英语原文共 8 页，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

钢结构系杆拱桥的动力响应与疲劳

1Gregory MacRae2Paul Crocker3Kayoko Arima4和Scott Wong5

摘要：Toutle河大桥是一座钢结构系杆拱桥，其广泛振动并持续显着的疲劳开裂效应。为了探明这种行为的原因进行了实验研究。 计算机对桥梁行为的分析用于估计预期的响应并为仪表建立在适当的位置。仪器已安装并进行了现场测试。 他们使用已知轴重和间距的卡车进行受控测试。 一些受控测试使用以已知速度行驶的卡车以及在桥上没有其他交通的特定行驶车道上进行。 使用受控测试来校准仪器并建立基本的桥接行为。 测量的振动周期通常与计算机预测相比较。结果表明复合作用已经在重载桁条中丧失，并且注意到动态响应的放大几乎没有。 然后测量不受控制的卡车运输大约一个月。 该数据用于建立载荷谱并估算关键部件的疲劳寿命。 由计算的应力范围引起的疲劳不应该在这座桥上重要20至30年。 现有的疲劳损伤是由大型桥梁变形造成的畸变疲劳所驱动的。 本文介绍了几个处理这个问题的方法。

介绍

华盛顿州运输部拥有七座类似的钢结构系杆拱桥; 它们是主要的交通联系，对国家经济很重要，这些桥梁由于卡车装载而具有显着的动态响应，并且已经注意到所有桥都出现裂缝。 人们已经尝试控制开裂，但这些并不总是有效。 因此，一项研究计划检查对卡车的载荷，由这些载荷引起的动态响应以及剩余的疲劳寿命已完成，并在此进行总结。 位于华盛顿州Castle Rock附近的5号州际公路（I5）的Toutle River Bridge桥是这些系杆拱桥之一，也是本研究的重点。 这座桥梁的设计和几何形状与其他六座桥梁相似，并显示其他桥梁上的全部损伤。 该桥采用铆接和一些焊接结构，于1969年通车。通过对该桥的研究已完成，确定桥梁振动和开裂损坏的原因并估算

剩余的疲劳寿命。

多瑙河大桥

如图1所示，两座相同的系杆拱桥穿过图特勒河。西桥（南行车道）是本研究的重点。 北端固定，南端可用摇臂轴承移动。 桥梁是灵活的，并在卡车运输荷载下振动。 这种振动很容易被行人感受到，并且可以通过视觉观察到。 拱桥间距为16.75米（56英尺），交叉支撑以确保其水平稳定性，但支撑构件在自重作用下轻而明显下垂。

这座桥长92.66米（304英尺），拱和地板系统有11个托架，并且是对称的。 每个横梁框架中心都有7个桁条，其中央为2.29米（7.5英尺），由横梁支撑。 横梁是8.49米

（27.85英尺），由上弦杆和挂钩支撑。 纵梁地板梁和地板梁弦连接最初是铆接剪力连接，不同之处在于底部法兰板焊接到弦杆并铆接到地梁。 桥面板厚175毫米（6.5英寸）。 底梁没有剪力连接件，但每根桁梁在其长度上分布有138个22.2毫米（7/8英寸）的剪力钉。

在许多地板梁弦连接处出现水平底梁裂缝。 图2显示了桥面板系统的裂缝位置。 图3显示了一个地板梁弦连接裂缝，该裂缝已经沿铆钉弦连接的顶部凸缘穿过地板梁腹板。 照片显示，钻孔已穿过裂纹尖端，但这并未阻止裂纹的扩展。 在少数情况下，腹板角度垂直产生裂缝，而不是地板梁腹板。 1989年，地板梁弦连接的顶部法兰通过螺栓法兰板连接。 这是为了抑制弦杆与地板梁之间的相对移动。 这减缓了地板梁弦连接处的裂缝增长，但它已经在靠近纵梁地板梁连接的地板梁上造成开裂。 纵梁地板梁的连接处有一定的旋转限制，可以承受腹板角度和加固的座椅连接，但是纵梁应变不会出现开裂现象。

基台地板梁采用直接法兰板连接，

基台地板梁的顶部凸缘与原始结构的弦杆之间的间隙。 这些铆接法兰板通过网部破裂，并在大约1989年更换。大裂缝（超过100毫米）

图。 1.托特尔河上的钢结构拱桥

图2. Toutle河大桥的裂纹位置

图3.在Floorbeam-Chord连接附近的Floorbeam Web中出现裂纹

图4.轴承附着到上部结构时出现裂纹

也在桥梁轴承附件处发生，如图4所示。

分析

一项全面的研究开始了解这座桥的动态响应和已经注意到的裂缝。 线性弹性计算机有限元分析被用来估计自然周期，预测由卡车载荷引起的动态响应，

全球桥梁行为用三维模型计算。 框架元素模拟所有具有平均成员属性的成员，因为实际属性随着成员长度而改变。 这些托架被建模为轴向载荷构件。 铆接连接部分受到限制，但由于额外约束对系统行为影响不大，所以它们被模拟为刚性连接。 壳体单元提供了隔膜刚度和桥面板质量，而没有对梁产生复合刚度。 为了简单起见，全球分析中未包含纵桁。 进行单独分析以评估纵梁和铆接纵梁 - 地板梁连接的旋转约束的复合作用。

前20种振动模式的周期范围从

1.08至0.27秒。 第一种模式形状是在桥长度上的和弦的完整垂直正弦波。 这种模式的参与质量很低（0.88％），但是，这种模式提供了时间历史计算中全球响应的大部分。 假设计算出的末端约束和无复合作用，地板梁和纵梁的理论周期分别为0.09和0.053s。

该桥的时程分析采用HS-20卡车装载配置（标准1996），以特定行驶车道以恒定速度移动（Crocker 1997）。 卡车质量，桥面板表面粗糙度和卡车悬挂系统的影响可能会影响桥梁的响应，但是这种对桥梁响应的影响在该分析中被忽略，因为分析的主要目的是确定仪表所需的位置和灵敏度。 在动态响应计算中，跨度长度的四分之一点处的弦和拱中注意到峰值轴向应力范围高达43MPa（6.3ksi）和24MPa（3.5ksi）。 当卡车在桥的远端时，最大动态响应范围从23毫米上升，当卡车超过所考虑的点时，下降到29毫米。 在现场测量过程中，高压力的位置被确定为仪器的可能位置。 建立的测量行为特征包括铆接连接的旋转限制和复合动作的程度，这不能通过分析来定义。

仪器和测试程序

应变仪，线性电位计和加速度计放置在图5所示的位置，以确定桥梁响应，重要的行为特征和加载光谱。 测量曲率和轴向应变

350欧姆应变仪，具有温度补偿，全桥配置。 在南湾右侧车道的中跨和三分之二处测量曲率。 在两个桁条的中跨处测量轴向应变以帮助建立中性轴位置。 还测量了南桥台楼板梁和桥台以北的第一内楼板梁的两个位置的曲率。 弯曲度是在地板梁端部附近测量的，这些应变是最大的，因为在右侧车道中减少的路段和较重的卡车造成。 曲率在弦长和弦长约为桥长度的四分之一点处测量。 由于无法直接测量垂直偏转，所以加速度计放置在四分之一跨度位置的每个弦长处以估计整体偏转。 从加速度计获得的偏差的准确性存在限制，因为加速度必须整合两次并在初始条件下进行校正。 然而，这种方法已被成功地用于过去的研究（例如Kulicki等，1989）。 采用12.7毫米（0.5英寸）行程的成对线性电位计测量相对于地板梁，桁条端旋转以及混凝土桥面和钢框架之间的相对运动的桁条端部旋转。

图。 5. Toutle河大桥上的仪表的位置和类型

来自应变仪和加速度计的电子信号被放大，调节并输入到两个16通道，16位A-D（模拟 - 数字）转换器之一中。 线性电位计信号直接送入第二个A-D转换器板。 使用Lab-tech Notebook-Pro 9.0软件记录数字电压，并通过Pentium计算机将其存储在2GB计算机磁盘上。 每天都会通过频道来补偿漂移并避免极端不平衡。

受控测试程序

用已知重量和几何形状的卡车进行受控测试以确定

• 桥梁的自由振动响应
• 强制振动时的放大或衰减
• 连接的复合动作和旋转端限制
• 负载和电桥响应之间的校准
• 在不受控制的监控中要强调的渠道

两种类型的受控测试已完成。 首先，WSDOT卡车测试，使用了三辆卡车（卡车A，B和C

- 图6中给出的重量和尺寸）在受控条件下穿过桥梁，如表1所示。测试在1996年8月13日上午1点到4点之间进行，因为车道封闭了7分钟窗口，而八辆卡车通行证已经完成。 交通关闭避免了由于多辆车辆造成的干扰，并且允许研究车辆速度，行驶车道和制动效果。

数据采集程序在每辆卡车到达桥梁前开始，并在卡车离开桥梁后持续至少20秒，以便检查自由振动响应。 在前三次过程中中，卡车以113,64和16公里/小时（70,40和10英里/小时）的速度在右侧车道穿过大桥。 有些卡车无法达到较高的目标速度，如表1所示。在4号卡车期间，卡车使用从113公里/小时（70英里/小时）的紧急制动到几乎完全停在桥上。 通行证5和6在中心车道以113和16公里/小时（70和10英里/小时）的目标速度进行。 通行证7和8以卡车在桥上以相同的速度并行运行。

第二次受控测试，称重站测试，记录卡车在正常桥梁交通中的数据。 该测试于1996年9月4日进行，并在卡车重量和几何尺寸以及桥梁部件的应力范围之间提供额外的校准。 这些公路卡车的重量和轮距尺寸比WSDOT卡车的变化更大。 在桥址确定了重型货车，记录了反应，并将车辆描述信息发送到位于桥南8公里（5英里）处的华盛顿州巡逻称重站。 在称重站测量车辆总重量，轴重和车轴尺寸。

图。 6. WSDOT卡车车桥间距和质量表1.通道描述为Toutle河大桥

lt;

全文共10540字，剩余内容已隐藏，支付完成后下载完整资料

资料编号：[12520]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word

您可能感兴趣的文章

• 混凝土与钢之间的有效粘结设计外文翻译资料
• 抗剪设计外文翻译资料
• 单向平板的设计外文翻译资料
• 三摩擦摆轴承运动学模型中滑动面旋转的正确处理外文翻译资料
• 《钢筋混凝土结构》第15章基础外文翻译资料
• 关于使用K- Stiffness方法设计的6.3m高 的土工格栅加筋土挡墙的设计与性能表现外文翻译资料
• 《钢筋混凝土结构》第六章 受弯构件的极限变形和延性外文翻译资料
• 基于分层稀疏贝叶斯学习和Gibbs抽样的贝叶斯系统识别在 结构损伤评估中的应用外文翻译资料
• 模拟随机过程的谱表示方法外文翻译资料
• 关于建筑合同招标的分配外文翻译资料