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。     

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。     

车桥耦合振动下中承式拱桥吊杆汽车冲击效应

针对中承式拱桥短吊杆在实际工程中易疲劳断裂的问题,采用接触约束法实现车桥耦合振动响应的求解,以某中承式拱桥为背景研究不同类型车辆过桥时不同长度吊杆轴力的时变特性和动力冲击效应,对比分析出、入桥侧短吊杆冲击效应的差异和不同部位吊杆的疲劳损伤分布规律。研究发现：车辆过桥时吊杆最大的力学响应出现在车辆通过该吊杆时刻,但吊杆轴向应力会出现波动,且应力波动的高频分量多发生于车辆经过吊杆后的余振阶段;车桥耦合振动所导致的吊杆轴向应力波动频率和幅值随吊杆长度的减小而逐渐增强,相同条件下算例最短吊杆的疲劳损伤度为最长吊杆的3 倍;出桥侧主梁因受车辆荷载激励“方向性”的影响,导致出桥侧短吊杆的轴向应力冲击系数达到入桥侧短吊杆的2 倍,且出桥侧吊杆的疲劳损伤度和疲劳动力放大系数均表现出大于等长度入桥侧吊杆的趋势;吊杆的疲劳损伤度随着车重的增加而增加,46 t车辆作用下短吊杆疲劳损伤度可达到2 t车辆的40 000 倍以上。     

车桥耦合振动下中承式拱桥吊杆汽车冲击效应

针对中承式拱桥短吊杆在实际工程中易疲劳断裂的问题,采用接触约束法实现车桥耦合振动响应的求解,以某中承式拱桥为背景研究不同类型车辆过桥时不同长度吊杆轴力的时变特性和动力冲击效应,对比分析出、入桥侧短吊杆冲击效应的差异和不同部位吊杆的疲劳损伤分布规律.研究发现:车辆过桥时吊杆最大的力学响应出现在车辆通过该吊杆时刻,但吊杆轴...     

钢管混凝土拱桥吊杆更换技术研究

为保证某钢管混凝土拱桥运营安全，提高其承载能力，对全桥吊杆进行更换。本文从检测、设计、施工等方面进行了研究，研究内容可为类似加固工程提供参考。     

空调管路随机振动应力幅值分布模型研究

为了建立空调外机管路应力危险点的疲劳寿命评价模型,结合随机振动试验和数值模拟方法,通过对比不同的疲劳评价模型,选取Dirlik分布模型拟合危险点应力幅值概率密度分布情况,在此基础上,分析指数分布形状参数Q和Rayleigh分布形状参数R对Dirlik分布的影响,结果表明:Dirlik分布模型能够较好地反映空调管路危险点应力幅值概率分布;在Dirlik分布模型中,指数分布形状参数Q的取值范围在-2.5Q2.5内,随着Q的增大,Dirlik分布函数曲线有向右上方偏移的趋势;随着瑞利分布形状参数R的增大,Dirlik分布函数曲线有向左偏移的趋势。     

大跨度铁路斜拉桥冲击系数的影响因素研究

为研究列车编组等因素对大跨度铁路斜拉桥冲击系数的影响,针对大跨度铁路斜拉桥车致振动的特点,采用车桥耦合振动的方法,探讨了不同列车运营条件对桥梁局部构件的冲击效应的影响。通过自主研发车桥分析软件BANSYS,分析了大跨度铁路斜拉桥的动力响应,讨论了列车编组、轨道不平顺、行车方向和列车类型等因素对斜拉桥各部件冲击系数的影响。研究表明:进行车桥动力计算和现场动力试验时,应尽量采用与实际列车相同或相似的列车编组;列车行车方向不同时,构件同一位置处冲击系数相差较大。     

随机振动下多跨弹性支撑梁桥的冲击系数分析

基于随机振动理论和正交试验设计,研究了三跨弹性支撑梁桥的冲击系数及其影响因素。采用虚拟激励法求解桥梁在车辆和桥面不平顺作用下的随机响应,根据三倍标准差准则将桥梁挠度随机响应由统计结果转化为确定性值域,进而求得桥梁冲击系数。通过设计桥梁冲击系数影响因素的正交试验,研究了桥梁长度、桥梁刚度、桥面不平顺、车速、车体质量和车辆轴距对桥梁不同部位的冲击系数的影响规律及显著性。计算结果表明:算法高效、精确,有效克服多因素正交试验带来的庞大计算困难;桥梁不同部位的挠度冲击系数差异较大,且随着桥面不平顺等级的提高而增大;与其他因素相比,对冲击系数影响最为显著的是桥面不平顺,其次为桥梁长度和车速。     

月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥动力冲击系数研究

针对造型美观但结构形式特殊的月牙形多拱肋钢管混凝土桁架拱桥,应用考虑拉索侧向振动的车桥耦合振动分析方法,讨论了路面粗糙度、行车速度、结构阻尼取值对车辆轮压荷载、拱肋和主梁的挠度及拉索张力冲击系数的影响。结果表明:路面粗糙度对桥梁振动响应的影响显著,提高路面平整度可以降低桥梁冲击系数;行车对桥梁冲击系数的影响与结构振动卓越频率有关,提高车速并不意味振动冲击系数会增大;在相同的行车条件下,不同构件、不同截面的冲击系数有很大离散性,拱肋跨中截面的挠度冲击系数明显高于1/4跨中截面,主梁跨中截面的挠度冲击系数与1/4跨中截面的相差不大,端部的短吊杆张力冲击系数大于跨中的长吊杆;结构阻尼在经验范围内变动时,对冲击系数的影响不明显。     

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。     

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...     

钢管混凝土拱桥吊杆更换的施工与监控

以某城市钢管混凝土拱桥的吊杆更换为例，介绍了钢管混凝土拱桥吊杆更换的施工过程与监测控制，对大跨度钢管混凝土拱桥的吊杆更换的监控有一定的借鉴作用。     

基于导波多点散射的在役拱桥吊杆腐蚀损伤识别

为保障在役拱桥吊杆的健康与安全,针对吊杆的多点腐蚀特征,提出了一种基于多点散射回波的无参考腐蚀损伤识别方法。通过引入分形函数模拟钢丝锈蚀表面,建立了多点腐蚀钢丝的有限元模型;采用小波变换提取多点散射回波的多尺度能量谱,并将其作为特征向量构建腐蚀指标,分析了导波频率对腐蚀识别结果的影响,并对某在役拱桥吊杆进行实桥检测和现场开窗验证。结果表明:不同腐蚀程度下,散射回波的多尺度能量谱变化显著,基于散射回波多尺度能量谱的腐蚀指标随腐蚀程度的增加线性上升;随着导波频率的增加,其识别指标的损伤敏感性上升。较10 kHz相比,50 kHz和100 kHz的敏感性系数K值分别增加了6.13%,131.902%;吊杆实测腐蚀指标差异明显,指标值分布在3.91~9.65,吊杆现场开窗检测结果与腐蚀指标识别结果一致。     

重载铁路钢轨磨耗分布发展计算模型及影响因素研究

建立了钢轨磨耗数值计算模型,可实现磨耗具体分布及发展的定量预测分析。对货车轴重、速度及材料硬度对钢轨磨耗分布发展的影响进行了系统研究,弥补了既有研究多采用定性指标、无法定量分析对磨耗分布发展的影响的不足。主要结论:(1)轴重影响:直线运行时,随轴重的增加钢轨磨耗均呈马鞍状分布且马鞍状特征愈发显著,波峰磨耗深度逐渐增大而波谷磨耗深度逐渐减小,磨耗量总体呈增大趋势。曲线运行时两轨磨耗分布差异较大,随轴重的增加钢轨磨耗分布特征保持一致,幅值呈增大趋势。(2)速度影响:直线运行时,随车速的提高钢轨磨耗向轨头内侧扩展加宽,分布区域磨耗深度均呈增大趋势。曲线运行时,随车速的提高外轨轨肩磨耗幅值先减小后增大而轨顶磨耗变化较小,内轨磨耗明显下降。相对轴重而言车速对磨耗的影响更显著,从减磨角度同等条件下宜优先发展大轴重货车来实现扩能增效,并尽量减少重车方向大幅提速。(3)材料硬度影响:增大轮轨硬度对磨耗分布区域和形状影响不明显,但可显著降低磨耗幅值和磨耗量。但硬度过高易加速疲劳伤损,不一定能延长使用寿命。     

重载铁路路基足尺模型试验研究

以朔黄重载铁路为工程背景,通过构建重载列车模拟加载系统和路基足尺模型,开展路基动力响应试验,分析了在循环加载条件下路基的动力响应特性。试验结果表明,路基中不同深度动应力峰值均随着轴重的增加而增加,轴重越大,动应力的影响深度越大,路基中动应力随深度的增加呈负指数衰减趋势。路肩处动位移峰值随轴重的增加而线性增加。当轴重增加到30 t后,路基达到临界破坏状态,可见按照原朔黄铁路路基建造标准,其最大运行列车轴重约为27 t,如再增加列车轴重,路基需预先采取强化措施。试验结果对建造运行列车模拟加载系统及足尺路基模型具有借鉴参考意义,同时有助于深刻理解列车轴重对路基动力响应特性的影响。     

变速车辆作用下拱桥吊杆的动态内力分析

中下承式拱桥的吊杆是重要的承重构件,同时也是最易发生破坏的构件。车辆荷载与桥梁结构的动力耦合作用,使吊杆在交变应力作用下发生疲劳损伤是吊杆破坏的重要原因。基于大型钢管混凝土拱桥结构,考虑路面不平度影响,采用三维多自由度车辆模型,进行变速车辆的车桥耦合模拟。重点针对变速车辆荷载对吊杆产生的轴向和弯曲作用进行了分析,讨论了吊杆截面不均匀分布的交变应力情况。结果表明,车辆的加速度将显著增大车辆对桥梁的冲击作用;短吊杆截面弯矩受车辆速度、加速度和路面不平度影响明显,通常横向弯矩大于纵向弯矩;车辆荷载导致的吊杆截面内动态应力分布具有显著的不均匀性,最大应力是最小应力的2倍,弯曲应力占比近30%。这些因素在这类桥梁的设计、维护、监测与评价中应予重视。     

梁冲击动荷系数的研究

本文从能量守恒原理出发，考虑了梁在冲击的能量损失，给出了梁在冲击时动荷系数的统一修正公式。     

非线性随机振动的时间序列模型

本文研究应用时间序列模型分析非线性随机振动的方法。重点讨论指数自回归模型存在稳定和不稳定极限的条件，研究指数自回归模型的辨识方法，并对车床切削颤振采样序列进行分析。     

基于单自由度参数激励模型的车辆随机振动分析

包装件振动可靠性的分析和优化需要构建高效准确的车辆随机振动载荷分析模型.该研究将车辆建模为单自由度参数激励系统,分析车辆在平稳载荷下的加速度响应.基于Mathieu方程分析车辆动态响应特性,结果表明,车辆响应中出现少量的大幅振动响应的原因是参数激励系统中随机过程β(t)的波动引起了系统的失稳.分别构建车辆在稳态、失稳和...     

超高斯随机振动疲劳加速试验模型研究

通过理论分析,针对超高斯随机振动激励建立了相应的振动疲劳加速试验数学模型,给出了模型中未知参数的具体求解方法,并通过实际试验进行了验证。该模型十分便于进行振动疲劳加速试验的定量设计,具有很好的工程实用性,可用于评估随机振动环境下工程结构的疲劳寿命与可靠性。