高速铁路大跨度斜拉桥运营性能检定技术探讨

基于近年来我国高速铁路大跨度斜拉桥动力性能测试实践和试验数据,探讨大跨度斜拉桥运营性能检定技术,提出了高速铁路大跨度斜拉桥运营性能评定的主要技术参数。对于主跨跨度在430~630m范围内的大跨度斜拉桥,给出了梁体1阶竖向、横向自振频率参考值与跨度及主桁宽度的关系式,提出了采用1/800作为主跨竖向挠跨比参考值,建议考虑设计活载的差别,梁端竖向转角的参考值采用1.0‰或1.5‰,给出了不同检定参数的测试方法建议。我国高速铁路大跨度斜拉桥运营性能试验数据仍需要进一步积累和分析总结,以形成适合于我国高速铁路大跨度斜拉桥运营性能评估标准。     

某磁浮大跨斜拉桥竖向刚度限值研究

以某磁浮轨道交通(40+80+228+228+80+40)m大跨钢箱梁斜拉桥为研究对象,采用有限元软件ANSYS和多体动力学软件UM分别建立桥梁和磁浮列车模型.基于车桥耦合振动方法,针对2列磁浮列车相向行驶并在主跨跨中交会的最不利情形,进行列车以不同速度通过桥梁时不同梁高下车桥系统的动力响应及磁浮大跨桥梁的竖向刚度限值...     

高速铁路大跨度混凝土斜拉桥设计研究

为研究混凝土斜拉桥在高速铁路上的适应性,以主跨260 m高速铁路双塔混凝土斜拉桥为例,根据功能需要和场地条件进行桥梁结构设计,然后通过建立空间三维有限元模型,综合采用最小弯曲能量法和影响矩阵法确定斜拉桥的合理成桥状态。在合理成桥状态下,斜拉索索力均匀,桥梁整体处于桥塔预偏、中跨预拱状态。最后,分析混凝土加劲梁的竖向、横向刚度以及桥塔变形,研究温度作用和混凝土收缩徐变效应对行车安全性和舒适性的影响,并对混凝土加劲梁、桥塔以及斜拉索的强度进行验算。分析结果表明,大跨度混凝土斜拉桥各受力构件的强度和刚度均满足高速铁路行车要求。     

行波效应对大跨度斜拉桥的随机地震响应分析

大跨度斜拉桥各支承之间距离较大,地震波的传播速度有限,地震波到达各支承的时间存在差异,因此采用一致激励分析方法与实际情况不符。以某大跨度斜拉桥为算例,其主跨为680m,建立数值有限元模型。主要分析主梁与主塔在单维及多维随机地震动激励下,同时考虑行波效应的地震响应规律,并作了对比分析。结果表明:与一致激励相比,当视波速为200m/s与300m/s时,纵向地震动激励下,主梁跨中纵向位移分别减小了42.3%和44.8%,横向地震动激励下,1号塔和2号塔柱底部的竖向弯矩分别减小了25.9%、19.9%和0.4%、1.2%。多维地震动激励下较单维地震动激励下结构响应大,因此,大跨度斜拉桥抗震研究应充分考虑地震动的多维性与行波效应的影响。     

高速铁路主跨450m斜拉桥应用无砟轨道可行性研究与设计优化

大跨度桥梁铺设无砟轨道现已成为扩大无砟轨道应用范围的又一技术难题，因此研究大跨桥上铺设无砟轨道的可行性十分必要。以某高速铁路主跨450 m大跨斜拉桥为例，针对无砟轨道应用的可行性及轨道结构设计参数进行研究，从而为大跨度桥上无砟轨道应用及结构设计提供理论依据。主要结论如下：(1)在大跨桥梁活载、温度等变形条件下，无砟轨道各静、动力学指标均能满足安全服役要求，主跨450 m斜拉桥应用无砟轨道可行；(2)温度组合荷载作用下，桥梁主跨竖向变形曲率半径最小值为191 771 m,满足行车舒适性要求；(3)橡胶弹性垫层可有效协调轨道结构层间变形，显著降低底座动力响应，建议弹性垫层刚度取0.10 N/mm³;(4)轨道板常用板型均满足层间变形不脱空要求，设计布板时应尽量选择板长较小的轨道板；(5)考虑桥梁成桥偏差影响，底座板厚度取220 mm,自密实混凝土层加厚至105 mm。     

高速铁路大跨度斜拉桥主梁CPⅢ点实时高程预测模型算法研究——以昌赣高铁赣江特大桥为例

大跨度斜拉桥梁体受到多种环境因素的影响会发生变形，进而导致桥面CPⅢ控制点的成果具有多值性，昌赣高铁赣江特大桥主跨长300 m,采用常规的技术方法在如此大跨度斜拉桥上铺设无砟轨道难度较大。通过实测桥面CPⅢ点位高程、大气温度、梁体温度和桥塔位移变形，建立以上几种参数之间的关系模型，通过模型计算各个CPⅢ点在不同温度条件和桥塔偏移量下的变化量，并验证模型计算结果和实测结果较差小于规范要求的3 mm限差，进而采用模型计算的高程数据进行自由设站，设站精度均不大于规范要求的0.7 mm限差，说明本研究模型计算的CPⅢ点高程能够在实际工程应用中使用并满足规范的精度要求。     

局部场地效应下超千米跨度公铁两用斜拉桥时频域地震响应研究

为在时、频域范围内量化场地效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响，基于加速度功率谱模型并结合不同的场地条件细化模型参数，采用虚拟激励和多点时程分析法，分别在时、频域范围内开展超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应分析，并将结构地震响应进行对比，结果表明：对于主梁主跨，柔软场地工况下的主梁位移、内力响应最大，坚硬场地工况下的响应最小，其他工况均介于两者之间且呈规律性变化，柔软场地工况下的主梁内力响应较坚硬场地下的响应最大相差407%;考虑各局部场地效应工况对主梁左边跨地震响应影响，区别于主梁主跨，主梁左边跨位移、内力响应除在柔软场地工况下出现最大值外，其他场地工况下的地震响应值交替变化，变化规律并不完全明确。综合考虑各局部场地工况，采用时程分析法斜拉桥地震响应计算结果总体大于频域虚拟激励法计算结果，各关键地震响应增大率介于9%～182%。因此，对于超千米跨度公铁两用斜拉桥抗震分析，频域方法可能会低估其地震响应，为准确评估斜拉桥动力响应，时程分析法依然是首选的抗震分析方法。     

基于径向基函数响应面方法的大跨度斜拉桥有限元模型修正

采用ANSYS有限元软件建立某大跨度斜拉桥试验室物理模型的三维有限元模型.基于灵敏度分析,选取模型待修正参数和用于模型修正的特征量.采用实验设计方法生成数样本,通过有限元分析提取对应的特征量信息,进而建立待修正参数与特征量关系的径向基函数响应面模型.通过对响应面模型的拟合误差分析,确定径向基函数的最优形状参数.以斜拉桥自振频率和静态索力构建目标函数.基于建立的响应面模型,采用遗传优化算法进行有限元模型修正.结果表明,采用径向基函数响应面模型拟合斜拉桥设计参数与特征量之间的隐式关系有较高的精度;基于仿真数据的模型修正有较高的精度,基于试验数据的模型修正能得到合理的结果,该方法可有效地修正复杂桥梁结构有限元模型.     

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度设计及取值研究

研究目的:通过统计国内外已建成并安全运营的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度参数,参考国内外现有规范,结合铁路斜拉桥的刚度特点,分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度指标。在此基础上,通过车桥耦合振动的分析方法,分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥高跨比、宽跨比对车辆与桥梁的动力响应影响,提出大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度取值范围。研究结论:(1)结合已建成的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥及现有规范,考虑荷载差异,大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度可适当偏低,大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向挠跨比设计值可取为1/500~1/800;(2)设计风速时横向挠跨比可放宽到1/1 000~1/2 000,可行车风速下横向挠跨比限值按规范取为1/4 000;(3)桁架高跨比可取为1/25~1/40,桁架宽跨比可取为1/25~1/35;(4)本文研究成果对今后大跨度铁路斜拉桥初步设计工作具有一定的指导意义。     

大跨斜拉桥上无缝线路伸缩力影响因素分析

研究目的:大跨度斜拉桥结构复杂,为"塔-索-梁"空间组合结构,在荷载作用下,其无缝线路梁轨相互作用极为复杂。本文以一座铁路常用双塔钢桁斜拉桥为例,基于梁轨相互作用原理,建立斜拉桥上无缝线路纵向力计算模型,分析主塔墩温差、斜拉索温差、主塔墩刚度、主梁刚度及结构支撑体系对钢轨伸缩力的影响,为大跨度斜拉桥上无缝线路设计提供理论依据。研究结论:(1)随着主塔墩温差增大,钢轨伸缩力减小,主塔墩温差越大,主梁主跨竖向位移就越大;(2)随着斜拉索温差增大,钢轨伸缩力增大较小,但主梁主跨竖向位移急剧减小;(3)主塔墩刚度变化对钢轨伸缩力影响较小;(4)采用漂浮体系时,钢轨伸缩力与半漂浮体系几乎一致,采用塔梁固定支撑和塔梁固结体系时,主梁左端梁缝处的伸缩力减小,但主梁右端梁缝处的钢轨伸缩力反而增大,因此在铁路大跨斜拉桥设计中建议不采用这两种支撑体系;(5)该研究成果可指导大跨度斜拉桥无缝线路设计。     

跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥方案研究与关键技术分析

沿海海湾主航道一般通行海轮,当高速铁路跨越海湾主航道时,为满足较高的通航净空标准需要采用大跨度铁路桥梁结构。由于高速铁路行车对桥梁性能要求高,主通航孔大跨度桥梁结构方案在技术及经济上是否合理可行成为值得重点研究的问题。结合沿海某海湾西航道通行10万t海轮的通航要求,重点研究双孔通航主跨2×460 m三塔斜拉桥和单孔通航主跨812 m两塔斜拉桥两种桥式方案。建立结构计算模型,对结构静力计算结果及技术经济指标进行综合对比分析,最后推荐西航道桥采用2×460 m三塔斜拉桥方案。进一步分析三塔斜拉桥结构主要静力动力结构行为,研究三塔斜拉桥结构设计中的主梁结构形式、体系刚度控制、主梁长联温度问题、拉索恒载应力与疲劳、结构抗风性能等关键技术的工程解决措施。研究表明:通过中跨采用钢混结合梁﹑边跨采用混凝土箱梁以及增大中塔及其两侧主跨斜拉索重力刚度和中塔采取塔梁固结体系等措施,能较大地提高三塔斜拉桥体系刚度,将三塔斜拉桥应用于高速铁路在技术经济上是合理可行的。对跨海湾大跨度双线高速铁路斜拉桥结构的设计研究具有一定的参考价值。     

大跨度斜拉桥—无砟轨道结构变形适应性研究

以某高速铁路客运专线上铺设CRTSⅠ型双块式无砟轨道的大跨度斜拉桥为例,采用非线性阻力模型模拟扣件阻力、凸型挡台咬合力、隔离层摩擦阻力,基于有限元法建立无砟轨道—桥梁空间精细化非线性分析模型。通过计算列车竖向荷载和温度荷载作用下轨道结构和桥面板的竖向变形曲率、无砟轨道层间压缩量和梁端转角,分析无砟轨道与大跨度斜拉桥间的变形适应性。结果表明:列车竖向荷载在斜拉桥中跨时会引起各构件产生较大的竖向变形曲率;同一工况下轨道结构和桥面板竖向变形曲率的分布规律相同、数值大小相近;相比于列车竖向荷载,温度荷载作用下各结构竖向变形曲率较小,但分布更为复杂;除整体升温、整体降温作用下结合段无砟轨道出现局部层间脱空外,荷载作用下无砟轨道层间基本处于受压状态;梁端转角均未超过规范限值,具有较高安全富余度。     

收缩徐变效应对高速铁路大跨度混凝土斜拉桥运营状态的影响

大跨度混凝土斜拉桥具有造价低、刚度大、施工方便、养护工作量小等优点,已在公路市政工程中广泛应用,却较少在高速铁路建设项目中采用,关键原因在于铁路高速行车对轨道铺设完成后桥梁的徐变变形提出了严格的要求。本文依托广汕铁路跨增江主跨260 m混凝土斜拉桥,通过对有限元模型进行多个连续时间段的收缩徐变效应计算分析,系统总结了收缩徐变效应对高速铁路混凝土斜拉桥斜拉索索力、桥塔截面弯矩、变形等影响,梳理了主梁的内力、变形和截面正应力在30年运营期内的变化情况,全面展现了收缩徐变效应对大跨度高速铁路混凝土斜拉桥受力状态的影响,为类似工程设计提供可供参考的意见。     

铁路斜拉桥车激振动非线性分析方法

研究目的:斜拉桥因跨度大,可能在车辆通过时发生较大的变形,致使结构几何非线性效应变得显著.对斜拉桥进行非线性动力分析可以为桥梁结构设计提供更精确的理论依据.针对大跨度斜拉桥的几何非线性特征及铁路桥的特点,建立结构空间动力分析模型.通过模拟机车过桥的全过程,计算在机车通过时斜拉桥的动力响应.研究结论:求出了主跨300m铁路斜拉桥方案在机车通过时线性分析与非线性分析的动力响应结果,给出了结构位移时程曲线.对于大跨度铁路斜拉桥,非线性分析结果与线性分析结果相比,具有明显差别.在大跨度铁路斜拉桥车激振动分析中,考虑结构几何非线性效应是必要的.     

大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

赣江特大桥无砟轨道施工线形控制关键技术

昌吉赣高铁赣州赣江特大桥是主桥主跨300 m的斜拉桥,桥上铺设带有隔离缓冲垫层的CRTSⅢ型板式无砟轨道,是我国首座在300 m级跨度斜拉桥上铺设无砟轨道的桥梁。为保证列车运行平稳,主跨设置圆弧形预拱度,跨中轨面预拱度为60 mm。大跨度斜拉桥受桥上载荷、温度及风速等因素影响会产生较大变形,导致桥上CPⅢ精测控制网变化。考虑到无砟轨道施工的高精度要求,提出赣江特大桥上无砟轨道施工线形控制关键技术,保证赣江特大桥无砟轨道达到设计要求线形,可为其他大跨度桥上无砟轨道施工提供参考。     

跨海大桥动力响应监测与计算

以一座跨海大桥为工程背景,介绍了该斜拉桥监测系统的设置。利用ANSYS平台建立该跨海大桥的有限元分析模型,通过施加汽车及风荷载,计算桥梁的振动响应,并将计算结果与桥梁监测系统实测数据进行对比,验证了仿真模型的有效性。应用所建模型深入地分析了大跨度跨海斜拉桥的动力响应变化规律,结果表明:该斜拉桥自振频率较低,对风荷载作用较敏感。主梁的横向位移响应主要由风荷载控制。车速的变化对桥梁的横向位移影响不大,但当车速超过100 km/h时跨中节点最大竖向位移明显增加。     

大跨度三塔钢箱-桁结合梁斜拉桥受力性能研究

蒙华铁路洞庭湖特大桥主桥为大跨度三塔双索面钢箱-桁结合梁斜拉桥,主梁首次采用适合重载铁路大跨度三塔斜拉桥受力特点的钢箱-桁组合新结构,钢梁制造安装精度要求高,施工技术难度大。通过研究钢箱-桁组合结构下主桁、主塔、斜拉索和桥面系的刚度,提出增设中塔稳定索来提高三塔双主跨竖向刚度。中塔稳定索面积为241 cm2能使挠度降低20%,中塔塔顶水平位移降低41%,塔底弯矩降低64%。     

公铁两用斜拉桥竖向挠度的长期监测与分析

以黄冈公铁两用大桥2015年前3季度主梁竖向挠度和温度的监测数据为对象,研究公铁两用斜拉桥主梁竖向挠度在温度、列车荷载和汽车荷载下的变化规律,重点讨论温度挠度与主梁的相关性、温度挠度的空间相关性以及列车挠度的概率统计特性。分析结果表明:1)温度挠度与主梁温度之间存在较强的线性相关性。边跨跨中、主跨1/4跨、主跨跨中和主跨3/4跨随着温度升高呈下挠趋势;相应地,辅助跨跨中随着温度升高呈上拱趋势;2)辅助跨跨中、主跨1/4跨、主跨3/4跨与主跨跨中的温度挠度具有较强的空间线性相关性。辅助跨跨中挠度与主跨跨中挠度变化趋势相反,主跨1/4跨和主跨3/4跨的挠度与主跨跨中挠度变化趋势相同;3)列车挠度与主梁温度之间没有明显的相关性,可以采用t Location-Scale分布函数描述列车挠度实测数据的概率密度统计特性。     

大跨度斜拉桥地震响应分析

针对国外一座在建的大跨度斜拉桥,采用脊梁模型,基于大型通用有限元分析程序ANSYS建立了斜拉桥空间结构动力分析模型,使用3条实际地震波对该桥在纵、横向地震激励下的响应进行了计算分析,给出了主梁跨中和塔顶及塔底的内力、位移的地震响应规律,取得了一些有价值的结果。