中小跨径公路混凝土简支梁桥冲击系数研究及建议取值

为弥补中国现行桥梁规范中计算动力冲击系数时考虑因素单一的不足,对冲击系数的影响因素进行研究,并提出更合理的冲击系数建议值。首先,根据中国桥梁通用图集建立13座不同截面形式和不同跨径的常见中小跨径公路混凝土简支梁桥的有限元模型,结合能表征中国设计车辆荷载动力特性的三维车辆数值模型,建立车桥耦合振动分析系统。然后,基于车桥耦合振动分析系统,研究桥梁基频、桥面不平整度、车速和车质量等因素对动力冲击系数的影响,并与中国现行桥梁设计规范中的动力冲击系数取值进行对比分析。最后,提出冲击系数的建议值,并与世界各国桥梁规范中的冲击系数取值进行对比,讨论建议值的合理性。结果表明:桥面不平整度是影响冲击系数的重要因素,在桥面好的情况下,冲击系数均在0.1以下,低于规范中规定的冲击系数,而桥面很差时,冲击系数可达0.5,远大于中国现行规范中的冲击系数设计值,因此,定期对桥面进行维护能有效减小车辆对桥梁的冲击效应;质量轻的车辆引起更大的冲击系数,但由于车辆总质量轻,其导致的总荷载效应仍然较小,而重车虽然引起的冲击系数较小,但由于其导致的总荷载效应较大,更易对桥面造成损伤,因此,限制超载尤为重要。     

大跨径曲线连续刚构桥冲击系数影响因素

针对大跨径曲线连续刚构桥的结构特点,以白土北江特大桥主桥为例,研究不同曲率半径对大跨径连续刚构桥冲击系数的影响。建立不同曲率半径的连续刚构桥有限元模型,利用车桥耦合振动方程得出响应峰值的相应变化规律。研究表明,在曲率半径较小时,结构最不利截面冲击系数变化较大。随着曲率半径的增大,控制截面挠度、弯矩和扭矩冲击系数都呈减小趋势,但当曲率半径为250m,冲击系数值较大;墩顶截面弯矩冲击系数变化幅度较小,但扭矩冲击随曲率半径增大而增大。     

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。     

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。     

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...     

先简支后连续梁桥车辆冲击系数影响因素研究

针对先简支后连续梁桥的结构特点,采用板单元及实体单元模拟连续梁桥,使用9自由度的三维整车模型模拟汽车荷载,考虑桥面不平顺,建立了该类桥梁的车桥耦合振动响应分析模型.结合模态综合技术和Newmark-β数值积分方法进行迭代求解.以某座典型的4跨先简支后连续梁桥为算例,分析了该桥在单车荷载作用下,行车速度、路面等级、车辆自...     

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。     

考虑引桥工作状态下的短跨板桥的车致动力反应

通过把车辆和桥梁看作一个耦合系统来建立模型去求解桥梁的车致动力反应。文中研究了由AASHTO HS20卡车引起的不同跨径的短板桥的动力反应。利用参数分析来研究不同车速及不同路面状况所产生的效应。研究发现,引起桥梁动力反应峰值的临界车速遵循描述列车致桥梁共振的规则。分析中考虑了引桥状态的影响包括引桥桥头断层及引桥板形变。虽然引桥变形对桥梁的动力反应影响微小,但是在研究中却发现引桥桥头断层能在短跨板桥中引起显著的动力反应。该文对评价既有短跨径桥梁的动力性能有很大的意义,因此值得中国从业者借鉴。     

公路桥梁冲击系数计算方法研究

冲击系数的计算方法对桥梁的安全性很重要.首先对比了目前各国规范对冲击系数的计算公式;然后提出基于数值法的计算方法.采用Newmark-β逐步积分法分解车桥振动系统,结合Ansys有限元软件求出桥梁动力响应,计算冲击系数.通过数值算例表明各国规范冲击系数计算公式所得值差异较大,仅用跨径或者基频计算是不准确的,用更多的修正系数来修正规范公式是比较可行的.     

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.     

公路桥梁车桥耦合振动的随机响应分析

用结构动力学理论,建立了车辆过桥时车桥耦合振动响应计算模型.采用Newmark-β积分法获得车桥耦合振动响应数值解.讨论了车辆、车速、桥面不平顺、桥的阻尼等因素对桥梁冲击系数的影响.分析表明,在设计中应综合考虑这些参数对车桥耦合振动的影响.     

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。     

轨道随机不平顺的数值模拟

分析了轨道不平顺产生的原因,介绍了轨道不平顺的测量方法以及应用随机振动理论对轨道不平顺进行特征统计的参数,并采用三角函数法求得轨道系统随机不平顺的模拟量,从而为研究列车-轨道系统的动力学效应提供了一种简便方法。     

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...     

车辆-模数式伸缩缝耦合振动与冲击荷载分析

为研究导致伸缩缝及其相邻路面损坏的车轮冲击荷载,以桥梁工程中常用的模数式伸缩缝为例,提出一种车辆-桥梁-模数式伸缩缝耦合振动的分析方法。该方法通过分布式弹簧阻尼单元模拟车轮在伸缩缝上的脱空情况;采用等效悬臂或两侧支撑梁模型,考虑脱空段轮胎面的支撑作用,通过车辆-桥梁-伸缩缝耦合振动的迭代算法,实现模数式伸缩缝上的车轮动力荷载的准确模拟,并对载重汽车通过双缝模数式伸缩缝进行实例分析。研究结果表明：①由于伸缩缝结构和车轮位置的变动,很难保证车辆振动的对称性,因此需要采用三维有限元方法分析车轮冲击荷载;②伸缩缝空隙处轮胎面的支撑有助于减小车轮冲击荷载,该支撑刚度与胎面预拉应力密切相关,胎面预拉应力越大,支撑刚度越大,轮载冲击系数越小;③车辆不对称振动导致左右轮冲击系数不同,模数式伸缩缝的中梁跨中冲击系数最大;④模数式伸缩缝上的轮载冲击系数计算值可能超过中国伸缩缝设计指南规定值,该方法可用于确定模数式伸缩缝的最大容许间隙,使车轮冲击荷载小于设计值,以保障伸缩缝的安全服役。     

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.     

桥面不平顺状态下含裂纹梁的车桥耦合振动分析

为分析桥面不平顺状态下含表面裂纹时桥-车耦合振动,利用1/4车辆模型,基于桥面不平顺产生的随机激励,运用Hamilton原理建立桥面不平顺状态下含裂纹桥-车耦合系统动力方程,应用Runge-kutta法对方程进行求解,分析不同等级桥面不平整度下,裂纹深度、车速、桥车质量比等参数对桥梁结构位移的影响。结果表明,随着裂纹深度的增加,梁体跨中位移峰值增大,且考虑桥面不平顺状况时梁体跨中位移响应更复杂。     

车辆荷载作用下斜拉桥冲击效应的研究

将单个车辆作为一个单元,模拟为4轴10个自由度模型,桥梁模拟为梁单元模型,考虑轨道不平顺和桥梁的几何非线性,建立了车桥振动计算的耦合单元.在各种车辆速度作用下,对一座斜拉桥的冲击效应进行了研究.     

车辆荷载作用下双工字钢-混组合连续梁桥振动控制研究

车桥耦合作用下,钢-混凝土组合梁桥竖向振动问题比较突出,这将影响行人的安全及舒适性。以中国某三跨双工字钢-混凝土组合连续梁桥为研究对象,对桥梁进行车桥耦合振动分析及控制。基于Newmark-β法在ANSYS中利用APDL语言建立车桥耦合振动模型,并对不同车重、车速和路面等级下的桥梁竖向加速度振动响应进行分析。在桥梁各跨跨中安装调谐质量阻尼器(TMD)对桥梁振动进行控制,采用最佳参数调整方法确定TMD参数。对安装TMD前后的桥梁振动响应进行对比分析,并结合Sperling指标对行人舒适度进行评价。研究结果表明：车速、车重和路面等级均是导致行人舒适度变差的重要因素;2辆同型号车辆按相应车道并排行驶,安装TMD后,随着车速的增大,桥梁跨中竖向加速度峰值减小率逐渐增大,当车速为120 km·h^-1时,桥梁跨中竖向加速度峰值减小率达到43.7%,Sperling指标从2.76降到2.33,振动控制效果最为明显;随着车重的增加,桥梁跨中竖向加速度峰值减小率基本呈增大趋势,当各车重为40 t时,桥梁跨中竖向加速度峰值减小率为29.1%,Sperling指标从2.20减小到1.99,行人舒适度得到了较大改善;随着路面不平顺等级的增大,桥梁跨中竖向加速度峰值减小率也逐渐增大,C级路面时加速度峰值减小率可达到29.4%,控制效果明显。因此,安装TMD对不同车重、车速和路面等级下的桥梁跨中竖向加速度响应均起到了控制作用,对双工字钢-混凝土组合连续梁桥安装TMD可以有效地改善行人舒适度。     

桥梁宽度和跨度对城市桥梁活载偏载系数影响的研究

从活载偏载系数简化计算公式出发,研究了城市中小跨径桥梁的宽度、跨度对偏载系数的影响,为箱形梁桥活载偏载系数的取值提供一些经验和参考。