基于箱梁模型试验的Kelvin碰撞刚度

选取非同种材料的典型钢箱梁截面和混凝土箱梁截面为原型箱梁截面,基于等效刚度的原则,根据结构模型试验的相似理论,将扁平钢箱梁原型简化为矩形钢箱梁,将单箱双室混凝土箱梁原型简化为实体矩形混凝土梁;设计并制作了4根与原型梁同材料的1/30混凝土梁及钢箱梁模型的缩尺模型,在缩尺模型上布设压力测点和位移测点,设计悬吊式的试验装置,研究混凝土与混凝土、钢材与钢材、混凝土与钢材3种不同材料梁模型的碰撞问题,分析不同模型下的碰撞刚度比,以及碰撞刚度随碰撞速度的变化关系;开展了Kelvin碰撞刚度影响因素的研究,提出了求解Kelvin碰撞刚度的经验模型,得出了试验原型简支混凝土梁桥的Kelvin碰撞刚度的取值范围。研究结果表明:基于试验实测力和位移的关系求解的Kelvin碰撞模型碰撞刚度明显小于较短梁的轴向刚度值,其与较短梁的刚度比最大值仅为0.012 680;Kelvin碰撞刚度值与碰撞刚度系数、较短梁轴向刚度、碰撞速度、邻梁长度比及长梁长度相关;Kelvin碰撞模型下同种材料碰撞刚度系数的上、下限值均大于非同种材料的,而混凝土或钢材同种材料的碰撞刚度系数相差较小;32 m简支梁桥Kelvin碰撞刚度k_k的取值在4×10~5～6×10~5 kN/m之间。     

混凝土连续箱梁桥温度场数值模拟及实测验证

为研究混凝土连续箱梁桥的日照温度场分布特征,以某大跨混凝土连续箱梁桥为研究对象,根据混凝土结构传热理论,结合当地气象参数与日照辐射半经验公式,采用ANSYS软件建立了混凝土箱梁桥二维瞬态日照温度场模型,模拟出晴天和阴天混凝土箱梁桥的温度场,并将模拟结果和实测结果进行对比.在此基础上,进一步模拟了混凝土箱梁桥的最大竖向温...     

城市桥梁下部结构抗重型车辆撞击的数值仿真分析

为研究城市道路桥梁结构在重型车辆撞击下的抗撞性能,建立了车桥碰撞的精细化有限元模型.桥梁模型具有两跨上部结构和双柱墩支撑的下部结构,上部结构采用梁和壳单元,下部结构采用实体单元模型.同时构建了具有不同吨位和长度的重型车辆模型.通过考察碰撞过程的能量平衡曲线以及与碰撞事故后的桥墩破坏形式的对比,验证了车桥碰撞有限元模型的合理性.计算给出了不同吨位车辆的碰撞力时变曲线,讨论了碰撞力作用位置和幅值的变化规律,探讨了车桥碰撞中桥梁损伤等级的划分.模拟结果表明,车速不变情况下,碰撞力峰值随车重增加而增加,重车碰撞力峰值发生的时刻有后延的趋势、碰撞力作用中心也以车辆前部首次接触区域为主,而车身较短的重车有可能出现后部车厢对桥墩的二次碰撞.     

基于总应变裂缝本构的箱梁混凝土注胶修复机理研究

混凝土箱梁结构在长时间运营荷载和环境作用下产生的裂缝,影响着结构的整体性和耐久性,灌注式注胶是修复混凝土裂缝的有效方法.基于总应变裂缝本构模型并考虑横向约束效应的影响,通过Midas FEA建立箱梁有限元模型分析结构的应力、应变及荷载系数之间的关系,荷载系数大于0.5后箱梁各个特征节点逐渐呈现出非线性特征.在胶液渗流机理的基础上,对箱梁实体裂缝模型进行中高压灌注式注胶修复,并对修复后箱梁各个特征点进行应变量测和底板跨中挠度监测,结果表明底板跨中应变和挠度分别较修复前减小18%和25%,修复效果良好.     

大悬臂展翅箱梁悬臂长度分析

由于城市交通的快速发展,对桥梁美观和结构与周围环境相协调的要求日益增加.大悬臂展翅箱梁结构形式由于其外形美观,在城市高架桥中不断被采用.因此,对这类箱梁结构受力特性进行分析研究,可以解决大悬臂展翅箱梁在设计中的关键技术问题.本文结合大悬臂展翅箱梁建立梁格分析模型,对箱梁不同悬臂长度时,结构重力、汽车荷载等作用下箱梁结构的受力和变形规律进行了计算分析,并作了适当的总结和归纳.     

箱梁剪力滞效应分析的梁条方法及模型

为简化剪力滞效应的计算,将箱梁沿纵向离散为若干根带有附加约束荷载的平行梁条.基于刚度等效和相邻梁条间的变形协调条件,获得了各梁条的约束等效荷载.基于梁单元理论和整体结构的边界条件,分别计算箱梁对应位置梁条的弯曲效应,从而得到箱梁全截面的应力分布.通过与有机玻璃试验模型和数值解的比较,分析了梁条模型的精度.研究表明,梁条...     

双层连续箱梁桥箱内壁卡车碰撞仿真研究

文章采用LS-DYNA程序研究新型双层桥在卡车碰撞下结构动力特性与卡车运行轨迹。结果表明:碰撞过程中,卡车撞击箱梁在顶板与腹板交接部位产生瞬时应力较大,并且整个碰撞过程反复出现,角度越大,栏杆在碰撞后期的应力集中现象越明显;卡车速度的减少量与角度较为敏感,初始速度对其影响不大;碰撞力时程曲线出现4次波峰,车身惯性导致的二次碰撞力峰值不可忽视。     

粘弹性材料与钢的碰撞力学模型分析

近期碰撞调谐质量阻尼器(pounding tuned mass damper,简称PTMD)已经被提出来参与结构的振动控制.因为PTMD的碰撞过程主要由粘弹性材料与钢发生碰撞,所以其碰撞的力学模型是研究PTMD的关键因素.文章通过研究现有的粘弹性碰撞力模型,提出了一种不同的非线性碰撞力模型来模拟粘弹性材料与钢之间的碰撞力.同时通过碰撞实验得到重要系数并用粒子群算法对模型各项参数进行拟合.结果表明,该模型比现有的粘弹性碰撞力模型具有更好的性能.     

基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正

建立了基于静力荷载试验的连续箱梁桥结构有限元模型修正方法.该方法主要包括实桥静力荷载试验、桥梁结构有限元建模、有限元模型参数修正等步骤.利用该方法对某高速公路五跨预应力连续箱梁桥进行有限元模型修正,得到了与桥梁实际静力荷载试验实测响应一致的桥梁结构静力有限元模型.经过修正的桥梁结构有限元模型(参数)是桥梁结构性能评价等结构分析工作的基础.     

混凝土块体碰撞过程中的动能损耗

分析了混凝土块体碰撞过程中动能的损耗机理以及在结构倒塌分析中考虑混凝土块体碰撞的基本方法.推导了相关文献中定义的碰撞恢复因数与动能损耗系数间的对应关系.基于根据试验和数值模拟相结合的方法提出的碰撞力学模型,研究了碰撞恢复因数和动能损耗系数的定量确定方法.方法中考虑了质量比、初始碰撞夹角、混凝土抗压强度和块体初始碰撞速度比等因素对混凝土块体碰撞性能的影响,为建立更精确的混凝土块体间的碰撞模型提供了依据.     

新型节段拼接箱梁桥抗剪性能试验研究

针对预应力混凝土箱梁桥施工质量不易保证的问题,提出梁端预制拼接的施工方法,采用精细化加工的箱梁锚固端节段,通过剪力键与混凝土箱梁的现浇节段纵向拼接,从而避免由于施工原因造成的预应力箱梁桥长期性能退化。作为拼接箱梁桥受力的关键构件,梁端承受剪力作用的结合面的受力最为不利,因此本文采用足尺模型试验和有限元计算的方法,对新型节段拼接混凝土箱梁桥抗剪性能进行研究。试验、有限元计算和参数分析结果表明,所建立的有限元模型能较好地模拟节段拼接箱梁桥在试验荷载作用下的抗剪性能;带剪力键的箱梁节段结合面是该类型桥梁受力最薄弱的部位;试验模型在试验荷载的作用下,其主要破坏模式是在箱梁节段之间传递剪力的剪力键发生破坏;桥梁抗剪极限承载力与剪力键尺寸成正比,与腹板剪力键和顶板剪力键的数量成正比,但与底板剪力键的数量关系不大。     

混凝土简支斜交箱型梁桥受力特性分析

为了深入分析简支斜交箱型梁桥的力学性质,研究其空间受力特点,以斜交角度为30°的简支斜交箱梁桥为背景,基于梁格法,建立了直桥有限元模型和斜桥有限元模型,对比分析了直桥与斜桥的支座反力、变形和主梁内力。研究结果表明：斜桥锐角处的支反力小于直桥,钝角处的支反力远大于直桥;斜桥出现明显的平面转动现象,表现为桥面整体在支承边处钝角方向往锐角方向转动;斜桥边梁的最大扭矩是直桥的2.06倍,增加斜桥箱梁腹板厚度和加密受扭箍筋对其抗扭能力有较大的提升作用。本文研究成果可为简支斜交箱型梁桥的受力性能研究和同类工程设计提供参考。     

斜拉桥悬臂施工阶段分离式钢箱梁的剪力滞效应分析

以荆岳长江公路大桥为研究背景,采用ANSYS软件建立了该斜拉桥主梁最大单悬臂、主梁最大双悬臂和悬臂施工2号梁段三个工况的分离式钢箱主梁的区段仿真模型.利用空间有限元法,针对悬臂施工状态下分离式钢箱的空间受力状态进行剪力滞效应的计算分析.研究结果表明,分离式钢箱梁在不同施工工况下,其顶、底板剪力滞系数分布规律不同;钢箱梁顶板在外腹板处剪力滞效应较大,并随着离开外腹板处,其剪力滞效应减小较快.在施工过程中,分离式钢箱主梁的同一截面会同时出现正、负剪力滞效应.     

预应力混凝土箱梁桥竖向预应力孔道对腹板截面

以两片安装竖向筋试验简支梁为基础,进行了预应力混凝土箱梁桥竖向预应力孔道对腹板截面削弱的研究,试验表明在不灌浆情况下梁开裂荷载提前,箍筋应力、混凝土表面主拉应增加明显,同时对试验梁进行了有限元分析,试验结果与有限元分析一致。研究表明加强竖向预应力灌浆质量的检测与管理对防止预应力混凝土箱梁桥的开裂有重要意义,同时为分析这类桥的开裂原因提供了理论与试验依据。     

混凝土箱梁桥竖向预应力作用下腹板应力场分析

基于有限元分析方法和差分分析方法,对预应力混凝土连续箱型梁桥的腹板竖向预应力作用下的应力场进行了分析,并与现行设计方法进行了比较,指出了腹板开裂的主要原因.分析表明腹板竖向预应力大小不能按现行桥梁设计规范进行设计.为指导砼箱梁桥设计和防治砼箱梁桥开裂,修改有关设计规范提供了理论依据.图12,表2,参5.     

近似凸包自适应包围盒碰撞检测方法

针对虚拟装配环境中包围盒碰撞检测存在检测精度差和效率低的问题,设计了粗精结合的分层检测方法。粗检测阶段,采用基于八叉树的球形包围盒进行检测,初步剔除明显不发生碰撞的对象。在精确检测阶段提出近似凸包自适应包围盒算法,基于近似凸包思想提取贴合模型外壳顶点集求解协方差矩阵计算最小包围盒,解决传统方向包围盒算法因三角形面片的尺寸不均匀、导致构造包围盒方向偏移的问题,且构造时间较传统方向包围盒缩短了66%。最后在Unity3D中以液压调平举升平台各部件为研究对象进行实例验证,实验结果表明,本文研究的方法能构造出比传统方向包围盒更加紧密的包围盒,在装配实验执行时间上比使用传统方向包围盒碰撞检测算法加快了22.2%,比使用轴对齐包围盒碰撞检测算法加快了17.4%,能够满足虚拟装配中碰撞检测效率高的要求,且符合使用者实时的自然交互习惯。     

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.     

单箱单室箱梁横隔板、墙剪切应变能计算

基于现代箱形梁桥的截面壁越来越薄,而且许多要承受轨道车辆传来的超大荷载,这都让横隔板、横隔墙受力性能的深入研究变得重要。根据单箱单室箱梁截面的变形,设计位移参数,导出横截面横向、竖向畸变角的变位模式。采用刚架或板件来模拟横隔板和横隔墙的计算简图。利用力学和有限元原理,推导出横隔板、横隔墙的抗剪刚度、剪切应变能。最后为验证正确性,将此方法的计算结果与商业有限元软件计算结果进行比较。结果表明：两者计算结果接近,说明本文提出的计算理论与方法是正确和完整的;本文计算方法较之商业有限元软件方法更加简便实用,且对横隔板、横隔墙单独计算或置入车-桥系统中计算,计算精度都保持不变;横隔板、横隔墙的剪切应变能都随位移成幂函数增加,说明其对增加箱梁截面的横向刚度,抵抗截面畸变的作用很大。     

双层交通矮塔斜拉桥箱内车辆碰撞力比较研究

采用LS-DYNA程序研究双层交通预应力斜拉桥箱内车辆碰撞力,提出有限元计算碰撞力的修正方法,对比已有研究,验证计算结果的正确性。得出碰撞力和速度、质量以及角度关系,使用matlab程序拟合出碰撞力计算公式,为该新型结构防撞设计提供参考。     

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。