不同车辆模型制动作用下混凝土简支梁桥的冲击系数研究

本文通过三维车桥耦合振动模型研究了两种车辆模型制动下作用下的冲击系数,分别比较了刹车位置、减速度、速度、路面粗糙度等对两种车辆模型冲击系数的影响规律,并将计算的动力冲击系数与我国规范值进行了对比。计算结果可为桥梁评估及工程实践提供一定的参考价值。     

部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数

为研究部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥车激动力放大效应,以某3跨连续部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥为研究对象,通过桥梁冲击系数定义求得桁梁桥挠度冲击系数与轴力冲击系数。对比分析了不同车速、桥面不平度、车重、填充系数等因素对桁梁桥冲击系数的影响,并采用MATLAB软件对共867个冲击系数进行拟合优度检验,得到95%保证率下桁梁桥冲击系数统计值。结果表明：部分填充混凝土后能有效降低矩形钢管组合桁梁桥下弦杆动力响应,但并没有降低桁梁桥在车辆荷载作用下的动力放大效应；车速对桁梁桥冲击系数的影响规律不可预测；桥面不平度是影响冲击系数的重要因素,桁梁桥关键截面冲击系数随桥面恶化显著增大,最大增幅约为400%；随着车重降低,桁梁桥关键截面冲击系数增大,最大增幅约为200%；随着混凝土填充系数的增大(下弦杆混凝土填充长度增加),由于桁梁桥下弦杆相对刚度提高,其冲击系数值略有增大；桁梁桥关键截面轴力冲击系数大于挠度冲击系数。在95%保证率下,该部分填充混凝土矩形钢管组合桁梁桥冲击系数统计值为0.223,小于美国规范、澳大利亚规范、英国规范和加拿大规范中的冲击系数取值,但大于中国规范中的冲击系数取值,应引起桥梁设计者的高度重视。     

大跨连续梁桥车桥耦合振动响应研究

为研究大跨连续梁桥车桥耦合振动响应,基于结构动力学基本原理,结合桥梁设计规范,建立五轴重卡车辆和大跨连续梁桥动力学方程;通过车桥耦合几何和力学条件,组建车桥耦合时变矩阵,并考虑空间路面不平度影响,通过自编程序,开展敏感参数下大跨连续梁桥动力响应和冲击系数影响研究。结果表明：在各敏感参数下,桥梁冲击系数计算值普遍大于规范值,建议应重点关注敏感参数对大跨连续梁桥的动力响应,相关研究可为此类桥梁安全运营提供参考。     

曲率半径对连续曲线梁桥车桥耦合振动的影响

目的研究某一匝道公路曲线连续箱梁桥的空间车桥耦合振动响应问题,分析曲率半径对该类桥型车桥耦合振动的影响,为设计提供参考.方法考虑桥梁阻尼比和桥面平整度的影响,采用通用软件ANSYS模拟桥梁,车辆简化为16自由度模型,再用模态综合法编制了求解公路曲线梁桥车桥耦合方程的MATLAB程序并进行动载试验验证.结果主梁跨中最大位移响应会随着曲率半径的减小而逐渐增大,且当曲率半径R≤120 m时,最大位移响应迅速增大;当曲率半径大于120 m时曲线梁桥的位移冲击系数均小于直线梁桥.结论随着曲率半径的减小,弯矩、扭矩最大冲击系数逐渐增大,而剪力最大冲击系数变化较小;在曲率半径由120 m减小至60 m的过程中,内力相应的最大冲击系数均迅速增加.     

连续曲线梁桥在多车荷载作用下的动力响应

以某一匝道公路连续曲线箱梁桥为例,分析了该类桥梁的空间车桥耦合振动响应及冲击系数.考虑桥梁阻尼比和桥面平整度的影响,采用通用软件ANSYS模拟桥梁,车辆简化为16自由度模型,采用模态综合法编制了公路曲线车桥耦合振动响应MATLAB程序,研究了多车荷载作用下连续曲线箱梁桥的动力响应.研究表明:主梁竖向挠度冲击系数受横向加载车辆数量的影响较小,跨中截面外腹板动力响应最大,建议采用外腹板处冲击系数进行设计.当纵向车辆间距一定,车速低于22 m·s~(-1)时,冲击系数在单车工况下最大,且随着纵向加载车辆数量的增多而显著减小;当车速超过22 m·s~(-1)时,纵向两车和三车工况下,主梁冲击系数有围绕单车工况下冲击系数曲线上下波动的趋势.纵向车辆间距对设计时选取的冲击系数影响较小.     

停车视距制动模型

从运动学原理出发,对停车视距的制动模型进行了改进, 用制动减速度综合考察汽车制动这一复杂过程,规避了制动摩擦系数这一难以动态测量的变化参数.新的制动模型将汽车制动过程分为3个阶段:制动反应时间阶段、制动力上升时间阶段和全制动时间阶段,推导了在制动力上升时间阶段和全制动时间阶段的制动距离,得出新的停车视距计算公式.并与现有标准和规范的取值进行了比较,研究了差值的变化规律.结果表明:随着车速的增大,修正后取值与规范计算值的差异趋于增大;当车速小于60km/h时,修正取值与规范计算值的差值较小;当车速大于80km/h时,差值明显增大.在设计条件允许时可适当减小视距取值以降低工程造价.     

简支与连续梁桥在汽车制动作用下的冲击系数对比研究

为了比较汽车制动时简支梁桥与连续梁桥的动力冲击系数(IM),分别选取了跨径为30 m和70 m的混凝土T梁桥和箱梁桥各2座,基于车桥耦合振动模型,计算了该4座不同截面和跨径的混凝土梁桥在一辆三轴车不同工况下匀速与制动作用时的冲击系数.研究工况包括:3种减速度(a)、6个不同初速度(v)、7个不同的刹车位置(P)、3种不...     

施工用钢栈桥动力响应的理论与试验研究

本文以江西永修至武宁高速公路A8标巾口大桥施工钢栈桥为研究背景,建立了车辆-桥梁的动力分析模型,对施工钢栈桥进行设计、验算,并通过动载试验对钢栈桥进行了试验,验算及试验结果均符合规范要求,对深水临时钢便桥的动力响应进行了研究。结果表明：随着桥梁跨度的不断增大,动力响应逐渐增大;随着轴重的不断增大,跨中位移逐渐增大,当汽车荷载为标准轴重的5倍时,桥梁跨中的位移可以达到10mm之多。汽车速度的不断提高,钢栈桥的跨中位移逐渐增大,这主要是由于桥梁上的不平顺引起的,随着速度的不断增大,作用在桥梁上的不平顺荷载逐渐增大而引起的;随着速度的进一步增大,桥梁的动力响应有了突变点,这是由于桥梁的振动频率与汽车速度发生共振而引起的。共振速度过后,桥梁的竖向位移又逐渐变小。     

预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件的冲击性能

为研究预加轴力下FRP-钢管约束混凝土构件在冲击荷载下的动力响应,运用有限元分析方法建立构件模型并进行模拟,得到构件冲击之后的变形图,探究轴向压力大小、约束效应系数、钢管屈服强度、混凝土强度四种因素对构件冲击性能的影响,绘制构件的冲击力峰值曲线和跨中挠度峰值曲线作为判断冲击性能的参考.模拟结果表明,试件两端预加150 kN轴力即轴压比0.15时,试件冲击力峰值最大;增大约束效应系数可以改善构件抗冲击性能;在150 kN轴向压力下,增大钢管屈服强度,试件冲击力峰值呈线性增大,跨中挠度峰值呈现线性减小;改变混凝土强度对试件跨中挠度影响较小.     

紧急情况下的汽车刹车问题

汽车在行驶过程中,应该保持一定的安全距离。在司机遇到突发情况紧急制动时,汽车的刹车距离长短与刹车时的车速、汽车负载及路面状况等都有密切关系。本文通过建立汽车紧急刹车模型,分析了汽车制动距离与行驶速度之间的关系,最后,讨论了在不同附着系数时,刹车安全距离与车速的关系。     

考虑桥梁限重标志对驾驶员行为约束的车辆荷载效应研究

通过对某市货车驾驶员进行问卷调查,研究了桥梁限重标志对货车驾驶员驾驶行为的约束作用规律;基于实测随机车流的统计分布规律,利用蒙特卡洛法编写了考虑桥梁限重标志对驾驶员行为约束作用的随机车流模拟程序.以55t桥梁限重值为例,根据《公路工程结构可靠度设计统一标准》的荷载效应分析方法,计算了简支梁桥在模拟随机车流荷载作用下的跨中弯矩和支座剪力.对日均交通量、条件约束水平和桥梁跨径进行了参数分析,并将随机车流荷载作用下的荷载效应与中国现行桥梁设计规范中对应的汽车荷载效应标准值做了比较.研究结果表明:1)只有当超重货车驾驶员均严格遵守桥梁限重规定时,桥梁限重标志才能有效地控制车辆荷载效应,从而保障桥梁的安全可靠性;2)中国现行桥梁设计规范的设计荷载可能低估了某些路段实际车流的荷载,且在小跨径桥梁上尤为突出,应当引起重视.     

Computer Simulation of Dynamic Interactions Between Vehicle and Long Span Box Girder Bridges

Moving vehicle loads, associated with roadway traffic can induce significant dynamic effects on the structural behaviours of bridges, especially for long-span bridges. The main objective of current research is to study traffic induced dynamic responses of long-span box-girder bridges. The finite element method has been employed in this study to obtain a three-dimensional mathematical model for the bridge system. For vehicle-bridge dynamic interaction analysis, the vehicle is modeled as a more realistic three-axle, six-wheel system, and the corresponding dynamic interaction equations have been derived. The bridge-vehicle interaction is affected by many factors. The current study has been focused on such factors as: vehicle speed, vehicle damping ratio, multiple traffic lanes, mass ratio of vehicle and bridge, and dynamic characteristics of bridge. Case studies have been conducted to investigate these factors by using several box girder bridge examples including Confederation Bridge, the longest box girder bridge in the world.     

连续梁桥规范支承长度设计方法比较评估

基于美国、日本,欧洲和我国规范的支承长度设计方法,针对我国连续梁桥的特点建立评估模型,通过参数分析对各国规范的支承长度设计方法进行了比较.美国、日本和欧洲抗震规范对于支承长度的设计都给出了详细的设计方法,而中国抗震规范仅给出了针对简支梁的一个最小支承长度公式.参数分析结果表明,各国规范的支承长度远大于由非线性时程方法得到的最大墩梁相对位移.     

基于多尺度模型的立体车库车辆撞击性能研究

为了研究立体车库在车辆撞击下的性能,采用ANSYS/LS-DYNA软件分别建立立体车库多尺度和精细化有限元模型,对比了两种模型的计算精度和效率,验证了多尺度模型的适用性.基于多尺度模型,对立体车库在撞击作用下的动力响应进行了分析,且研究了撞击速度、撞击质量、撞击位置和上部工况等参数的变化对结构动力响应的影响,进而对撞击力进行了研究,并将撞击力结果与中国规范、美国规范和欧洲规范进行了比较.研究结果表明:车辆对立体车库的撞击作用具有局部性;撞击速度和撞击质量对结构的动力响应影响较大,撞击位置与上部工况对其影响较小;撞击速度的变化对撞击力的影响最为明显,但当撞击作用导致被撞柱失效后,撞击力峰值不再随撞击速度和撞击质量的增加而改变;针对车辆撞击钢结构立体车库,中国规范和欧洲规范中对汽车撞击力的取值略显不安全,而美国规范中对汽车撞击力的取值较为安全.     

渡口河特大桥成桥的静、动力荷载试验分析

渡口河特大桥曾经是世界桥梁中桥墩最高的一座客货两用的铁路桥.为了验证设计理论的正确性、检验整体工程质量、评估行车系统的安全性,大桥在开通前进行了静、动载试验.试验对象为主桥72 m+128m+72m连续刚构桥,宜昌端半跨结构.根据该桥结构,试验内容包括桥梁变位、主要构件受力状况及桥梁的自振特性;在各种车速和列车紧急制动时桥梁主要测点振幅、位移以及加速度等静、动力特性.试验结果表明,该桥设计理论正确,桥梁制造及施工质量优良,桥梁的工作状态符合设计要求.本试验对今后大桥安全运营提供了必要的技术参数,也为今后更大跨度、更复杂的桥梁结构的静动力特性研究积累了重要的技术资料.     

某大跨中承式钢箱提篮拱桥荷载试验

新河大桥是一座新建的大跨度中承式钢箱提篮拱桥(主跨196m)。为准确掌握该桥在服役荷载作用下的力学性能,验证桥梁结构是否达到设计预期,对该桥进行了成桥荷载试验。其中,静载试验选取了11个控制截面,实测了应变、吊杆索力、挠度、拱座水平位移多个力学参数;动载试验测试了结构自振频率以及跑车、跳车、刹车激励作用下结构的动力响应。结果表明: 静载试验结构校验系数和相对残余均满足规范要求,吊杆索力和拱座水平位移有较大富余;动载试验实测自振频率高于计算频率,实测阻尼比小于5%,实测冲击增大系数为1.176~1.371。结构各项性能达到设计预期。     

基于车桥耦合振动的波形钢腹板箱梁体外预应力束疲劳损伤评估

基于ANSYS建立精细化波形钢腹板箱梁桥数值模型,开展体外束疲劳分析。利用MATLAB编制了考虑车辆类型,行车位置、速度、车头距及轴重等因素的随机车流程序。采用雨流计数法计算24小时内随机车流作用下体外束应力等效应力幅以及等效应力循环次数。修正Muller研究结果,提出应力比低于0.035且考虑侧向弯曲磨损作用下的钢绞线S-N公式。利用Miner累积损伤准则并考虑冲击系数的影响,推算波形钢腹板箱梁桥体外预应力束的疲劳损伤度及剩余疲劳使用寿命,同时分析了桥梁跨径对体外束疲劳损伤的影响。研究结果表明,移动荷载对不同位置处体外束应力影响线的大小顺序为：中跨跨中位置＞边跨跨中位置＞中跨1/4跨位置,中跨跨中位置处的体外束应力受到的车辆荷载的影响较大；随机车流对体外束产生的疲劳损伤随跨径增加而减小。     

基于WIM的福建省重载交通公路车辆荷载模型

为建立适合福建省重载交通公路的车辆荷载模型，选取车流量大、重载货车比例高的沿海地区，布设2个动态称重（WIM）系统测点。通过对WIM系统长达30个月不间断采集的车流数据的统计分析，得到福建省典型重载交通公路车辆荷载的统计特征，并建立了相应的车辆荷载模型。基于实测模型与现行规范汽车荷载标准，对典型公路简支梁桥和连续梁桥的汽车荷载作用效应进行了分析，结果表明：对福建省重载交通公路桥梁，采用公路—I级汽车荷载标准进行结构设计总体上是安全的，而采用公路—II级汽车荷载标准则偏于不安全。本文所建立的重载交通公路车辆荷载模型可供福建省公路桥梁设计或结构损伤验算时参考。     

公路连续梁桥在横向多车作用下的振动响应研究

为研究横向多车作用下连续梁桥的振动响应,通过ANSYS建立公路连续箱梁桥的三维实体有限元模型,采用三维整车模型模拟三轴自卸汽车,引入路面不平顺的激励作用,建立多车车桥耦合振动方程.采用自编Matlab程序对横向并排两车、纵向前后两车及单车工况下桥梁的振动响应进行对比研究.结果表明:横向两车工况下的冲击系数与单车工况下的冲击系数接近,且为单车工况结果的0.4～1.3倍;纵向两车工况下的冲击系数绕单车工况下的冲击系数上下波动,且为单车工况结果的0.037～43.887倍.多车工况下的桥梁振动响应与车速、桥跨、车辆间距、路面等级等多种因素有关.