基于标准能量冲击载荷下的桥梁结构力学性能研究

摘要

目前常用的桥梁结构检测方法可分为：静载试验法、动载试验法。静载试验法发展较早，相关理论、技术比较成熟，但存在检测成本高、耗费时间长、需要中断交通等缺点。动载试验法检测成本低、检测时间短、无需中断交通，能够快速准确对桥梁结构力学性能做出分析，但是动载试验法发展较晚，部分理论及测试技术尚不成熟。通过动载试验方法对桥梁结构做出快速准确的分析是目前桥梁结构检测研究的热点。
　　在河北省交通科技基金项目、国家超级计算天津中心（NSCC）以及安世亚太公司的共同支持下，本文对如何通过动载试验方法对桥梁结构承载能力做出快速评价进行研究。基于静载试验中利用结构校验系数对桥梁承载能力进行评价的方法，提出依据动载试验位移值和桥梁结构冲击系数计算静载试验位移值，从而达到通过动载试验方法获取桥梁结构校验系数的目的，实现结构承载能力快速评价。
　　桥梁结构动位移值可通过高精度传感器获得，而冲击系数的影响因素很多，各因素间关系复杂。因此，本文对桥梁结构动态响应下冲击系数问题进行了详尽分析，研究了车辆行驶速度、桥面平整度、桥梁结构刚度、桥梁结构形式对冲击系数的影响。针对桥面平整度现场准确测量难度大、随机性强以及对冲击系数影响不可忽略的难题，提出标准能量冲击试验方法即采用标准加载车匀速通过桥梁并在跨中位置进行跳车。计算结果表明，跳车试验能够有效压制平整度对冲击系数的影响，通过此方法获得的冲击系数仅与桥梁结构刚度及桥梁结构形式有关。
　　跳车试验的本质是通过跳车的大冲击作用压制桥面不平整引起的小冲击作用。因此，跳车试验导致桥梁结构产生剧烈振动，冲击系数较大。跳车高度为5-15cm时有限元分析得到的桥梁结构跨中位移冲击系数约是通常情况下冲击系数的2-3倍。针对这一问题，进行了大量室内跳车试验及现场桥梁跳车试验，试验结果验证了有限元分析方法的准确性。
　　依据有限元分析得到的跳车条件下冲击系数与桥梁一阶频率的关系式。通过测量桥梁结构一阶频率和动位移信号就可实现桥梁结构静位移的快速计算，为使用校验系数法评价桥梁结构承载能力提供了新途径。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1桥梁结构检测的背景和意义

1.2桥梁结构检测方法及国内外研究现状

1.3 本文的研究背景

1.4 本文主要工作

第二章 车-桥耦合振动理论及数值计算

2.1车-桥耦合系统简化模型及相关理论

2.2桥面平整度函数r(x)计算理论

2.3 影响桥梁结构动态响应的因素分析

2.4 跳车条件下简支梁动态响应分析

2.5本章小结

第三章 有限元分析原理及ANSYS仿真分析

3.1有限元基本理论

3.2有限元模型建立

3.3跳车条件下桥梁动力响应分析

3.4跳车条件下冲击系数计算

3.5双车对称加载跳车条件下冲击系数分析

3.6本章小结

第四章 有限元模型验证及室内跳车试验

4.1试验目的

4.2试验梁设计与制作

4.3主要试验仪器

4.4试验步骤

4.5 本章小结

第五章 工程检测实例

5.1 保定市雄县一号桥跳车实验

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

致谢

参考文献

附录A

附录B

附录C

作者简介