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.     

随机车流作用下桥梁冲击系数分析

为研究交通车辆作用下在役桥梁的振动特征,需提出随机车流作用下桥梁的冲击系数计算方法.根据响应面分析方法拟合了影响面的函数表达式,求得随机车流作用下桥梁结构最大静挠度;基于已编制的车-桥耦合振动分析程序,获得各类车型单独作用下车-桥耦合接触力,用该耦合接触力等效代替各类车辆三维模型作用在桥梁结构上,从而获得随机车流作用下桥梁结构的动力效应,并求得相应冲击系数,从而提出了简便且实用的随机车流作用下桥梁结构冲击系数计算方法.通过与规范计算值对比表明,本文所提出的方法能有效地计算随机车流下桥梁的冲击系数.     

高墩大跨连续刚构桥静动载试验

目的评价高墩大跨连续刚构桥在试验荷载作用下的承载能力与工作性能,为此类桥型的设计施工和运营养护提供参考.方法以云南省沾益至会泽高速公路牛栏江大桥为工程背景,荷载试验包括静载试验、动载试验,分别测试静载工况下各控制截面的应力状态和整体挠度,动载工况下桥梁的动态响应和振动模态参数.结果截面各测点的实测应力值、挠度值均小于理论计算值,桥梁的实际状况要好于理论情况.部分截面均出现了残余变形,相对残余变形小于20%.桥梁在无障碍行车工况下冲击系数在0.10～0.14;有障碍行车工况下冲击系数在0.20～0.29,说明桥面不平整时冲击效应较为明显.竖向一阶振动频率大于横向一阶振动频率,说明该桥竖向刚度强于横向刚度;同时该桥自振频率试验值均大于计算值.结论桥梁结构的整体刚度满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)的规定.桥梁结构承载力及变形满足公路一级设计荷载正常使用要求.     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

钢管混凝土桁梁—格构墩轻型桥梁车振性能分析

为研究钢管混凝土组合桁梁—格构墩轻型桥梁在车辆荷载作用下的响应特性,以干海子特大桥为研究对象,采用考虑路面不平整的桥梁与车辆相互作用力学模型,对轻型桥梁的恒活载作用比例、基本动力特性以及移动车辆作用下的动力性能进行分析,并对冲击系数和行车舒适性进行讨论。研究结果表明,采用双轴车辆模型可较保守地评价轻型桥梁的动力特性,其动力响应随着车速增大而增加;移动车辆作用下,干海子特大桥主要产生竖向与横向振动,其卓越频率分别为2.501 Hz与0.275 Hz,多车作用下的动力响应远大于单车作用;干海子特大桥活载作用比例较常规钢筋混凝土桥梁有较大幅度增加;数值计算得到的干海子特大桥冲击系数略低于按规范计算得到的结果;建议采用Sperling指标和小堀·梶川指标进行干海子特大桥的行车舒适度评价。     

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。     

多车激励下波形钢腹板连续梁桥沥青铺装动力学响应

为研究多车激励作用下大跨径桥梁桥面铺装层的动力学响应,建立含有Fiala轮胎的多刚体实车模型以及大跨径桥梁有限元精细模型,考虑桥面随机不平顺激励,构建包含桥面铺装层的车-桥刚柔耦合系统动力学模型。计算准静态条件下桥梁控制截面的挠度,并与现场静载试验进行对比,验证了所建车-桥耦合模型的正确性与计算结果的有效性。研究不同编队多车荷载作用下波形钢腹板连续箱梁桥铺装的动力响应,不同工况对于车辆后轴悬架力和垂向轮胎力的影响,结果表明：多车荷载相比于单个车辆荷载所引起的动力响应更大,更容易引起桥面铺装和桥梁结构的早期损伤;在车辆数量相同、车速相同、前后车距相等的情况下,车辆行驶编队不同时所引起的桥面铺装层最大挠度、最大纵向应力和最大横向剪应力分别增大了19.7%、23.5%和8.0%,且最大纵向拉应力和剪应力均发生在防水混凝土-混凝土梁之间,容易产生早期疲劳开裂;车辆后轴悬架力随着载重增加而增大,垂向轮胎力随着速度和载重增加而增大。     

车辆相互作用对连续梁车桥耦合振动影响分析

为研究多车辆过桥时车辆间相互作用与桥梁结构的耦合振动响应规律,文章利用Ansys软件及其APDL语言,编制出基于Ansys单一环境下的车桥耦合振动分析模块,并通过与有关文献对比验证该模块的正确性.利用该方法对多车道连续梁桥在各复杂行驶工况下的车桥耦合振动响应进行分析计算,总结挠度、弯矩冲击系数的变化规律.研究表明,不同...     

风攻角对强风下大跨度斜拉桥车-桥耦合振动的影响

为研究风攻角对强风作用下大跨度斜拉桥车-桥系统耦合振动的影响,通过风洞试验得到不同风攻角条件下桥梁主梁和桥上不同位置处列车的三分力系数;在此基础上,依据弹性系统动力学总势能不变值原理,进一步建立风-车-桥耦合系统振动方程,求解方程并就风攻角对桥梁和列车的动力响应的影响进行分析研究。研究结果表明:风攻角对桥梁和列车的气动三分力系数影响较大;桥梁跨中处的横向振动位移在攻角为-12°时有最大值,竖向振动位移在攻角为-6°时有最大值,极大值均未在攻角为0°时出现;风攻角对车辆动力响应的影响较大,但各项动力响应受风攻角影响而出现变化的趋势并不相同;列车的脱轨系数、轮重减载率和横向力在负向攻角时比正向攻角时的大,且随负向攻角绝对值的增大有增大趋势。     

连续刚构体系车桥耦合振动敏感性参数研究

文章针对公路桥梁的车桥耦合振动问题,提出基于ANSYS单一环境下的车桥耦合振动响应数值分析方法。该方法将桥梁与车辆模型均独立建立于ANSYS环境下,其耦合作用关系通过APDL编程语言计算并将其在任意时刻施加于车辆及桥梁结构,最终得到振动的时程响应。通过与既有文献的对比及实桥试验测试,验证了该方法的正确性。以连续刚构桥梁为背景,结合正交试验理论,通过16个计算工况的分析得到各影响因素对车桥耦合振动响应的敏感性排名。结果表明,冲击系数影响程度排名前3位通常包含车质量、行驶速度以及桥面平整度因素,但对于不同类型的冲击系数研究对象,敏感性参数排名亦存在不同。     

连续梁桥车辆动态称重系数解析与试验验证

基于桥梁响应的车辆动态称重方法具有成本低、易维护和耐久性好等优点,但其称重精度依赖于称重系数的准确性。以典型三等跨预应力混凝土连续小箱梁桥为应用背景,首先推导了车辆重量与桥梁响应指标之间的相关数学表达式,给出了车辆称重系数的定义和理论解析解,同时指出针对实际宽幅桥梁,根据车辆横向位置修正对应的称重系数;其次,利用两车道随机车流对该桥有限元模型进行加载并提取桥梁响应,得到车重与响应之间的相关曲线和相关系数;最后,在实桥上设计安装了桥梁动态称重系统和路面动态称重系统用于监测通行车辆信息,通过匹配算法得到大数据统计下的车辆称重系数。研究结果表明,所提出的车辆称重系数解析解与仿真结果误差为1.8%,实测称重系数与理论解析解、数值仿真结果绝对误差为1.73%。研究结果对诸如简支梁、不等跨连续梁等其他类型桥梁提供了研究思路,以得到桥梁不同位置处的车辆称重系数,同时建议在实际工程应用中分别对理论、仿真和实测的称重系数相互校核,提高标定的准确性。     

汽车制动作用下预应力混凝土简支梁桥的动力响应及冲击系数研究

基于三维车桥振动模型研究了汽车制动对桥梁的冲击作用.选用一辆典型三轴重车模型,获得了汽车制动时预应力混凝土简支梁桥的跨中动力响应及冲击系数.研究了刹车位置、减速度、初速度、路面平整度、桥跨长度等因素对动力冲击系数的影响,并将计算得到的动力冲击系数与中国规范进行了对比.结果表明,汽车刹车对桥梁的冲击效应随着制动力的增大而增大,并且在桥梁前半跨内刹车产生的动力冲击效应要大于在后半跨内刹车.同时,汽车制动时桥梁的动力响应及冲击系数均明显大于车辆匀速行驶的情况,且冲击系数可能超出规范值.     

列车通过连续钢桁梁桥时的动力响应研究

将列车-连续钢桁梁桥视为一个耦合的整体系统,采用桁段有限单元对连续钢桁梁桥进行离散,每节车辆采用具有21个自由度的二系弹簧车辆空间振动模型,列车与连续钢桁梁桥通过轮轨相互作用关系进行动力耦合,应用弹性系统动力学总势能不变值原理,建立列车-连续钢桁梁桥时变系统的整体振动方程;采用直接积分法计算了列车以不同速度通过2座连续钢桁梁桥时的桥上列车振动响应全过程,分析计算所得结果,可以得出2座桥梁行车安全的结论.     

公路混凝土弯箱梁桥的动反应

分析了公路混凝土连续弯箱梁桥在车辆动荷载通过粗糙桥面时的动反应.分别应用拉格朗日方程和模态叠加法推导车辆和桥梁的振动方程,二者在接触点处满足接触力和位移的协调条件.分析采用一个三维三轴汽车,模拟为具有11个自由度的非线性模型,车辆结构包括车体、悬挂体系和轮胎.假定桥面等级为好,并采用功率谱密度函数进行随机过程模拟.研究四种不同曲率半径的弯箱梁桥的不同位置在三种不同行车路线、六种不同行车速度下的动反应.结果表明:弯桥的动反应与直桥是不一样的;尽管随着曲率半径的增大,弯箱梁桥的竖向弯曲基频也随之增大,但冲击系数并不完全遵循该规律.     

道路交通引起城市人行钢桥振动特性分析

为了研究道路交通引起的城市人行钢桥振动特性,基于线性动力学理论,采用MSC.MARC建立全桥三维模型进行瞬态动力分析.通过对人行钢桥简化模型的动力求解,拟合出动力变化系数与频率比关系曲线,并对道路交通荷载引起的人行桥振动问题进行理论分析.按照实际人群密度和实测道路交通荷载激励分别计算了人行钢桥的动力响应.分析结果表明,在道路交通荷载激励下人行桥上部结构的振动较大,对于自振频率较高的城市人行钢桥,道路交通荷载对人行桥振动的影响更为明显,城市人行桥振动控制应当考虑综合激励环境下的影响.     

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.     

基于DOM法的曲线连续梁桥地震响应分析

针对曲线连续梁桥的平面不规则性引起弯扭耦合效应而导致了地震响应的复杂性,本文根据连续曲线梁桥水平地震响应特点,给出了一种考虑Rayleigh阻尼的三自由度简化分析模型,采用微分求积法(DOM)原理,求解非隔震和隔震曲线梁桥在单向地震输入时的动力学方程来研究结构的动力特性和地震动行为. 并结合Matlab编程给出地震波的最不利输入角度. 结果表明此简化模型能很好地反应曲线梁桥的动力特性和地震反应,有助于精细地把握曲线梁桥的抗震安全性.