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。     

轮轨作用力计算分析及其校核

文章对文献[1]中的车辆-轨道的计算模型以及轮轨接触力迭代求解方法进行了改进。算例分析表明:改进后的数值计算结果与文献[2、3]给出的测试和仿真分析结果具有较好的一致性。此外,利用有限元分析软件ANSYS进行了建模、分析和验证。     

车桥系统气动特性的节段模型风洞试验研究

侧向风作用下的车桥耦合振动分析需要考虑相互气动影响的车辆和桥梁各自的气动参数。为考虑车辆和桥梁的相互气动影响,在常规桥梁节段模型三分力测试装置的基础上研制了一种三分力分离装置———交叉滑槽系统。该系统利用环形滑槽和直线滑槽交叉点位置的变化来调整车辆和桥梁间的相对几何关系,并能实现车桥系统的同轴转动,从而方便地进行不同攻角情况下气动力的测试。利用交叉滑槽系统通过节段模型风洞试验对车桥系统的气动特性进行了多工况对比研究,讨论了车桥系统的雷诺数效应,分析了车桥间的相互气动作用,比较了车辆在桥上位置的影响。试验结果表明,基于交叉滑槽系统的节段模型风洞试验测试是可行的;车桥间的相互气动作用对车辆和桥梁的气动力有较明显的影响。     

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。     

高速铁路尼尔森拱桥车桥动力特性

应用车桥耦合振动理论分析了高速铁路尼尔森体系钢管拱桥车桥的动力特性,对该类桥的系梁、拱肋的动力特性以及列车过桥的平稳性进行了详细论述,最后对提篮式拱与平行式拱动力性能进行了分析比较。     

基于车激动力响应互相关指标的桥梁基础冲刷诊断方法

针对当前桥梁基础冲刷诊断和检测方法过程复杂、成本高且受环境影响大等问题，提出一种基于车激动力响应互相关指标的桥梁基础冲刷诊断方法。该方法通过桥墩和桥跨不同测点的纵向加速度响应自由衰减段信号的互相关分析，建立基础冲刷诊断指标体系，实现冲刷定位和均匀性诊断。首先，依据互相关函数幅值向量置信度判据指标进行基础冲刷初判；然后，通过响应互相关函数幅值向量因子变化率向量进行冲刷定位，再根据横桥向互相关函数幅值变化率向量诊断冲刷均匀性；并通过统计评估方法提高诊断精度；最后，结合1座连续梁桥算例进行多种冲刷工况的数值仿真分析，对所提方法的有效性和适用性进行验证。结果表明：该方法能够很好地实现基础冲刷的定位和均匀性诊断，指标具有较高敏感性；同时具有较好的抗噪性能，通过所提出诊断指标体系的综合使用可消除噪声对诊断结果的干扰。该方法具有诊断结果精度高、过程简便易行、无需进行复杂且误差较大的模态识别、允许试验测试参数和条件适量变化等优点，可嵌入常规桥梁荷载试验同步开展，具有很好的工程应用潜力和实用价值。     

考虑徐(温)变的连续梁拱桥车桥耦合振动分析

根据弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的"对号入座"法则,考虑了连续梁钢管混凝土拱桥桥面因温度和徐变作用而产生的变形影响,将其以组合曲线的形式叠加到轨道不平顺中进行列车走行性分析,建立车桥系统振动方程。采用计算机模拟的方法,建立列车和桥梁动力分析的有限元模型,研究了桥面徐变变形及温度变形对车桥系统耦合振动的影响。结果表明:桥面的徐变及温度变形所致的线路不平顺对轮重减载率、车体竖向加速度和竖向Sperling指标的影响较为显著。因此,在评判桥上列车的运行安全和舒适性时,尤其对于高速铁路,应考虑混凝土徐变及温变产生的桥面变形引起的轨道不平顺影响。     

基于车桥耦合的三跨连续拱梁组合桥冲击系数研究

为合理分析和计算桥梁结构各关键部位的冲击系数,以三跨连续拱梁组合桥为例进行分析。分别利用MATLAB和ANSYS建立11自由度的三维车模型和有限元模型。采用车桥耦合迭代的方法,得到桥梁关键部位在车辆荷载作用下的振动响应。研究结果表明:车辆在任何车道行驶时,边主梁、边拱肋及斜吊杆的冲击系数都大于相应中主梁、中拱肋及直吊杆;随着桥面平整度等级的增加,各关键部位的冲击系数与振动系数的关系满足均幂函数,且呈非线性增长;随着车速的增加,车辆在不同车道行驶时其规律性不一致,在快车道冲击系数呈现先增大后减小的趋势,在中车道呈现先增大后减小再增大的趋势,在慢车道呈现一直增大的趋势;随着车重的增加,冲击系数减小的幅度呈现逐渐减小的规律,轻车低速对桥梁的冲击效应更加显著;大多数工况下端部短吊杆的冲击系数均大于规范值,因此,在桥梁设计中应更加注重短吊杆的抗疲劳设计。     

重载铁路轻型桥墩简支梁车桥耦合动力分析

某重载铁路多座桥梁采用轻型桥墩,运营中桥梁产生不同程度的横向异常振动问题,横向振幅超过限值,产生安全隐患。运用车一桥耦合动力性能计算的原理进行分析,明确了各项计算参数的取值,得到了车一桥耦合的动力性能,评定了桥梁的加固效果。检测表明,理论分析同试验结果相吻合,加固后横向振幅满足了《铁路桥梁检定规范》的要求。桥梁加固达到预期的效果。     

移动车辆荷载作用下含裂纹梁的非线性动力特性分析

考虑车桥耦合效应,分析移动车辆荷载作用下含裂纹主梁的非线性动力特性.基于汉密尔顿原理和欧拉-柏努利梁的假说,建立含裂纹梁的非线性动力控制公式.应用龙格-库塔法对此非线性方程进行求解.通过数值计算,分析了裂纹的位置和深度的变化对车桥耦合系统中含裂纹主桥的非线形动力特性的影响.