宽幅高速公路沥青路面车道 结构响应差异化数值分析

为了研究宽幅高速公路渠化交通荷载对沥青路面车道结构响应的差异性,结合某改建高速公路的交通量,分别对行驶客车的轻载车道和行驶货车的重载车道的交通荷载进行累计轴次换算.通过沥青路面结构分析软件和数值模拟方法,对不同工况下的沥青路面车道结构响应进行计算和分析.结果表明:实际工况的轻载车道沥青路面的非弹性变形为重载车道的68.0%,但轻载车道与重载车道无机结合料稳定层的疲劳开裂寿命近似相同;实际工况的轻载车道沥青路面的非弹性变形为设计工况的82.5%,实际工况的重载车道沥青路面的非弹性变形为设计工况的121.3%.     

高速公路分车道荷载差异及其响应特性

为研究我国高速公路各车型分车道行驶的交通规则对分车道荷载及其响应的影响,选取实测的单向两车道、三车道和四车道的动态称重(WIM)数据,首先统计了各车型对车道的选择概率;然后,对比了分车道交通流量及荷载分布的差异;最后从车重极值、荷载响应极值、荷载响应损伤累积三方面研究了分车道行驶对桥面结构局部设计、桥梁整体设计和桥梁疲劳设计的影响.研究表明,各车型对车道具有特定的选择概率,分车道在车型组成、交通流量及荷载分布上显著差别.不同车道数时,分车道的外推车重极值存在差别,桥面结构局部设计用车辆荷载模型应据此进行车道修正.分车道荷载响应极值的比值及等效应力幅的比值均不为1,说明分车道最不利荷载响应及疲劳损伤累积效应都不相同,桥梁的整体设计和疲劳设计应该考虑这些特性.     

车道荷载调整对桥梁内力效应值的影响分析

以某简支梁桥为例,研究分析了车道荷载的调整与桥梁结构弯矩、剪力效应值的变化,并建立有限元模型,分析其变化影响规律.研究结果表明:车道荷载的调整和桥梁计算跨径密切相关,且弯矩与剪力值的变化规律不完全一致.车道荷载的调整对小跨径桥梁的弯矩值和剪力值提高比例影响较大,计算跨径为5 m时,弯矩值提高43.64%,剪力值提高40.22%.     

公路桥梁长加载区间的多车道车辆荷载概念模型

高速公路多车道荷载及其响应的差异一直是桥梁设计与研究关注的重点,目前的多车道荷载模型对这种差异表述不合理,特别是长加载区间效应.选取2009~2013年实测的2车道和4车道28d自由通行的WIM(Weigh-in-motion)数据,研究车辆的车道选择和荷载的空间分布特性,分析长加载区间的多车道荷载响应,提出了考虑多车道荷载模型的新思路,并校核了该概念模型的系数取值.研究表明,应选用至少3周以上数据进行车辆及荷载分析才具有统计意义,多车道中各分车道的车辆及荷载分布具有显著差异,我国规范基于车道荷载同分布的假定不成立.车道荷载分位值差别显著,而最大值却大致相同,说明多车道荷载模型无法兼顾不同加载区间的修正要求.长加载区间上分车道荷载响应之间的比值趋于稳定数量关系,表明各车道不仅不能达到相同水平极值,且不能同时达到.推荐的多车道概念模型能科学考虑长加载区间上分车道及总车道响应极值的关系,更具工程意义,校核的系数表明推荐模型合理可用.     

某八车道高速公路车流特性及荷载效应

以某高速公路扩建前后的实测车辆荷载数据为基础,对不同车道车流的分布及荷载组成进行了统计,归纳车流及荷载的空间分布规律,并据此探讨沥青路面及桥梁结构对车流横向差异的敏感性.结果表明,车辆的车道选择差异显著,70%以上的二轴车倾向于在内侧两个车道行驶,90%以上的多轴车选择在外侧两个车道行驶;内侧车道交通分布密集,但是车辆荷载水平较低,外侧车道车辆荷载水平远在内侧车道之上;车辆荷载下十年内超车道路面仍然满足使用性能要求,而其余各车道路面损坏程度很大,必须进行维护;单向四车道桥梁行车道2上车辆荷载弯矩效应极值远大于其他车道,在不同加载长度下,各车道实测效应极值基本大于规范值,说明目前规范车辆荷载模型已无法满足实际的结构设计评估要求,建议修正.     

道路交通荷载横向分布特性分析

在中国不同省份收集了20个道路断面的计重收费数据,并在25条道路上进行现场交通摄像与数据读取,分析道路的方向分布系数、车道分布系数及其影响因素.结果表明,方向分布系数一般为50%～60%,而重交通方向当量轴载作用次数在总作用次数中所占的比例为50%～85%.当两个方向交通荷载特性存在明显区别时,应对两个方向的路面结构分别进行设计.交通行驶方式对车道分布系数有明显的影响.对于双向两车道道路,高速公路的车道分布系数较大;而对于双向三车道道路,非高速公路的车道分布系数较大.分别对高速公路和其他公路提出了车道分布系数的推荐值,供路面结构分析和设计之用.     

公路桥梁随机车队的平稳性和各态历经性

通过实测数据对交通参量进行统计分析并建立交通荷载模型是分析桥梁车辆实际荷载水平的一种常用方法,但其合理性尚未得到理论验证.文中利用车辆动态称重系统(WIM)实测获得6条公路28条车道上的车辆信息,构建各车道上的一维随机车流类型场;按照随机过程理论计算得到所构建各车道一维随机车流类型场的集合均值与集合相关函数、空间均值与空间相关函数等.对比分析结果表明,基于实际公路上足够数量车辆的调查所构建的一维随机车流类型场具有平稳性和各态历经性,其样本的统计信息能够代表总体样本,可以用于车辆随机荷载的研究,为公路桥梁随机车辆荷载模型的建立提供了理论依据.     

基于桥梁新旧设计规范变化的汽车荷载效应分析

为掌握和了解桥梁新旧设计规范变化对汽车荷载效应影响和变化规律,以简支空心板梁与T梁作为研究模型,分析了跨径、车道折减、荷载横向分布系数以及荷载加载方式等对汽车荷载效应的影响和变化规律;同时将新旧规范中的汽车荷载模式直接加载到不同跨度的桥梁上,获得了简支梁与T梁内力效应,提出了各类汽车荷载模式和各类桥梁结构型式的作用效应关系,为设计人员分析汽车荷载效应影响和变化规律提供了一种计算方法.     

基于差异化设计的相邻轻重载车道内部竖向剪应力分析

结合高速公路拓宽改建工程案例,基于有限元计算技术,对既有高速公路沥青路面结构进行不同交通工况的力学响应分析,根据计算结果提出了上中面层实行材料性能差异的车道差异化路面结构设计方案;分析设计年限内临近的轻载与重载车道之间形成的路面内部上中面层竖向界面及其下层竖直面上的剪应力,研究接触状态和荷载作用位置对剪应力的影响规律及剪切破坏的可能性。结果表明,荷载作用位置不同时,界面及下层竖直面的产生的剪应力分布规律也不同,荷载位于重载车道中央时剪应力随着深度增大在逐渐增大,最大值出现在半刚性材料底基层层底;而位于界面顶部时,剪应力随路面深度的增加逐渐减小,最大值出现在路表,且可产生导致剪切破坏的较大剪应力,但因荷载继续作用于界面的几率较小,因而界面处实际不会产生剪切破坏,反而是轮迹带处产生剪切破坏几乎成为必然。     

基于WIM的江苏省高速公路桥梁汽车荷载模型

基于江苏全省高速公路桥梁逾5.4×10~7辆汽车荷载数据,统计全省高速公路桥梁汽车荷载特性,包括车型、车身质量、车间距、轴质量、轴间距等,建立全省高速公路汽车荷载特性的概率分布模型.然后,采用与国家规范制定相似的流程和方法,建立江苏省高速公路桥梁汽车荷载模型,并计算模型的相关系数.结果表明,江苏省高速公路桥梁两轴车和六轴车比例分别约为76%和15%,平均超载率为7%.江苏省高速公路桥梁的实际运行汽车荷载为规范中公路-Ⅰ级汽车荷载中车道荷载的1.46倍.根据实测汽车荷载数据,计算得到一车道、二车道、三车道、四车道、五车道、六车道的横向折减系数分别为1.20、1.00、0.85、0.72、0.60、0.47.研究结果可为江苏省高速公路桥梁汽车荷载标准的制定及既有桥梁加固维修提供参考.     

南京小龙湾大桥荷载试验方案设计与分析

论述小龙湾自锚式悬索桥荷载试验的内容,利用有限元模型计算,选定加载车辆,确定加载方案,完成小龙湾大桥静、动栽试验芳案设计．通过空间受力分析对静、动载试验结果进行预测,所得成果对该桥的现场荷栽试验具有指导意义．     

混凝土箱梁桥铺装防水粘结层力学性能

为了探讨混凝土箱梁桥防水粘结层的实际受力状态,以沪杭高速公路拓宽改建工程箱梁段高架桥为研究实例,采用有限元方法和室内实验相结合的手段研究防水粘结层的层间粘结性能.建立节段整桥铺装复合结构模型,考虑刹车、超载、随机动荷载等因素对沥青混合料铺装层防水粘结层力学响应的综合影响.最后通过室内实验测得了几种典型的水泥混凝土桥防水粘结层与水泥桥面之间的层间粘结性能,并与理论分析结果进行了对比.分析结果表明,刹车超载对防水粘结层力学响应的影响大于由桥面不平度引起的随机动荷载对防水粘结层的影响.拉应力峰值出现在移动荷载接近于墩顶上方对应铺装表面,剪应力在移动荷载处于跨中时达到最大值.结合理论与试验分析结果,SBS(styrene butadienestyrene)改性沥青和橡胶沥青的防水粘结层主要粘结性能均满足理论分析结果的要求,可推荐为混凝土箱梁桥防水粘结层材料的首选.     

徐变对钢管混凝土拱桥拱肋截面应力重分布的影响

采用混凝土徐变理论及有限单元法,并考虑混凝土的弹性后效及混凝土受四周约束作用的徐变特性,对任意形状拱肋截面的钢管混凝土拱桥的应力重分布进行研究,推出短期荷载作用下截面应力和在长期荷载作用下应力重分布的半解析表达式,提出要应的分析及实施步骤,分析表明,徐变对钢管混凝土拱桥的截面应力重分布非常显著,如与外荷截作用下的应力相叠加,则可能会恶化结构构件的工作。     

装配式T梁桥汽车荷载效应的空间分布特征

为探讨汽车荷载作用下跨径、桥宽对装配式预应力混凝土简支T梁桥汽车荷载效应的影响,以交通部2008年T梁桥通用设计图为背景,利用实体有限元模型对比分析了25m、30m、35m三种跨径和9.0m、11.25m、13.5m、15.75m和18m五种桥宽下的竖/横向位移、竖/横向弯矩、纵向应力和扭转角,并与T梁桥实用空间解析解进行了对比分析。通过分析发现：汽车荷载作用下装配式T梁会同时出现竖向和横向挠曲变形,竖向荷载效应随桥梁宽度的增加而近似线性减小,但其横向形变效应会受桥梁跨径、宽度、布载形式等多种因素影响;当装配式T梁桥的所有T梁均使用边梁的设计活载效应时,T梁最大应力的解析结果能包络T梁的活载横向挠曲效应,但当跨径超过30m后中梁活载应力最大值可能会超过刚性横梁法的计算结果;T梁的侧向弯曲会显著增加截面中性轴附近的拉应力,且随着跨径的增大梁体侧向弯曲引起的中性轴位置处应力越大,T梁腹板外侧的分布钢筋最好能按照T梁腹板承受的横向弯矩大小设计为受力钢筋,并减小钢筋间距以更好地防止T梁腹板的竖向开裂。     

空腹式石拱桥承载能力静载试验与有限元分析

在改造要求条件下,就某空腹式石拱桥的承载能力进行了现场静载试验与有限元数值模拟分析.结果表明,主拱圈的挠度和残余变形量小、最大压应力和拉应力也小,均满足承载能力和正常使用极性状态的要求.但拱座的水平位移不能恢复,这将会导致整个主拱圈承载能力下降,甚至引起主拱圈跨塌现象,故建议对该桥拱座基础进行加固处理、并保证加固效果,或采取重新修建桥梁的方案,以便保证桥梁改造后能满足使用要求.     

基于小波包频带内局部样本熵的桥梁损伤识别

针对移动荷载激励下桥梁结构在损伤区域局部时程信号的非平稳性和复杂性,以及考虑到有限的采样数据、噪声等影响,提出了小波包频带内局部样本熵的概念,以此来定义一个损伤识别指标。首先对单测点时程数据进行小波包分解,以各频带能量为标准选择合适频带系数重构,然后对该重构信号划分成一系列具有时序性的局部时间区间,最后计算各区间的样本熵来作为损伤识别指标。以一弯梁桥为例建立有限元模型,验证方法的正确性,并针对多损伤、测点选择及加载速度等相关因素进行分析。结果表明:当移动荷载在损伤区域附近时,该指标出现突变,适合损伤识别,同样适用于多损伤识别;该方法需要的测点少,布置较灵活;由于弯桥的结构特点,测点位置的选择不会影响指标的定位,但会影响损伤指标的大小。     

复杂状态下桥用高强混凝土收缩徐变性能试验

针对大量大跨度预应力混凝土桥梁长期变形难以准确预测的现状,分析了多种高强混凝土收缩徐变预测模型分别在实验室和实际桥梁工程条件下的适用性,指出了现有预测模型并没有考虑大跨度预应力桥梁桥用混凝土早期受循环荷载作用等特点.制作了7组不同应力比、不同荷载循环周期的试件,对混凝土的收缩徐变性能进行了测试与分析.研究结果表明,高强...     

大型箱形拱桥的静载试验研究

桥梁静载试验是检验桥梁性能及工作状态最直接、最有效的方法。通过对四川南部某特大拱桥的静载试验,获得了该桥的结构现状及整体受力性能情况,检测结果显示该桥桥跨结构不满足汽车-10荷载等级使用要求。试验数据及分析结果为该桥的营运使用,及以后对该桥的综合评估、修复、加固或重建提供了技术依据。