客运专线斜交刚构连续梁桥研究

斜交刚构连续梁桥为一种新的桥梁结构形式,能较好地解决铁路与既有道路斜交问题。重点介绍刚构连续梁桥在国内外高速铁路的发展、应用和研究情况,不同速度目标值车桥耦合动力响应分析结果,以及秦沈客运专线该种桥型动力性能综合试验结论。论述主梁高度、刚壁墩及基础刚度对结构静动力性能的影响,探讨客运专线斜交刚构连续梁桥地基刚度限制合理的设计方法。     

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。     

铁路桥梁与车辆动力相互作用的协调条件分析

准确分析车桥系统动力相互作用的协调条件是车桥耦合振动计算中的重要一环。通过建立轮轨作用点轮轨力和位移向量与桥梁结构单元等效节点荷载和节点位移向量之间的关系,并考虑到轨道不平顺的影响,确立了系统动力相互作用的协调条件。其中特别考虑了各种参数由轨面向桥梁结构形心的转换及多线桥的偏载问题。应用上述方法,通过实例计算,分析了一双线铁路斜拉桥在偏载作用下的动力特性。结果表明,多线桥的偏载问题是不容忽视的。     

有限梁段法在箱梁施工阶段剪力滞分析中的应用

选取基于翼板剪切变形规律的翘曲位移函数有限梁段法来分析箱梁在施工过程中的剪力滞效应。通过剪力滞控制微分方程和边界条件推导了相应梁段单元剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵。以广州至珠海新建铁路预应力混凝土连续箱梁为例,分析箱梁桥悬臂施工的3个阶段在不同荷载工况作用下剪力滞系数沿梁长的分布情况,以及在体系转换后成桥运营阶段,箱梁在均布荷载和中跨跨中集中荷载作用下的剪力滞效应,并与变分法分析结果进行对比。结果表明,采用本文方法计算得到的箱梁剪力滞系数与采用变分法所得结果吻合良好,验证了该方法用于箱梁施工过程中剪力滞分析的适用性。     

不同荷载形式下箱梁剪力滞效应分析的有限梁段法

采用基于剪切变形规律的翘曲位移函数,在能量变分法箱梁剪力滞微分方程的基础上,提出一个考虑集中弯矩作用的每个结点有2个剪力滞自由度梁段单元。当箱梁桥承受集中弯矩作用时,重新定义梁段单元的广义剪力滞位移,通过边界条件及剪力滞广义平衡和变形协调条件推导出新的剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵。借助相关试验模型及工程实例,分析不同箱梁桥形式在竖向荷载及集中弯矩作用下沿梁纵向的剪力滞效应,并与相应的变分法解析结果进行对比,验证了本文方法的正确性。     

昌九高铁扬子洲赣江公铁合建连续钢桁梁桥设计研究

昌九高铁为时速350 km的高速铁路,其南昌扬子洲跨赣江中支主桥根据通航、防洪要求跨度采用(78+134+152+134+78) m,该桥为国内首座高速铁路公铁混层合建的大跨径平行弦连续钢桁梁桥,同时该主梁为首座采用带双层挑臂的钢桁梁断面。为掌握该类型桥梁的关键技术及总结该类型桥的设计经验,开展系列研究,运用数值分析的方法,进行结构静动力分析及车桥耦合分析。结果表明：(1)带双层挑臂的钢桁梁断面具有剪力滞效应小、结构整体性强、跨越能力大、腹杆及横梁受力小、行车视野好及造价经济等优点,带双层挑臂的钢桁梁断面为公铁合建桥的适宜断面形式;(2)带双层挑臂的钢桁梁桥,墩顶处上层桥面系、跨中处上层桥面系及跨中处下层桥面系,其轴力主要由桥面板承担,分别占比为61.4%、68.7%及60.0%,墩顶处下层桥面系轴力主要由下弦杆承担,占比为72.5%;(3)带双层挑臂的钢桁梁剪力滞系数为墩顶上桥面(1.49)>跨中下桥面(1.38)>跨中上桥面(1.13);(4)带双层挑臂的平行弦连续钢桁梁桥能满足时速350 km公铁合建桥的行车运行要求,结构静动力性能良好,适用跨径能达150 m及以上。     

偏载下支座脱空对多跨连续梁受力性能的影响

以多跨长联连续梁杭州钱江铁路新桥为研究对象,对不同偏载工况下支座脱空前后的支反力进行研究。基于多跨长联连续梁的对称性,采用MIDAS/Civil建立半梁模型,以支反力偏载系数、支反力增大系数为研究指标,分析4种偏载工况下支座未脱空时的支反力分布规律,分析8种支座脱空工况下,自重和最不利活载对各支墩支座支反力的影响。研究结果表明:支墩和支座位置均对支反力偏载系数有较大影响;支座未脱空时,边支座最大支反力由双线加载控制,中支座最大支反力由四线加载控制;支座脱空对本支墩支座影响较大,邻近支墩支座次之,其他支墩支座影响最小;边支座脱空对支反力增大系数的影响较中支座脱空大。     

秦沈客运专线桥梁结构技术分析

剖析秦沈客运专线采用的桥梁结构型式及施工方法，强调引入动力设计概念，进行车桥耦合分析的重要性，指出箱形梁桥的改进型T形梁桥的适用条件。总的原则是设计要满足动力要求，制梁、运梁、架梁要因桥、因地制宜。     

铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCBID,进行一座铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应分析。结果表明:行驶速度对曲线连续梁桥竖向振幅的影响较大,但曲线连续梁桥的竖向振幅并不总是随行驶速度的增加而增加;曲线连续梁桥的横向位移随行驶速度的增大而增大,大致呈线性关系;车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减轻率均随车辆行驶速度的增加而增加,且均满足我国现行规范的要求。     

基于剪切变形规律的剪力滞分析的有限梁段法

选取基于剪切变形规律的翘曲位移函数的有限梁段法分析箱梁的剪力滞效应。该翘曲位移函数的定义是从剪力滞效应是由于翼板剪切变形引起的这一基本机理出发的,原理更加明确并且分析精度高。建立基于最小势能原理的变分法的箱梁剪力滞控制微分方程及边界条件,在此变分法微分方程的基础上,导出相应梁段单元剪力滞系数矩阵和广义荷载列阵,运用有限梁段法来分析剪力滞效应,分析试验模型及铁路简支箱梁分别在均布荷载和跨中集中荷载作用下以及悬臂箱梁箱在均布荷载作用下的剪力滞效应。分析简支梁和悬臂梁分别在均布荷载和跨中集中荷载作用下的剪力滞效应。并与相应的变分法解析结果进行比较,结果吻合良好,从而验证本文方法的正确性。     

昆山南站站房改造工程对既有高铁桥梁安全影响分析

结合昆山南高架站站房改造工程,通过ABAQUS软件建立有限元实体分析模型,研究新建结构物对邻近高铁桥梁桥墩、基础承载力、变形的影响。通过数值分析,得出以下结论:(1)昆山南站新增建筑结构建成后,既有高铁桥墩墩身承载力、局部应力仍满足规范要求;(2)新建桩基从施工到上部荷载加载过程中,对邻近高铁桥既有桩基的摩阻力、剪力和弯矩影响不大,对桩身轴力,上部荷载加载后则有明显增加。桥墩发生向新增建筑区域倾倒的变形趋势,但桥墩墩顶水平位移和竖向沉降的变化值不大于控制限值1 mm;(3)水泥搅拌桩对地基有加固作用,但其施工时会对桥梁桩基产生不利影响,应保证搅拌桩与桥墩桩基有一定安全距离。     

钢-超高性能混凝土组合梁剪力滞分析的有限梁段法

在选定的剪力滞翘曲位移函数的基础上,钢-超高性能混凝土(UHPC)组合梁剪力滞控制微分方程以及相应边界条件可基于能量变分法推导得到。将钢-UHPC组合梁离散为若干梁段,通过剪力滞控制微分方程的常数求解,可得到用于求解钢-UHPC梁段单元剪力滞效应的系数矩阵和广义荷载列阵,从而建立梁段单元各结点具有2个剪力滞未知量的有限梁段法。以余弦函数作为钢-UHPC组合梁的翘曲位移函数,运用有限梁段法研究以矮肋式UHPC桥面板作为桥面系的轻型组合梁的剪力滞效应。为了验证有限梁段法求解等截面钢-UHPC组合梁剪力滞效应的正确性,比较不同边界条件下钢-UHPC组合梁在施加均布荷载和集中荷载时的剪力滞系数与由变分法得到的组合梁剪力滞一般解,吻合度较好。应用于钢-UHPC组合梁剪力滞分析的有限梁段法简单实用,计算公式简洁,也可以将其应用于变截面钢-UHPC组合梁的剪力滞效应的求解。     

普速铁路单线独塔斜拉桥总体设计及创新

潜江铁路支线属于江汉平原货运系统的重要组成部分,岳口汉江特大桥是潜江铁路支线跨越汉江的控制性重点工程。为提高结构通航安全性,更好地满足防洪要求,主桥采用(32.7+50+93.7+260+38.2) m的独塔双索面混合梁斜拉形式,实现大跨独塔结构体系在国内铁路桥梁上的跨度突破。考虑到建造铁路大跨度独塔混合梁斜拉桥面临着疲劳活载大、动力指标及刚度要求高等诸多难题,且非对称铁路独塔斜拉桥具有设计技术复杂、建设标准高等特点,对主桥的桥型方案选取、桥梁设计难点、桥塔、主梁形式、钢混结合段、索塔索梁锚固形式等进行详细介绍,给出相关结构刚度、应力强度、疲劳应力幅、风车桥耦合等计算结果,并阐述主桥设计时所采用的创新性技术构思。     

呼准铁路黄河特大桥刚构连续梁设计关键技术研究

呼准铁路黄河特大桥主桥采用高墩、长联、大跨刚构连续梁的结构形式,为了确保结构设计安全,需要解决以下关键技术问题:选择合龙顺序、确定合龙顶力、减小梁体徐变下挠、解决梁端和支座处较大的水平位移等。结构设计时运用有限元程序对主桥进行了整体静力分析、箱梁横向环框计算、桥墩罕遇地震延性分析以及车桥耦合动力仿真分析等详细计算,确定主桥为2个固结墩;采用先合龙次中跨、再次边跨、然后边跨、最后中跨的合龙顺序;在设计条件下采用9 000 kN的跨中合龙顶力;通过调整钢束张拉顺序、二期恒载上桥时间以及预留体外预应力束等措施解决大跨梁的徐变下挠;通过设置梁端大位移伸缩装置及大位移活动支座适应梁体较大的水平位移。结果证明刚构连续梁的结构受力和变形均满足规范要求。     

1-80m混凝土系杆拱有限元分析研究

研究目的:贵广铁路黄沙河桥采用1-80 m预应力混凝土系杆拱桥,系国内最大跨度的预应力混凝土系杆拱桥(混凝土拱肋),其箱宽较宽,采用单向多室结构。有效宽度、边中腹板厚度比例等均没有规范依据可查,横向环框简化计算模型没有相关的依据。本文利用midas FEA软件对80m系杆拱桥进行实体计算分析,确保结构安全,并对结构尺寸、钢束布置等进行一些探讨。研究结论:梁部的混凝土应力处于合理的水平,结构安全可靠;拱脚位置梁体正应力横向分布不均匀,远离拱脚的梁体截面正应力分布较为均匀;多腹板以及密横隔板形成的纵横向隔板体系增强了梁部结构整体性,箱梁横向位移差最大值仅仅为0.51 mm;设置拱脚竖向预应力能够有效减少拱脚与梁体交界面混凝土的主拉应力,增强交接面的抗剪能力,是必须的。     

墩台基坑开挖过程中列车动载对路堤的动变形分析

大量新建桥梁桥墩基坑工程位于铁路路基保护范围以内,使得铁路不可避免地受到基坑开挖的影响,既有铁路的列车动载加剧这种不良影响。在基坑开挖过程中,为了确保邻近铁路的安全,以孙渡特大桥上跨丰洛铁路桥墩施工为背景,通过建立三维有限元数值模型,分析在客车和货车不同速度下邻近既有线的基坑开挖过程中路堤的动变形规律:随着基坑不断向下开挖,路基中心处的竖向动位移和水平向动位移均增大,且水平动位移增长率大于竖向动位移增长率。60 km/h客车和40 km/h货车动荷载下路基中心的竖向最大动位移分别为3.32 mm和3.42 mm,其他情况均大于3.5 mm。最后基于铁路路基动变形3.5 mm的控制标准,提出在基坑开挖过程中客车限速60 km/h和货车限速40 km/h的控制措施可行。     

斜拉桥上无缝线路纵向相互作用理论及试验研究

运用梁轨纵向相互作用机理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,对斜拉桥上无缝线路纵向相互作用规律进行理论和试验研究。分析结果表明:在主桥左右两端各铺设一组单向伸缩调节器,主桥上钢轨纵向力可得到有效的控制,现场试验测试的桥面纵向位移及钢轨伸缩力分布规律与理论计算基本相同,所建立模型可用于斜拉桥上无缝线路纵向相互作用分析;钢轨挠曲力计算时,可在斜拉桥主跨及其邻跨上布置荷载,且不必考虑列车入桥方向的变化;钢轨伸缩调节器可有效减弱列车制动荷载下的梁轨相互约束作用,减小线路受力变形。     

变截面连续箱梁剪力滞效应及其形成机制

为分析变截面连续梁的剪力滞效应,推导了变截面连续梁剪力滞效应的比拟杆控制方程,以某三跨连续梁为例检验了本文算法的正确性,讨论了箱梁梁高变化对连续箱梁剪力滞系数的影响,通过分析箱梁顶板和腹板内剪力流沿跨长的分布规律,探讨了梁高变化对连续箱梁正负剪力滞的影响规律。研究发现:连续梁正弯矩区呈现正剪力滞现象,负弯矩区的剪力滞现象与悬臂梁类似;梁高沿跨径方向的变化减弱了连续箱梁负弯矩区内剪力滞效应,但增大了正弯矩区的正剪力滞效应;工程设计时可以增大连续梁在负弯矩区内梁高的变化梯度,并减小正弯矩区内梁高的变化梯度,以最大程度地减小箱梁剪力滞效应。     

大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置对列车走行性影响的研究

梁端伸缩装置是大跨度桥梁的重要组成部分,是容易受损的构件之一,对高速车辆的走行性影响较大。本文针对大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置,建立结构动力分析的有限元模型,通过多工况车-桥(线)耦合振动计算,分析梁端伸缩装置自身变形、安装误差及梁端折角等因素对列车走行性的影响,提出车辆平稳性和乘客对车辆振动感觉的评判标准,并进一步基于车辆的平稳性和乘客对车辆振动的感觉确定车速及梁端竖向折角限值。研究表明,车辆响应对梁端竖向折角较为敏感。     

跨兴闫公路特大桥无缝线路综合试验研究

跨兴闫公路特大桥无缝线路综合试验是秦沈客运专线跨区间无缝线路关键技术试验研究的内容之一,内容包括桥墩纵向刚度、梁体温度变化、道床纵向阻力、伸缩力、挠曲力、梁轨纵向相对位移等测试。总结了各项试验内容的试验方法和试验结果,采用实测参数计算了伸缩力和挠曲力的理论值。结果表明:理论值与试验值基本一致;试验经验和测试结果对于验证桥上无缝线路的理论分析模型,提高桥上无缝线路的设计水平具有重要意义。