PC部分斜拉桥动力冲击系数研究

以某PC部分斜拉桥为对象,采用考虑拉索局部振动的计算理论建立分析模型,根据车桥耦合振动计算结果,讨论了行车速度对结构冲击系数的影响,并与规范取值进行了比较。根据计算结果,得到以下几点结论：行车速度对不同构件冲击系数的影响不同,主梁挠度冲击系数较拉索张力敏感;同类构件不同截面位置的冲击系数也有较大差异,主梁边跨跨中截面的挠度冲击系数大于中跨跨中;靠近塔的短索张力冲击系数大于远离塔的长索,但拉索张力增量占初始索力的比例非常小,PC部分斜拉桥设计时可忽略拉索的动力冲击效应;主梁中跨跨中截面挠度冲击系数与2004规范一致,而边跨跨中截面的冲击系数大于2004规范。     

高速公路连续刚构桥车桥耦合振动与行车舒适性研究

基于西北某高速公路连续刚构桥梁,对车桥耦合振动与行车舒适性进行了研究,结果表明,随速度的增大,跨中截面的动挠度冲击系数也会随之出现增加的趋势,尤其是中跨跨中截面的动挠度冲击系数会出现明显增大的现象,边跨跨中界面的动挠度冲击系数则增加并不显著,而波形刚腹板连续刚构桥的中跨和边跨跨中界面的动挠度冲击系数则相比于混凝土腹板结构的刚构桥而言,增加更为明显。同时伴随着高速公路路面的平顺程度等级的不同,其跨中振动感也会随着有所差异,当其降低的时候,波形刚腹板组合箱梁连续刚构桥的跨中截面振动效果更为强烈,其冲击系数和动挠度也出现大幅上升现象,因而对于连续刚构桥的车桥耦合振动现象而言,路面不平顺度也是十分重要的影响因素。而对于不同的路面平顺度的前提下,研究表明波形钢腹板组合箱梁连续刚构桥振动要比混凝土腹板连续刚构桥大。随车重的增加,墩顶纵向位移随之增大,两种桥型中跨跨中及边跨跨中截面动挠度冲击系数的增长情况均呈现波动性起伏,但是总体而言,波形刚腹板连续刚构桥的中跨和边跨跨中界面的动挠度冲击系数则相比于混凝土腹板结构的刚构桥而言,增加更为明显。路面等级与车速均是影响行车舒适性的主要因素,路面等级较低时,车桥系统振动会加剧。     

杭州湾跨海大桥车桥空间耦合振动参数分析

将整个车桥系统划分为车辆与桥梁两个子系统,引入车桥系统几何协调条件和力学平衡关系,采用含增量动力平衡迭代格式的Newmark-β方法编制了汽车-桥梁系统空间耦合振动分析程序,并采用弹簧质量系统匀速通过简支梁对程序的可靠性进行了验证。然后以杭州湾跨海大桥为工程实例,运用所编制程序详细研究了车辆数目、车辆间距、不同车道、车辆相向行驶、不同路面粗糙度以及不同车速时车流通过桥梁时主梁跨中的动力响应和冲击系数。研究发现:主梁跨中冲击系数随着路面粗糙度变坏而明显增大,与车辆数目、车辆间距、车辆相向行驶以及车速没有必然联系。     

非对称钢-混混合梁桥关键技术研究

为给多跨非对称钢-混混合梁桥设计与施工提供参考,以一座4跨非对称钢-混混合梁桥——龙翔大桥主航道桥为背景,采用有限元软件建立该桥杆系结构有限元模型,分析不同合龙顺序、钢箱梁长度对该桥成桥后线形和内力的影响,以及9个关键参数对预拱度及合龙口纵向变形的影响。结果表明：合龙顺序对成桥线形和内力的影响较小,该桥采用2个中跨依次合龙的施工顺序;各墩墩顶负弯矩绝对值和中跨跨中挠度随钢箱梁长度与中跨跨径之比k₁增大而呈线性减小,该桥k₁最终取0.371,中跨钢箱梁长75 m;钢箱梁自重和主梁混凝土弹性模量对预拱度影响较大,前者变化6%、后者变化10%时预拱度变化值分别约为15 mm和13 mm;环境温度对合龙口纵向变形影响较大,环境温度变化10℃时合龙口纵向变形变化12 mm。施工控制时应严格控制钢箱梁自重、主梁混凝土弹性模量,确保按设计温度合龙。     

客运专线大跨度PC连续箱梁桥收缩徐变研究

预应力混凝土连续箱梁桥的结构形式因其具有结构变形小、整体受力性能好等优点而被广泛应用,但是在桥梁运营阶段,梁体会因桥梁设计及施工过程中考虑收缩徐变不足而产生裂缝和不同程度的下挠现象。为了考虑混凝土收缩徐变对结构性能的影响规律,该文以青弋江客运专线预应力混凝土单箱三室连续梁桥为背景,通过有限元分析软件Midas/Civil对收缩徐变引起的主梁挠度、内力、钢束预应力损失进行对比分析。结果表明:混凝土收缩徐变引起主梁挠度增大,对中跨跨中附近影响尤其显著,考虑收缩徐变影响后主梁挠度变化曲线与实测值吻合度较好;混凝土收缩徐变导致主梁内力重分布,在成桥后前3年影响速率较大,以后逐渐趋于稳定;混凝土收缩徐变引起的钢束预应力损失,在跨中附近影响程度较大,在桥墩处影响程度较小;收缩徐变效应在成桥3年时已完成绝大部分。     

非对称刚构-连续组合体系梁桥受力特性研究

为给非对称刚构-连续组合体系梁桥的设计与应用提供理论基础,以渝湘复线高速长头河特大桥主桥为背景,引入非对称比例系数研究不对称程度对非对称刚构-连续组合梁桥力学特性的影响,提出采用在连续墩处设置组合阻尼支承体系改善该体系梁桥连续墩处主梁在横向风荷载作用下受力不利的问题。保持该桥主跨跨径180 m不变,调整刚构侧和连续侧单侧主梁长度在主跨范围内的占比,采用MIDAS Civil软件建立10个不同非对称比例系数的刚构-连续组合体系梁桥有限元模型,分析不同模型在恒载、汽车荷载、温度荷载、收缩徐变等作用下的主梁内力和支座反力,以及组合阻尼支座不同水平等效刚度对主梁受力的影响。结果表明：非对称刚构-连续组合体系梁桥不对称程度对结构内力影响最大的荷载为收缩徐变;非对称比例系数m>0.2时需适当加大连续墩处主梁梁高、延长小边跨长度以减小非对称性的不利影响,m最大限值建议采用0.3;在连续墩处设置组合阻尼支承体系,利用阻尼位移使主梁协调变形,能有效降低横向风荷载引起的主梁弯矩和应力幅。     

基于美国规范的桥梁疲劳设计优化及应用

为了更准确地考虑路面不平整度变化引起的车辆荷载动力效应对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,首先研究了钢桥路面不平整度在假定的车辆和环境荷载条件下的劣化过程,得到路面不平整度从一个等级退化到另一个等级过程中通过的车辆数量;然后,分别建立桥梁和车辆的三维模型,根据车辆和桥梁接触点位移和作用力的关系构建车-桥耦合振动方程,并利用模态叠加技术和4阶龙格库塔方法在时域内对其进行求解。通过数值计算研究了根据美国AASHTO桥梁规范设计的5座不同跨径Ⅰ-型简支钢梁桥的主梁在不同路面不平整度下每辆车通过时承受的应力幅冲击系数和等效应力幅度个数。最后,通过考虑路面劣化过程中过往车辆对桥梁构件疲劳累积损伤的影响,对AASHTO规范中疲劳动力冲击系数和应力幅个数这2个直接影响桥梁疲劳寿命的参数进行了优化设计,并探讨了如何借鉴此优化方法来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。结果表明:美国AASHTO规范里规定的疲劳冲击系数0.15适用于跨径大于23m的桥梁,而对短跨桥梁而言,需要采用更大的疲劳冲击系数;当桥梁跨径大于23m时,每辆车通过桥梁时主梁承受的应力幅个数设计值可取1,小于23m时可根据所提出的应力幅个数设计公式计算确定。该优化方法可用来完善中国钢结构桥梁构件的疲劳设计和评估。     

不同墩高对钢筋混凝土桥梁抗震性能影响

采用MIDAS/Civil软件建立了云南湃街渡大桥的桥梁结构力学模型。对模型的自振特性和动力时程分析进行了研究,分析了不同墩高下桥梁结构振型特征和弹性时程分析,获得了刚构桥下不同桥墩高度的抗震性作用。研究结果表明:墩高越高,则桥梁刚度下降,整体结构越柔软。在前十阶振型中,3个模型均以横弯为主,桥墩较高时易形成平面外弯曲变形;桥墩较低时更多的是表现出横弯和竖弯墩高的整体性改变,且Y方向最易出现失稳;顺桥向和竖向激励下,主梁弯矩随墩高的变化影响较小,而横向激励对主梁弯矩造成很大影响,墩高相同时,由于桥梁横向刚度小于纵向和竖向,因而受横向地震响应较大,是重点考虑区,而竖向地震激励作用更易增加结构的竖向位移和主梁的内力作用;桥梁地震内力最大值通常出现在墩底处,主梁内力最大值出现在中跨跨中或主梁根部。     

双工字钢-混凝土板组合梁桥车桥耦合振动研究

双工字钢-混凝土板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁模态质量之比可达到1/10,可能出现过大的动力响应导致行车舒适性差,危及行车安全。为了研究该类桥车桥耦合振动机理及影响因素,对某在建的单跨35m四跨一联的双工字钢-混凝土板组合梁桥进行动力特性分析、车桥耦合振动数值模拟及行车动力响应测试。结果表明:该类桥前4阶固有频率较为接近,在不同载重和车速下可能会发生多个频率的振动,车辆过桥的附加惯性质量使结构的振动频率有所降低;试验车过桥的速度和加速度评估该桥舒适性较好;车辆载重与车速对冲击系数的影响复杂,无明显规律,路面等级越好和阻尼比越大,冲击系数越小,对桥面进行平整度处理和增加结构阻尼是降低振幅和车辆冲击效应及提高舒适性的有效方法。     

新月形拱-连续梁组合体系桥优化分析

为研究新月形拱-连续梁组合体系桥的受力特点和力学特性,以福建漳州九龙江大桥主桥为背景,采用空间有限元软件对影响新月形拱稳定性的控制因素以及新月形拱、主梁抗弯刚度变化对结构内力和位移的影响程度进行了参数分析.结果表明:副拱肋对新月形拱的稳定性起决定作用,主副拱肋夹角对新月形拱的稳定性影响可以忽略;恒载和活载分别作用下,新月形拱的主拱肋、副拱肋和主梁抗弯刚度对内力分配的影响规律是一致的,拱肋部分刚度越大,分配到的内力越大,主梁内力和变形减小的程度也越大.     

非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统

自锚式悬索桥独特的锚固形式使其主梁承受主缆传递的巨大轴向压力,为了研究主梁刚度在初内力及活载作用下的弱化问题对自锚式悬索桥结构静动力响应的影响,首先,结合自锚式悬索桥的非线性特点引入初应力刚度矩阵,考虑随机车流过桥时几何非线性的时变性,采用分离迭代法建立非线性随机车流-自锚式悬索桥耦合振动分析系统,并编制相应的非线性分析模块。其次,以某三跨混凝土自锚式悬索桥为例,选取集中力匀速过桥工况,利用ANSYS软件对非线性分析模块的可靠性进行验证。最后,分别设置2种极端工况：第1种是单车工况,近似认为只有恒载作用下产生的几何非线性;第2种是密集交通流工况,认为是恒载和最不利活载共同作用产生的几何非线性,并采用元胞自动机模型对密集车流进行模拟,研究自锚式悬索桥恒载和活载初内力引起的几何非线性对桥梁响应的影响程度。研究结果表明：单车工况下,梁塔恒载初内力对自锚式悬索桥的车辆过桥结构响应影响显著,主梁和主塔初内力贡献程度明显不同,主梁初内力对结构刚度矩阵变化的影响贡献较大而主塔贡献微小;相对于恒载,密集车流作用下初内力效应引起的几何非线性对自锚式悬索桥结构刚度影响微小,对结构响应的非线性影响也不明显。     

自锚式梁下斜张简支桥梁的冲击系数研究

以梁下斜张简支梁为研究对象,根据规范计算得到其冲击系数,并与无斜张索的简支梁冲击系数进行对比。基于瞬态响应分析法,通过ANSYS有限元计算,得到在不同速度移动荷载作用下,不同主梁截面形式、不同撑杆布置形式的梁下斜张简支梁桥主梁各点的冲击系数分布规律,并对不同大小的移动荷载作用下的主梁跨中冲击系数进行参数分析。结果表明:①梁下斜张简支梁桥的冲击系数大于相同主梁的简支梁桥;②斜张梁的冲击系数分布规律均为梁端处较大而跨中处较小;③主梁截面形式、撑杆布置形式及移动荷载速度均对冲击系数造成较明显影响,而移动荷载大小对跨中冲击系数的影响不明显。     

四索面双塔联体分幅斜拉桥施工控制参数影响性分析

为了解双塔联体分幅斜拉桥施工控制参数对结构的影响,结合滨海新城曹娥江大桥主桥(主跨300m的四索面双塔联体分幅斜拉桥)工程,采用有限元法分析了考虑两幅桥不同步施工、边跨现浇段支撑刚度以及施工过程斜拉索垂度等参数下结构的内力和线形。结果表明:两幅桥彼此独立时,左右幅不同步施工对结构内力和线形基本无影响;两幅桥不同步施工对塔顶纵向位移、中跨主梁竖向位移以及边跨索力有一定影响,主梁边、中跨合龙误差分别可达7mm、10mm;边跨现浇段支撑刚度对施工过程以及成桥状态的内力和线形均有明显影响;长悬臂施工状态,主梁混凝土浇筑一半时,斜拉索垂度对结构内力和线形的影响显著。     

后期收缩徐变对结合梁斜拉桥受力影响研究

为了探究混凝土后期收缩徐变对大跨度结合梁斜拉桥受力的影响规律,以赤壁长江公路大桥为工程背景,采用桥梁结构设计与施工控制计算软件BDCMS进行受力计算,选取控制截面对比分析,发现混凝土后期收缩徐变会使桥塔发生竖向变形和偏转,主梁发生内力应力重分布,桥面板轴力减小,钢主梁轴力增大,但总轴力基本不变;主梁弯矩在墩塔位置变化较大,受轴力变化量和挠度影响明显;主梁应力在墩塔和中跨跨中处变化明显,桥面板应力减小,钢主梁应力增大,平均变化率为20％左右.     

秋浦河双塔双跨结合梁悬索桥施工控制方法研究

秋浦河桥主桥为双塔双跨结合梁悬索桥,结构形式新颖,主梁成桥状态内力与施工工序高度耦合,施工控制难度较大。由于主梁采用了自重较轻的钢混组合结构,成桥状态吊杆内力和空缆线形对主梁重量参数较为敏感;在主缆架设过程中,考虑到吊索可调整长度小、温度影响大等因素,采用解析方法动态精确计算不同温度下基准索股的架设线形,并对一般索股线形进行了严格控制。因桥塔高度较矮,自重产生的初始压应力小,主梁吊装过程中容易在桥塔中部的截面变化部位产生拉应力,结构体系转换过程非常复杂。针对上述控制难点,对钢梁制作线形以及吊装方案进行了反复调整与优化,提出了较为合理的主梁吊装方案,确保了主梁架设过程中桥塔的安全。     

连续刚构桥应变修正剔除方法及应用

温度变化和混凝土收缩徐变对连续刚构桥主梁的变形及内力产生较大影响。该文结合贵州赫章特大桥工程实例,介绍了应变修正剔除的方法,通过对箱梁截面划分网格计算温度系数,从而通过程序进行立模修正;根据中性轴的应力可以利用预应力张拉前后的应变直接测量,而与主梁重量无关的特点来对混凝土徐变系数进行识别,从而得到混凝土徐变应变。     

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。     

多片梁组成的简支梁桥车桥耦合振动响应研究

根据多片梁组成的装配式简支梁桥的特点,横向梁之间采用铰接,车辆模拟为九自由度整车模型,桥面不平顺激励采用三角级数叠加法模拟,建立了该类桥梁的车桥耦合振动响应分析模型,结合模态叠加法和Newmark逐步积分法求解系统方程,研究了移动车辆荷载作用下多片简支梁桥的振动响应及冲击系数.以某一实际工程桥梁为背景,分析了该桥在单车荷载作用时,不同行车速度、不同路面等级以及不同横向作用位置下的振动响应及冲击系数;研究了车辆自振频率的变化对桥梁振动响应的影响.研究结果表明,边梁冲击系数比中梁大,路面等级是影响汽车活载冲击系数大小的重要因素.     

大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁力学特性研究

为明确在多种不利荷载组合作用下大跨径钢-混组合梁斜拉桥主梁的受力规律,以某桥跨布置为(40+175+410+175+40)m的双塔钢-混组合梁斜拉桥为背景进行研究。采用ANSYS建立该桥混合单元空间有限元计算模型,分析自重及斜拉索索力、车辆轮载、桥面板预应力、混凝土收缩和徐变效应、温度效应等荷载及组合作用下中跨跨中段主梁的结构响应。结果表明:对于双索面钢-混组合梁斜拉桥,局部轮载作用下桥面板呈现出明显的局部受力特性,桥面板"第二体系"拉应力可能会大于"第一体系"压应力,中跨跨中区域及边跨尾索区桥面板应配置纵向预应力;桥面板混凝土的收缩和徐变效应、温度效应的叠加是桥面板出现顺桥向裂缝的根本原因,设计时应全桥配置桥面板横向预应力。     

高墩连续刚构桥车桥耦合振动分析

为研究移动车辆荷载作用下车辆-桥梁系统的动力响应特性,以某三跨高墩连续刚构桥为对象,采用2轴7自由度车辆模型加载,探究车辆速度、行车数量及车辆载重因素对车桥系统动力响应的影响。结果表明：车辆的行驶速度基本不会影响桥梁的位移响应峰值,车辆以相同速度通过桥梁时,桥梁各跨的位移响应峰值存在差异,车桥发生共振时的车速为40 km/h;随着行车数量的增加,桥梁各跨跨中处于较大位移响应的持续时间明显加长,桥梁中跨跨中的位移响应峰值在2辆车行驶时取得极大值,而车辆的加速度峰值与加权加速度均方根值在6辆车通过桥梁时取得极大值;随着车辆载重的增加,桥梁的位移及加速度响应总体呈增长趋势,而桥梁的冲击系数与车辆各项动力指标的响应则呈下降趋势。