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。     

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。     

移动车辆荷载作用下大跨径连续梁桥动力响应研究

针对移动车辆荷载作用下公路桥梁动力性能设计与评价方法不足的问题,以依兰松花江公路大桥为例,运用自编程序,分析不同车辆荷载工况下桥梁冲击系数与振动加速度等动力响应指标的变化规律。结果表明,冲击系数随车辆纵向间距与车速的变化规律一致,均呈波动上升趋势;多车道时,若桥面不平整度沿横向变化不明显则冲击系数与车道数基本无关;大跨径桥梁不同部位的冲击系数有别,现行规范所采用单一断面的冲击系数计算全桥设计荷载方法的合理性值得商榷;在固定车距下,冲击系数随着加载效率的增大而呈下降趋势;振动加速度与冲击系数具有高度相关性。本文所得结论为移动车辆荷载作用下桥梁动力性能设计与评价提供了一定的依据。     

大跨度连续刚构桥受力性能研究

对某大跨度刚构桥进行静、动载试验,由静载试验中挠度和应变数据计算出校验系数,判断该刚构桥的实际承载能力,并对其受力性能进行分析;通过动载试验测试计算出连续刚构桥的一阶固有频率和冲击系数,模拟不同等级路面的平整度并计算出冲击系数,再将实测冲击系数与各国不同桥梁规范计算的冲击系数进行对比分析。试验结果表明该连续刚构桥的刚度、承载能力及动力性能均满足要求,桥梁受力性能良好;国外桥梁规范计算的冲击系数较大,而中国规范计算的冲击系数相对较小。     

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.     

某多跨连续箱梁桥动力测试及舒适度评价

以某多跨连续箱梁桥为对象,利用试验车辆对桥梁施以动力荷载进行强迫振动试验,获得结构振动的振幅、动应变、动挠度及冲击系数;在此基础上结合脉动试验,识别桥梁结构的频率、阻尼比,基于Diekemann指标及Sperling指标评价其动力舒适度。结果表明,在测试荷载作用下,桥梁动应变很小;加载车速度为10~40km/h时,主桥试验跨冲击系数与车速相关性明显,各试验工况下结构的冲击系数为0.028~0.175,略大于设计值,桥面平顺性欠佳;结构实测频率与理论值的比值为1.11~1.25,主桥整体抗弯刚度符合理论预期。     

桥墩形式对连续刚构桥动力特性的影响

以西禹高速公路杏沟连续刚构桥为研究对象,采用ANSYS有限元程序,并考虑边跨支座处的弹性约束作用,建立了该连续刚构桥动力计算的整体空间有限元计算模型,探讨了连续刚构桥采用钢筋混凝土四柱式桥墩、双薄壁空心墩、单薄壁空心墩及独柱实心墩时的动力性能。计算结果表明:4类桥梁自振频率依次增大,四柱式桥墩和双薄壁空心墩的桥梁振动以桥墩弯曲为主,单薄壁空心墩和独柱实心墩的桥梁振动以桥面弯曲为主;在不同地震波作用下,由于地震波的卓越周期以及结构自振特性等不尽相同,4类结构的动力反应也不尽相同。     

某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥动载试验研究

以某大跨径双塔单索面矮塔斜拉桥为依托工程开展数值仿真分析、动载试验和相关比较分析。分析结果表明:实测主梁前四阶竖向弯曲自振频率均比理论计算值大,结构有一定的刚度储备;实测主梁前四阶振型与计算振型基本吻合,未见明显变异区段;该桥梁的动力特性符合设计要求。在无障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数均大于计算冲击系数,基本随车速的提高而提高;在制动试验和有障碍行车工况下,该桥测试部位的冲击系数相对较大,表明当桥面不平整时,桥面行车对桥梁结构的冲击效应将明显增大。对于结构基频较小的大跨径矮塔斜拉桥,按《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2015)对桥梁冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小,有待进一步研究和探讨。     

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。     

基于车桥耦合振动的大跨度斜拉桥冲击系数研究

考虑车辆荷载对桥梁结构的冲击作用是现代桥梁设计中的重要内容之一。为了研究桥梁结构在车桥耦合振动情况下所受到的冲击效应,以润扬长江大桥北汊桥主桥为例进行了分析。分别利用有限元法和动力平衡原理建立了桥梁结构动力分析模型和车辆的多刚体动力学模型。以桥面不平顺为激振源,借助于车辆和桥梁两个子系统之间力和位移的协调条件,用Newmark-β法求解车桥系统的振动微分方程,分析桥梁结构的动力响应和冲击系数。计算结果表明,桥面不平顺对桥梁冲击系数有明显的影响,车速的增加使剪力冲击系数显著增大,车重的增加使各种冲击系数均有所降低,车辆运行路线与桥梁中心线距离的增大使扭矩冲击系数增加。     

某独塔混凝土斜拉桥动力性能研究

为验证某独塔混凝土斜拉桥的设计理论和实际工作动力性能,对其进行了环境激励下的模态参数识别。在检查了桥面平整度情况后,进行试验工况下结构动位移、冲击系数等结构动力特性研究。研究结果表明:大桥模态参数测试值与理论设计值基本相符,冲击系数则由于桥面平整度较差与规范值相比略大。动力特性试验研究验证了设计理论和分析理论的正确性,为大桥管理和养护提供了数据依据,也为同类桥梁的设计和施工提供了参考。     

车桥耦合振动系统模型下桥梁冲击效应研究

把桥梁和车辆看作车桥耦合振动体系的两个分离子系统,基于ANSYS软件建立了3种车辆和桥梁的有限元模型。考虑桥面不平度影响,以车轮与桥梁接触点的位移作为协调条件,采用分离迭代算法计算了车桥耦合系统的动力响应。采用快速傅立叶逆变换的方法,应用三角级数叠加模拟了5种等级的桥面不平度及其速度项。通过对一简支梁桥车桥耦合振动的数值模拟,研究了车辆模型、桥面状况和车速对桥梁冲击效应的影响。结果表明:不同车辆模型对桥梁的冲击效应差别很大,桥面不平度对冲击效应的影响较车速大,桥梁的位移冲击效应大于内力冲击效应。因此,设计分析时宜采用能充分模拟车辆特性的复杂模型,移动荷载冲击系数取值建议以位移冲击系数为基准。     

考虑轨道不平整影响下城市轨道交通PC连续梁的冲击系数研究

依托城市轨道桥梁中一座三跨预应力混凝土连续梁桥开展实桥动力学试验,测试得到跨中动挠度时程曲线,建立了轨道列车-桥梁耦合有限元模型,通过与实测数据对比,验证了有限元模型的有效性。基于车桥耦合有限元模型,开展考虑轨道不平整度及桥梁跨径的双参数影响下冲击系数研究,分析后发现:实际测量得到的冲击系数较我国铁路规范值偏大;不平整度及桥梁跨径对桥梁结构的冲击系数影响明显,考虑不平整度影响后,冲击系数取值较我国现行铁路规范中规定值偏大;同一跨径下不平整度等级越差,冲击系数取值也越大。     

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.     

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.     

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。     

梁桥冲击系数实测值与规范取值差异分析

桥梁冲击系数实测值与规范值的偏差会引起对桥梁结构的实际状况评价趋于保守或偏不安全.以实测数据为统计样本,对梁式桥冲击系数实测值与规范取值的差异趋势及成因进行分析.分析结果表明:冲击系数受车辆自振特性、行车速度、车一桥频率耦合作用以及桥面平整度等诸多因素的影响以致其实测值与规范取值往往有较大偏差,连续梁桥更加明显;04规范对30~50 m跨径连续梁桥冲击系数取值偏不安全或安全储备偏小:89规范对于30m以上跨径梁桥冲击系数取值偏不安全;冲击系数峰值车速出现在20~30km/h的概率最大.在使用规范进行承载力评价时应综合考虑各种因素的影响.     

连续刚构桥沥青混凝土桥面铺装线性受力特性

在连续刚构桥施工时,沥青混凝土铺装层是非常重要的桥面行车体系,面层的受力在普通路面结构存在一定的差异,如果处理措施不当,很容易造成病害。当前,在设计桥梁结构时,只是将沥青混凝土铺装层作为构造层来进行考虑,并且对阻尼因素、车速、超载等因素的影响考虑不够全面。为了保证桥梁结构安全运营,需要分析连续刚构桥沥青混凝土桥面铺装线性受力特征。文章以实际工程为例,通过建立整体有限元模型,对连续刚构桥沥青混凝土桥面铺装线形受力特点进行了分析,保证了连续刚构桥沥青混凝土桥面铺装层的结构安全。     

PC桁架连续刚构桥动力特性研究

为评价预应力混凝土桁架连续刚构桥的动力性能,以湖北省归州大桥动力试验为背景,测试了结构的频率、振型、阻尼比和不同行车速度、不同路况下结构的冲击系数。建立了基于不同假定的3种空间有限元计算模型,计算了结构的振动频率和振型,与实桥动力试验结果进行了对比分析;研究了结构刚度、横向联系、桥墩高度、边界约束条件等参数对结构动力特性的影响。结果表明,横铺桥面板对提高结构横向刚度和扭转刚度有较大的贡献;结构的横向刚度和纵向刚度相对竖向刚度和扭转刚度较小;结构振动衰减正常,桥面平整度较好,具有良好的行车性能;结构整体刚度、桥墩高度及边界约束条件是影响结构横向和纵向振动的主要因素;横向联系是影响结构的局部扭转振动的主要因素。