基于动态称重技术的中小跨径桥梁最不利车辆荷载研究

当工业重型车辆通过中小跨径桥梁时,往往会造成比规范规定值大得多的荷载效应,因此在桥梁设计尤其是承载能力评估时,应当合理地选择车辆荷载进行复核验算。文章首先提出了最不利车辆荷载的概念,然后基于大量实测动态车辆荷载数据,通过综合评定车辆荷载构成及其效应的方法,给出了国内外最不利车辆荷载的实测记录,最后通过与规范规定值的比较,初步验证了该文所确定最不利车辆荷载构成的合理性。     

城市桥梁在拥堵车辆作用下的荷载效应

通过对大城市交通拥堵和城市道路的车流分布特点的分析,模拟了车辆拥堵状态下的车辆荷载模型,然后选取了一座具有代表性的桥梁来展开研究,计算桥梁在不同的拥堵荷载模式下的荷载效应,包括梁体弯矩和剪力的变化规律,并将计算结果与设计状态下的荷载效应相比较,从而反映和揭示桥梁的实际受力状况.研究发现,小轿车拥堵、大客车拥堵以及小轿车和大客车混合拥堵所产生的荷载效应均小于设计荷载效应;而拥堵车辆中包含重车时所产生的荷载效应均可能大于设计荷载效应,对桥梁结构安全构成直接的威胁.     

基于实测数据的安庆大桥车辆荷载与桥梁响应研究

文章以安庆长江公路大桥为例,基于健康监测与动态称重系统实测数据,在去除温度对结构响应的影响下,对等效车辆荷载与桥梁跨中挠度的相关性进行研究,结果表明车辆荷载与跨中挠度整体呈正相关关系。     

基于POT理论的城市桥梁车辆荷载效应研究

车辆荷载效应是桥梁设计中重要的技术指标之一,是对拟建桥梁荷载取值和现有桥梁安全性评估的重要依据。结合调查地区的车辆荷载数据,提出了相应的车辆荷载模型,运用蒙特卡洛法模拟密集和拥堵运行状态下荷载流,以各跨径简支梁桥(10～60m)跨中弯矩值为研究对象,进行影响线加载计算;运用Peak Over Threshold(POT)理论对效应尾部数据进行分析,由极值理论外推得不同设计基准期内车辆荷载效应值,并与《城市桥梁设计规范CJJ11-2011》规范值作对比分析,结果表明:密集运行状态下不同设计基准期内外推值是规范值的1.13～1.38倍,拥堵运行状态下是规范值的1.18～1.46倍。     

超重车模型及多-单车道荷载效应

为获取超重车主要参数特性以及典型超重车模型,计算并对比多车道和单车道上超重车纵横向并行引起的荷载效应,收集了美国加州历时3 a的动态称重（weight-in-motion,WIM）数据,以加州交通厅许可荷载车模型为参照,提取实测超重车数据,分析了超重车辆荷载构成特点,建立了典型超重车辆模型. 分别计算了多、单车道超重车荷载效应,并将两者与现行的中国JTG D60—2015规范和美国AASHTO （American Association of State Highway and Transportation Officials）规范进行了对比. 结果表明:多车道叠加荷载效应较单车道以及中美规范值都大得多,单车道荷载效应与规范值相近或略高一点;多-单车道跨中弯矩最大比值为2.05倍,平均比值为1.65倍;剪力最大为2.05倍,平均为1.70倍.      

我国铁路列车荷载谱和桥梁结构效应谱的研究

本文在调查研究的基础上,将我国铁路运营机车和车辆分别模拟成4种理论机车模型和7种理论车辆类型,并根据我国铁路的运营状况和对部分铁路编组站列车编组资料的统计分析,将我国铁路运营列车归纳成4大类（混合货运列车、运煤列车、液罐列车和旅客列车）和4个编组级别（轻载、中载、重载、重载组合）共15种典型列车,并借助Monte Carlo随机模拟方法建立了这15种典型列车的理论模型,阐明了以典型列车建立列车荷载谱和桥梁结构产应谱的具体方法。本文推算出的应力脉谱与现场实测值的比较表明,上述方法既简便可行又灵活实用,可供修订桥梁疲劳设计规范参考。     

安庆长江公路大桥车辆通行状况分析

文章以安庆长江公路大桥为例,基于动态称重系统实测数据,对桥梁通行车辆的轴重、轴数、车速等进行统计分析,具体研究车辆超载超速状况,全面了解桥梁通行车辆状况,建议严格控制6轴车辆的载重量并对全桥车辆的通行速度进行一定的限制。     

拱桥汽车设计荷载标准分析

分析了超载车辆对桥梁的影响与现行规范即《公路桥涵设计通用规范》 (JTG D60—2015) 中的汽车荷载标准对公路上运营车辆荷载的适用性, 研究了广深高速公路车辆荷载的动态称重系统(WIM) 实测数据, 利用Monte Carlo方法模拟随机车辆荷载和随机车辆间距, 编制了随机车队加载效应计算程序, 计算了无铰拱跨中和拱脚截面的弯矩效应, 采用极大值分布原理求得荷载效应在设计基准期内的标准值, 给出基于WIM实测数据的汽车荷载标准模型, 并与现行规范中的设计荷载标准进行对比。计算结果表明: 推荐车道荷载作用效应对实测荷载效应包容性和适用性良好, 拱桥跨中弯矩误差小于7%, 当跨径为25~65、110、120m时, 拱脚弯矩误差为5%~11%, 其余跨径时的拱脚弯矩误差小于5%;基于广深高速公路实测荷载推定的荷载标准与现行规范中公路-Ⅰ级车道荷载在无铰拱上产生弯矩效应的比值为1.24~2.18, 平均比值为1.80, 说明广深高速交通量大, 车辆超载超限严重, 根据实测车辆荷载推断的荷载标准与现行规范荷载标准出现了较大偏差, 广深高速桥梁设计荷载标准应在现有规范基础上适当提高。     

风和随机车流下悬索桥伸缩缝纵向变形

为动态仿真与评估运营阶段风和随机车流联合作用下大跨钢桁悬索桥伸缩缝纵向变形, 建立了风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统; 基于已有单主梁风-车-桥耦合振动分析系统, 引入弹簧单元模拟伸缩缝, 并从车-桥耦合关系和钢桁梁横断面风荷载精细化加载2个方面将分析系统从单主梁提升为梁格法; 基于监测数据仿真重现了交通流荷载, 采用建立的分析系统计算了一座典型大跨钢桁悬索桥伸缩缝在随机车流作用下的动态位移时程响应, 获取并验证了累计位移与交通流质量的相关关系; 以滑动支承耐磨材料厚度为评估指标确定了伸缩缝累计位移临界值, 评估了伸缩缝的正常工作寿命; 在不同风速和随机车流作用下对伸缩缝纵向变形性能进行了参数敏感性分析。分析结果表明: 伸缩缝在随机车流作用下的时位移极值远小于设计允许伸缩范围-880~880 mm; 伸缩缝累计位移与其对应时段内的交通流荷载具有正相关性; 在风与随机车流联合作用下, 风速小于15 m·s^-1时, 影响伸缩缝纵向变形的主要荷载因素为随机车流, 风速大于15 m·s^-1时, 主要荷载因素为风荷载; 伸缩缝时位移极值与时累计位移随风速的增大均呈增大趋势; 当风速增大至20 m·s^-1时, 风荷载产生的伸缩缝纵向变形近似为车流荷载下的2倍; 建立的风-随机车流-钢桁悬索桥分析系统可为运营荷载下伸缩缝纵向变形的动态仿真与性能评估提供数值分析平台。     

根据荷载响应效应诊断桥梁健康状况的研究与实践

桥梁的损伤机理属于典型的非线性问题．频率是桥梁在线监测中最易获得的模态参数且精度很高,因此通过桥梁响应频率的变化来识别结构破损是否发生是最为简洁而有效的方法．桥梁的健康状况与桥梁的结构形式、采用的材料、设计的合理性、施工的质量、荷载的作用等因素有关,对于一个在役桥梁,其健康状况主要决定于各种荷载的作用程度与作用过程,不同的桥梁对荷载的作用具有不同的响应特征,因此,根据桥梁对荷载作用的响应特征可以对桥梁的健康状况进行初步的诊断．根据大量的桥梁原位监测数据,提出了基于荷载响应效应的桥梁健康状况诊断方法,给出了初步的诊断原理和实例．     

重载交通下空心板桥梁承载能力安全性

基于河北省宣大高速长达18个月的动态称重数据, 从中分离出特重车辆荷载数据, 分析了车辆的质量、速度、到达时间与位置等关键荷载参数的分布特性; 提取了特重车辆典型车型, 分析了各车型轴重分布; 采用桥梁动力分析系统对883个特重车辆荷载工况进行动态可视化仿真, 通过空心板桥结构响应与设计汽车荷载效应的对比, 分析了特重车辆荷载与设计汽车荷载的差异, 并通过考虑恒载效应与特重车辆荷载效应的组合, 研究了重载下空心板桥梁的承载能力安全性。分析结果发现: 正弯矩效应极值与设计值之比达到了2.09, 剪力效应极值与设计值之比达到了1.97, 说明实际中最大特重车辆荷载已明显超越设计汽车荷载; 正弯矩效应均值、剪力效应均值与设计值之比接近1.0, 说明实际中平均特重车辆荷载与设计值比较接近; 抗弯与抗剪承载力评估指标分别在0.50、0.40上下浮动, 其极值分别在0.72、0.50上下浮动, 说明按照当前设计水平建造的空心板桥梁能够满足重载交通下的运营安全性, 抗弯承载能力较抗剪承载能力具有更大的冗余度; 承载能力评估指标随跨径变化未出现明显的增减趋势, 说明冗余度水平随跨径的增大基本保持稳定。     

桥梁荷载横向分布系数计算方法

以主梁挠度横向分布规律来确定桥梁荷载横向分布, 考虑了桥梁结构计算模态的固有频率、振型和模态质量, 提出了一种适用于各种结构形式桥梁的荷载横向分布系数计算方法, 即模态参数法。分别以一座有机玻璃模型试验桥梁和一座公路斜交T型桥梁为算例, 介绍了桥梁荷载横向分布系数的计算步骤。计算结果表明: 荷载横向分布系数的测量值与计算值最大误差为2.6%, 因此, 相比于传统的桥梁荷载横向分布系数计算方法, 模态参数法减小了对桥梁结构进行分类和假定带来的误差, 更具有通用性和准确性。     

基于桥梁结构的动态称重系统算法研究

基于桥梁结构影响线加载的动态称重系统（B—WIM）便携且可循环使用,近几年在国外引起了学者深刻关注,并开发了相应的商业设备,而我国对此进行相关研究见于文献的很少。该系统可为中小跨径桥梁开展汽车荷载调查提供新的思路,并为中小跨径桥梁汽车活载评估提供直接参数。详细介绍了该系统算法原理,以三轴汽车荷载作为示例介绍了影响线坐标值标定过程,并给出了汽车荷载计算的通用矩阵表达式,为下一步进行设备开发的软件程序提供了理论支持。     

随机车流作用下T梁桥的整体刚度特性

采用有限元程序ANSYS建立T梁桥的铰接、湿接及湿接加整体层3种不同联结方式的空间杆单元模型, 编制了随机车流荷载谱, 利用桥梁动力分析软件系统(BDANS)计算了T梁桥在随机车流下的动挠度, 分析了其整体刚度特性。研究结果表明: 动力响应的横向分布规律和静力反应规律基本一致, 铰接联结T梁桥各片梁动力响应差异最大, 表明其整体刚度最差, 在各种运营状态下的最大动挠度是湿接与湿接加整体层联结方式时的1.30倍以上, 在一般运营单车道作用下达到了2.02倍, 而湿接和湿接加整体层联结各片梁动力响应一致性较好, 因此, 后2种联结方式显著提高T梁桥整体刚度。     

连续梁在行驶车辆作用下的动态反应

把桥梁和车辆看作两个分离体系,把车辆视为二维非线性模型,并考虑到桥面的路面不平度影响,应用虚功原理和模态叠加法分别建立振动方程,在车辆与桥梁接触点采用接触力和位移协调的条件,利用迭代技术求解二者之间的相互作用力。以一座三跨连续梁为例,计算了该桥的动挠度曲线和相应的冲击系数。结果显示车辆在边跨行驶时中跨跨中截面的冲击系数要远大于车辆在中跨行驶时的冲击系数,桥梁在车辆动荷载作用下的冲击系数与车辆动力特性、车速、桥梁动力特性以及路面不平度等密切相关,仅仅看作桥梁基频的函数是过于简化的。     

观测站交调资料的轴载换算方法研究

笔者采用加权平均的方法 ,结合漯周路的交通状况 ,得到交通量观测站中车型大类交通量换算为标准轴次的车型大类换算系数 ,能较准确地将交通量观测站资料换算为路面结构设计中所需的标准轴载作用次数     

大跨高墩连续刚构桥内力状态及其对地震反应的影响

为研究实际施工过程和混凝土收缩徐变对连续刚构桥成桥内力状态的影响以及不同内力状态下主桥的地震反应差异,以某大跨高墩连续刚构桥为背景,建立了MIDAS/Civil施工阶段分析模型,并讨论了各施工因素对主桥内力状态的影响; 基于等效荷载法提出了适用于连续刚构桥的内力等效荷载计算方法,通过将主桥内力进行分解,以若干简单的内力等效荷载分别进行等效,再利用叠加原理求和,得到符合实际情况的等效内力状态; 采用OpenSees建立了全桥非线性动力分析模型,并施加不同内力状态所对应的内力等效荷载,使其处于对应的等效内力状态; 选取40组典型速度脉冲型近断层地震动记录为输入,开展了不同内力状态下全桥非线性动力时程分析。分析结果表明：若忽略主桥预应力作用,将高估主梁最大弯矩约2.8倍,高估主墩墩顶和墩底最大弯矩分别约3.5、2.0倍,且弯矩方向皆与实际情况相反,故预应力作用对连续刚构桥内力状态的影响不可忽视; 墩梁固结附近主梁等效内力峰值与目标内力峰值的最大误差在5%以内; 近断层地震动作用下,主墩侧移角、曲率延性系数和塑性铰区钢筋最大应变都随混凝土收缩徐变的增加呈逐渐减小的趋势,沿纵桥向则更为明显; 提出的内力等效荷载计算方法可为高烈度区连续刚构桥抗震设计和性能评估提供参考。     

"释能法"加固石家湾桥荷载试验研究及分析

随着我国交通事业的发展,旧桥加固已成为交通管养部门关注的问题。石家湾桥通过采用"释能法"加固方式,改变了原桥受力体系,并将该桥加固前后的荷载试验结果进行对比,分析表明采用"释能法"加固后的石家湾桥受力性能明显改善,承载能力有一定提高,能满足正常运营要求,达到了加固的目的,并节省了大量加固费用和时间,取得了显著的技术经济效益。     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景, 通过车桥组合节段模型风洞试验, 测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数, 采用自主研发桥梁分析软件BANSYS, 分析了不同风速、车速、车载状态下的风-车-桥系统, 研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明: 当风速为25m.s^-1, 车速达到100km.h^-1时, 车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值, 且当车速达到120km.h^-1时, 车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值; 风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素; 车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大; 由于迎风侧车的遮风效应, 在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。