作用重要性系数λ₁取1.0,桥梁结构跨径对汽车荷载效应分项系数取值产生较大的影响,故选取β_s=3.1~3.4作为Ⅷ度区连续刚构桥地震设计状况设计时目标可靠度指标建议值,汽车荷载分项系数Ψ_Q的建议取值为0.76;地震基本烈度对汽车荷载分项系数存在一定的影响,在同样的目标可靠度指标建议值下,对于Ⅶ度区地震设计状况,汽车荷载分项系数Ψ_Q的建议取值为0.652。