振动标线设置对连续梁桥的挠度冲击系数影响研究

为了研究振动标线设置对长大坡桥梁结构挠度冲击系数的影响,以30 m连续箱梁桥和五轴车辆为研究对象,基于实际振动标线结构形式进行不平顺度模拟,建立车桥耦合振动方程。借助ANSYS及APDL语言,采用直接积分法进行求解,得到了不同跨中位置挠度时程曲线和冲击系数,研究了振动标线数量、组间距和位置对连续梁桥不同跨中截面挠度冲击系数的影响。结果表明,设置振动标线后连续梁桥挠度冲击系数均大于规范值,且最大值为规范值的2.40倍;振动标线组数增加对下坡方向第一跨跨中位置挠度冲击系数影响不大,但对第二跨跨中挠度冲击系数有较大影响;随着振动标线组组间距增大,不同跨中截面挠度冲击系数变化规律不同;振动标线设置位置对不同跨中截面挠度冲击系数有一定影响;当振动标线组数为6时,首条振动标线宜选择距梁端距离4 m位置,振动标线组间距宜为4.5 m,当振动标线组数为4或5时,需根据不同跨径布置选择相应的振动标线设置形式。研究结论可为桥梁结构中振动标线的设置提供参考。     

蝶形拱桥的动力冲击系数研究

通过建立车桥耦合动力学模型,编写计算程序研究了行车速度、偏载距离、结构阻尼、路面不平度、行车方向、轴距、车间距、车辆数及结构设计参数等对蝶形拱桥各构件动力冲击系数的影响。结果表明：主吊索力的冲击系数整体上随着速度的增大而增大;偏载侧主拱拱顶横向位移的冲击系数随着偏载距离的增大迅速增大,而竖向位移的冲击系数却呈现迅速下降的趋势;阻尼比使得各构件的冲击系数均有所降低;构件的冲击系数随着路面不平度等级的不同而不同;异向行驶时,左右对称的各构件冲击系数差别较大;存在某个矢跨比值使得主梁跨中挠度的冲击系数最小;采用尼尔森体系,各构件的冲击系数明显减小。     

基于车-桥耦合振动的铁路钢管混凝土系杆拱桥冲击系数研究

为合理评估铁路钢管混凝土(concrete-filled-steel-tubular,CFST)系杆拱桥在移动列车荷载下的冲击系数,以我国高速铁路客运专线某计算跨径为136 m的钢管混凝土系杆拱桥为例,基于车-桥耦合振动的分析方法,建立了考虑桥梁桩-土效应的列车-桥梁动力相互作用模型,基于概率统计学假设检验方法,分析了2种车重、30组轨道不平顺、126种行车速度组合工况下系杆拱桥系梁、吊杆、拱肋的冲击系数。结果表明,系杆拱桥主要受力构件的冲击系数存在差异,其中拱肋的冲击系数最大,系梁的冲击系数次之,吊杆最小。冲击系数的概率分布服从极值I型,在95%的保证率下,算例系杆拱桥的系梁、吊杆和拱肋冲击系数分别约为1.05,1.04和1.08,均大于现有规范的取值。在进行大跨度高速铁路系杆拱桥设计时,应考虑对冲击系数进行必要的放大,以利于桥梁安全。     

中下承式拱桥吊杆应力冲击系数不均匀性研究

为研究中下承式拱桥在公路车辆作用下的吊杆冲击系数不均匀性问题,提出基于车桥耦合振动的公路桥梁动力响应分析方法。首先,将车辆简化为4个自由度的整车模型,根据D’Alembert原理推导了车辆振动方程,将桥梁离散为有限元模型,根据车辆与桥梁接触点处位移与力的协调条件耦合二者的振动方程;然后,采用Newmark-β算法,基于MATLAB语言编制了公路桥梁车桥耦合振动计算程序VBAP;最后,以某钢管混凝土拱桥为例,利用该方法与程序分析结构阻尼、桥上路面粗糙度、车重及车速对吊杆应力冲击系数的影响。     

下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥吊杆断裂动力分析

以一座下承式钢管混凝土刚架系杆拱桥为研究对象,采用ANSYS/LS-DYNA软件建立有限元模型,通过接触碰撞的方式进行吊杆断裂的模拟,分析吊杆断裂前后拱桥各结构构件受力状态的变化,判断结构可能发生的破坏形态。分析结果表明,吊杆断裂过程中吊杆、钢管混凝土拱肋和桥道系均会受到断索冲击的作用;与断裂吊杆相邻的吊杆受到断索冲击的作用最大,其轴力变化量为初始轴力的3倍以上,需要考虑由于吊杆断裂过程中产生的大于静力响应的动力作用;吊杆断裂对主梁产生的影响远大于拱肋,拱肋内力变化较小;由于横梁两侧与纵梁连接处焊缝强度不足发生破坏可能导致桥道系局部坍塌。     

混凝土连续曲线箱梁桥在多车荷载作用下的冲击效应分析

针对多跨连续曲线梁的车桥耦合振动问题,分别采用三梁式模型和12自由度的车辆模型对桥梁和车辆进行模拟,通过快速傅立叶逆变换采用三角级数方法模拟了桥面不平度及其速度项,考虑桥梁结构阻尼的影响,采用基于ANSYS的分离迭代算法研究了多个车辆荷载共同作用下连续曲线箱梁桥不同控制截面位置的内力和挠度响应的主要差异及其随车速的变化规律。研究表明：横向加载车道数对支点扭矩、跨中扭矩、支点弯矩和墩顶截面弯矩的最大动力放大系数有很大影响, 而对主梁的竖向挠度和墩柱的轴力最大动力放大系数影响很小;纵向加载车辆数对桥梁的冲击效应有很大影响;桥梁的动力放大系数随车头间距增大显著提高而最大效应则大大减小。研究结果可为多跨连续曲线箱梁桥的设计提供参考。     

大跨度钢索和CFRP索斜拉桥车桥耦合振动研究

以跨度600m～1400m的大跨度斜拉桥为对象,应用考虑拉索侧向振动影响的车桥耦合振动分析方法研究了钢索和CFRP索斜拉桥的交通振动响应,比较了车辆计算模型、行车速度对计算结果的影响,并分析了斜拉桥的动力冲击系数。研究结果表明,大跨度斜拉桥主梁的振动响应以静位移和长周期振动成分为主,拉索局部侧向振动不明显,车辆计算模型对结构振动响应的影响十分有限,行车速度的提高增加了结构的动力系数,两种拉索材料对斜拉桥在车辆荷载下的振动响应影响很小,斜拉桥的动力系数离散性大且与构件类型有关。     

运用中、下承式拱桥吊杆张力变化进行吊杆损伤识别研究

考虑吊杆两端弹性支承及拱肋、系杆梁里设置的减振垫减振作用和拱肋、系杆梁附加质量等的影响,建立了复杂边界条件下吊杆张力与其横向振动频率之间解析表达式,以提高吊杆张力测试计算精度。基于摄动有限元理论研究了吊杆损伤时对吊杆系张力的影响,并提出了根据吊杆系张力变化进行吊杆损伤识别计算方法,以京港澳高速刘江大桥为实例对计算公式进行验证。计算结果表明：该方法比较全面地考虑了吊杆实际边界条件,提高了短吊杆和长吊杆张力测试精度;采用本方法进行计算吊杆损伤识别,结果准确。     

移动载荷作用下斜拉桥结构的动态响应计算分析

运用斜拉桥的近似分析方法,将漂浮体系的斜拉桥结构简化成两端简支且中间离散弹性支撑梁、变地基系数梁和均匀地基系数地基梁三种模型。建立了移动载荷作用下斜拉桥结构的动力学方程,用四阶龙格库塔法对动力学方程进行了计算,对三种模型的固有频率和三种模型在相同移动载荷作用下的动态响应进行了比较,并对移动载荷移动速度、垂直振动的刚度和阻尼对桥梁动态响应的影响进行分析。结果表明,当拉索等效弹性系数较小时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别较小,当拉索等效弹性系数较大时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别明显;桥梁动态响应的频谱由桥梁的固有频率和移动载荷的自振频率组成;移动载荷垂直振动的刚度越大,阻尼越小,桥梁振动的响应越大。     

考虑剪切变形影响的斜桥振动频率与车-桥振动分析

利用修正的Timoshenko梁振动理论建立了等截面斜桥振动频率的超越方程和静力、动力分析有限元列式,用解析法和有限元法分析了斜度、支承方式对单跨斜桥结构前5阶振动频率的影响,对单跨斜桥车-桥振动进行了分析,考察了车速对动挠度、动弯矩的影响和不同截面振动的同相性及最大动挠度、最大动弯矩发生的部位,比较了不同车速条件下规范方法、车-桥振动方法计算的挠度、弯矩冲击系数的差别。算例结果表明:斜桥自振频率解析解与有限元解一致、斜度和支承方式对斜桥动力特性有重要影响、车辆的冲击效应与车速没有单调变化规律、挠度和弯矩的冲击系数不同。     

中、下承式钢管混凝土拱桥车振调查与动力分析

进行了八座钢管混凝土拱桥车振动力响应实测,建立了考虑车桥相互作用的有限元计算模型,通过与实测加速度响应进行的比较表明钢管混凝土拱桥车桥振动计算方法的正确性。利用有限元模型,对钢管混凝土拱肋和悬吊桥道系的加速度、速度动力响应和冲击系数进行了对比分析。结果表明:虽然钢管混凝土拱桥的冲击系数可能较大,但是它作为行车舒适性的判断依据并不合适,应采用加速度或速度响应来评价。提出了不同路面平整度下预估中、下承式钢管混凝土拱桥车振动力响应的近似公式,通过实桥分析确认了该公式的可行性。     

非匀速车辆与随机路面桥梁的耦合振动分析

应用车辆非匀速行驶时路面随机激励的时域模型,研究了非匀速车辆与弹性支承桥梁耦合系统并建立了其无量纲运动微分方程,获得桥梁跨中的无量纲最大挠度、车辆的舒适度随路面不平度系数、车辆的加速度及前后轮激励相关性的变化规律.数值结果表明,桥面的不平度系数、车辆的加速度及前后轮激励相关性均既对桥梁有不同程度的影响亦对车辆的舒适度产生影响.     

重载列车过桥时桥梁的垂向动力分析

本文建立了具有6个自由度重载列车的车辆振动分析模型和重载铁路桥梁的梁段单元模型,通过轮轨接触处的位移协调条件与轮轨相互作用力的平衡关系建立了重载车辆-桥梁系统耦合运动方程,采用迭代求解,编制了重载铁路车-桥耦合振动分析程序。对影响重载铁路简支梁桥的跨中挠度的各种因素进行了分析,分析结果表明：列车的轴重、速度、加速度、减速度及轨道不平顺对重载铁路桥梁的跨中挠度和竖向加速度有着重要影响。     

变速车辆与路面不平弹性支撑桥梁的耦合振动分析

建立了适合车辆任意变速运动与任意路面不平函数的弹性支撑桥梁耦合系统的无量纲运动微分方程。作为其特例,研究了匀变速车辆与随机路面弹性支撑桥梁耦合系统,获得桥梁跨中的无量纲最大挠度、桥梁的动接触力扩大因子和车辆的舒适度随车辆的加速度、弹性支撑的刚度和路面不平度系数的变化规律。数值结果表明,车辆的加速度、弹性支撑的刚度和桥面的不平度系数均对桥梁有不同程度的影响亦对车辆的舒适度产生影响。     

大跨度连续拱桁组合钢桥空间振动分析

运用桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法,将车轿作为联合动力体系,以一座跨径布置为１４４＋１９２＋２６４＋１９２＋１４４ｍ的连续拱桁梁桥为研究对象,对高速列车过桥时空间振响应进行了分析,,着重研究了列车速度变化时桥梁的挠度,车辆舒适度及脱轨安全度的影响,并对列车运行走进行了评价。     

Impact factors for a composite steel bridge using non-linear dynamic simulation

Traditionally, bridges are designed using static loads that are increased by the dynamic load allowance (DLA) factor (or dynamic amplification factor). The DLA factor is a function of span or first flexural natural frequency of the bridge, and indirectly incorporates the dynamic effects of moving vehicles in the design. This article firstly reviews the literature on impact loading of bridge decks. Analytical methods published previously are evaluated and the bridge–vehicle interaction is found to be the most reliable method among them. The article then presents a 3D finite element model to study the bridge–vehicle interaction. Finite elements are developed to simulate the trucks, the road surface and the composite girder bridge itself. Truck parameters include the body, suspension and tires, with variables being the total weight and the speed. The bridge superstructure is treated as a 3D composite steel girder bridge incorporating special end springs that simulate the elastomeric bearings. A parametric study is performed to identify the effect of various parameters on DLA, such as vehicle speed, aspect ratio of steel girders, stiffness of neoprene, type of vehicle, vehicle lane eccentricity and initial bounce of the vehicle due to road surface roughness. The results indicate that the DLA is correlated well with the velocity of the truck, especially at high speed. DLA is vehicle dependent and the dynamic and static live loads can be considered uncorrelated, except when the truck weight is less than 10 percent of the total deck weight, for which a low degree of correlation is observed. The DLA is decreased as the vehicle lane eccentricity (with respect to the deck centerline) is increased, and the same relationship exists with the bridge span length. No distinctive correlation is observed between the DLA and the initial bounce of vehicle at the time of entrance to span.     

Concrete-Filled Steel Tube Arch Bridges in China

In the past 20 years, great progress has been achieved in China in the construction of concrete-filled steel tube (CFST) arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton. The span of these bridges has been increasing rapidly, which is rare in the history of bridge development. The large-scale construction of expressways and high-speed railways demands the development of long-span arch bridges, and advances in design and construction techniques have made it possible to construct such bridges. In the present study, the current status, development, and major innovative technologies of CFST arch bridges and concrete arch bridges with a CFST skeleton in China are elaborated. This paper covers the key construction technologies of CFST arch bridges, such as the design, manufacture, and installation of steel tube arch trusses, the preparation and pouring of in-tube concrete, and the construction of the world’s longest CFST arch bridge—the First Hejiang Yangtze River Bridge. The main construction technologies of reinforced concrete arch bridges are also presented, which include cable-stayed fastening-hanging cantilever assembly, adjusting the load by means of stay cables, surrounding the concrete for arch rib pouring, and so forth. In addition, the construction of two CFST skeleton concrete arch bridges—the Guangxi Yongning Yong River Bridge and the Yunnan–Guangxi Railway Nanpan River Bridge—is discussed. CFST arch bridges in China have already gained a world-leading position; with the continuous innovation of key technologies, China will become the new leader in promoting the development of arch bridges.