铁路钢桁梁桥结构校验系数研究

以2座铁路钢桁梁桥的试验数据为基础,介绍钢桁梁结构校验系数通常值的适用条件及其特点,研究桥梁的理论内力和变形与平面、空间计算模型的相关性,分析钢桁梁挠度实测校验系数,杆件和纵、横梁应力实测校验系数的特征,提出利用实测的应力、挠度和结构校验系数定量评价桥梁强度和刚度的方法。研究结果表明:钢桁梁桥检定试验宜采用空间模型计算杆件的内力和结构变形,并由此得到结构校验系数;现有简支钢桁梁的结构校验系数通常值不适用于连续钢桁梁;采用结构校验系数换算求得设计活载下的杆件应力和桥梁挠度,可较为准确地评价桥梁结构的强度和刚度。研究结论可供相关单位桥梁检定和规范修订时参考。     

大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥极限承载能力研究

研究目的:钢桁梁柔性拱桥具有强大的承载能力及跨越能力,也是大跨度铁路桥梁常用桥型之一,其跨度不断发展。针对铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力问题,本文同时采用MIDAS及ANSYS两种有限元软件建立一座双主跨360 m的大跨径下承式钢桁梁拱桥的有限元模型,通过对比双主跨满载等三个荷载工况的线弹性承载力分析,并考虑结构几何非线性、几何与材料双重非线性的影响,系统分析大跨度铁路钢桁梁柔性拱桥的极限承载力。研究结论:(1)由线弹性承载力的计算对比分析可知,实际结构在恒载+主跨满载的工况下,结构的受力最不利杆件为拱肋及主桁上弦杆和斜腹杆部分,杆件应力达到屈服时的承载力系数最小为2.06;(2)线弹性极限稳定承载系数介于10.64～12.46,均为拱肋的整体失稳破坏,最不利的荷载工况为恒载+主跨活载,表明桥梁结构的稳定承载力远大于杆件强度承载力;(3)考虑p-Δ效应与整体、局部几何偏位初始缺陷后,计算得到的稳定承载系数依次降低至2.75、2.65,表明几何偏位初始缺陷会显著降低极限稳定承载能力,考虑材料非线性后极限稳定承载力系数进一步降低至2.20;(4)验证了桥梁结构具有良好的稳定承载能力及构件强度承载能力,可为类似桥梁极限承载能力分析提供参考。     

大跨度钢桁梁桥静动力性能试验研究

以某铁路64m单线栓焊下承式钢桁梁桥为研究对象,采用数值模拟分析和现场试验相结合的方法,进行提速和扩能条件下的大桥静动力性能试验研究。结果表明:静载作用下,实测大桥杆件应力和跨中挠度均小于理论计算值,挠度、应力校验系数略大于规范通常值,挠度和应力相对残余均满足要求,上下游两片受力较为均匀;不同速度列车作用下桥梁运营性能指标基本满足规范要求,但实测数据均较大,且大于同类型双线钢桁梁桥,空重混编列车引起桥梁更大振动;桥梁基本满足承载能力和使用条件要求,结构处于良好的弹性工作状态,但桥跨结构整体刚度偏弱,安全储备较小,建议对桥梁整体刚度进行加强并对桥梁动力响应进行实时监测。     

铁路钢桁梁桥疲劳检算三线系数

我国铁路正准备修建三线桥甚至四线桥,现行规范及研究只涉及到两线桥的疲劳检算。将三线铁路桥梁列车相遇的复杂随机过程问题简化为较简单的概率问题,推导出铁路三线钢桁梁桥列车两两相遇概率及相遇次数、三线相遇概率及相遇次数,通过模型处理和简化,推导出三线钢桁梁桥疲劳检算三线系数的近似计算式。算例说明,应用近似计算式将使三线钢桁梁桥的疲劳检算变得简单、方便。该研究思路和方法也为四线钢桁梁桥及更多线钢桁梁桥的疲劳检算多线系数研究提供依据。     

铁路悬索桥疲劳最不利吊索分析方法

铁路悬索桥活载在总荷载中所占比例较高,其应力幅相对公路桥更大,吊索更容易产生疲劳现象。国内对于悬索桥吊索疲劳相关理论分析较少,对于铁路悬索桥吊索的疲劳研究更是寥寥无几。本文根据我国铁路桥梁疲劳检算的设计规范和标准得出相应的疲劳荷载布载方式,结合悬索桥内力计算的特殊性,确定各吊索的疲劳设计竖向力;研究列车通过桥梁时各吊索点的纵向位移时程,确定纵向弯折的幅度。运用相应桥梁结构分析软件计算得出各吊索各部位相应荷载值,分析疲劳最不利吊索。     

走进我国铁路著名桥梁(上)

前几期我们介绍了各种桥梁的类型和结构,以下我们来举出中国铁路桥梁的一些实例,以便加深读者对各种桥梁的印象.这些桥,在中国铁路桥梁建设史上都很著名.钢梁桥钢梁桥是梁桥的一种,采用的是钢梁,包括钢板梁和钢桁梁.钢板梁桥现在已少见.钢桁梁桥的钢梁不是实心的,而是由各种杆件组成的桁架构成的,远远望去是许多格架组成的.上承式钢桁梁(桥面在梁上面)的跨度较小,已被钢筋混凝土梁替代.一般的钢桁梁多为下承式,铁路从钢桁梁中间穿过.     

刚性悬索加劲连续钢桁梁受力特性成桥试验研究

石济客运专线济南黄河公铁两用桥主桥采用了三桁式刚性悬索加劲连续钢桁梁的特殊结构形式,针对此桥梁的结构特点,开展了成桥专项试验研究。首先测试了外荷载作用下桥梁3片主桁挠度及相应杆件应力的横向分配。其次,测试了有砟轨道铁路桥梁正交异性桥面体系在列车局部轮载作用下各构造细节的受力特征。最后,对刚性悬索加劲钢桁梁上弦杆与加劲弦连接处特殊节点的受力特性进行了测试。实测结果表明:桥梁3片主桁横向具有较好的整体性;有砟轨道铁路桥梁的正交异性桥面体系各构造细节均未出现明显的应力集中效应;特殊节点板受力特征与有限元计算结果吻合,连接板圆弧倒角处应力较大。     

空间薄壁结构应力测试与分析

研究目的:以焦柳线4 m×128 m连续钢桁梁桥荷载试验为依托,论述空间薄壁结构应力测试的理论和方法,在理论计算和试验数据的基础上,分析主桁杆件的受力性能、传力特点、应力状态以及次应力影响。研究结论:通过分析表明:钢桁梁桥的主桁杆件主要承受轴向力作用,受力性质与设计理论一致;桥梁的空间传力作用与杆件间的连接刚度、杆件的位置以及荷载的作用点有关,按杠杆原理简化计算2片主桁间的荷载分配是偏于安全的;按空间梁单元模型计算的下弦杆应力比平面模型计算应力小9.9%~16.4%,"桥检规"中按平面杆系模型计算统计的结构校验系数通常值仅具有参考意义;主力组合下各测试杆件的实际应力小于设计允许应力,并有一定的强度储备;杆件的次应力与节点板和杆件本身的刚度成正比。     

128m大跨度铁路应急钢桁梁极限荷载

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231,能够保证安全运营;损伤位置对结构极限荷载影响明显,损伤位置越靠近跨中,影响越大;跨中为杆件损伤最不利位置,损伤程度较大时,结构将因杆件局部应力过大而发生强度破坏;随着损伤长度增加,极限荷载呈现先迅速下降、后小幅上升并逐渐趋于稳定的变化趋势,损伤程度越大,损伤长度对极限荷载的影响越明显;损伤形式对极限荷载影响差异较大,杆件的截面损伤和材料屈服强度退化对极限荷载影响显著,而杆件的材料刚度退化的影响可基本忽略。     

铁路钢桁梁桥在重载列车下的受力适应性分析

在既有线上开行重载列车可满足我国快速发展的铁路运量要求,但势必会对既有铁路桥梁的安全性产生不利影响。以长东黄河大桥4跨铁路连续钢桁梁为工程背景,采用Midas软件建立了有限元模型,对其整体受力性能和杆件局部受力性能在30 t重载列车下的适应性进行了分析。结果表明:长东黄河大桥连续钢桁梁的整体受力性能满足30 t重载的运营要求,其中竖向挠度安全裕度较中-活载下降约22%,但横向挠度安全裕度无明显下降。钢桁梁各杆件的应力安全储备系数、疲劳安全储备系数和稳定安全储备系数均较中-活载下降低近20%左右,且个别杆件在30 t重载下的疲劳和稳定性能不满足规范要求,需进行适当加固。     

铁路简支钢桁梁桥横向抗震性能研究

通过分析钢桁梁的抗震薄弱部位及其抗震性能,建议以应力比为指标来确定钢桁梁抗震最不利杆件。建立了跨度48 m的铁路简支钢桁梁桥全桥有限元模型,以应力比为判据计算分析横桥向地震作用下该桥抗震薄弱部位并对相应杆件的抗震性能进行了评价。研究结果表明:下弦杆E4E6及下平纵联斜杆F0H1为抗震薄弱部位,在8度罕遇地震作用下分别会发生强度破坏和失稳破坏。     

基于车桥耦合动力分析的桥梁动应力计算方法

为充分反映列车与桥梁的动力相互作用,建立三维车辆模型及桥梁有限元模型,依据轮轨接触关系形成车桥耦合动力系统模型;考虑轨道不平顺的随机激励作用,求解车桥系统动力方程,得到桥梁节点的振动响应。在此基础上,计算桥梁构件单元的动应力响应时程。以CRH2型动车组通过某跨度为80m的下承式钢桁梁桥为例,计算分析各局部杆件的动应力时程及不同杆件的应力动力放大系数。结果表明:所给出的计算方法考虑了桥梁横向振动的影响以及轨道不平顺激励,能够真实反映列车荷载作用下桥梁局部构件的动应力响应;在列车荷载作用下下承式简支钢桁梁桥各类杆件中的危险杆件并不一定出现在桥梁跨中,动应力响应沿桥跨方向呈现出与位移响应幅值不同的空间分布趋势;不同类型杆件的应力动力系数不相同;现行规范中关于运营动力系数的计算不能真实反映不同车速下桥梁杆件应力的动力放大效应。     

铁路钢桥抗火性能和极限承载力研究

钢桥因轻质高强、跨越能力大而广泛应用于铁路的交通枢纽和咽喉工程,但近年频发的极端事件—桥梁火灾在铁路桥梁中屡见不鲜,严重威胁结构安全,导致结构产生不可恢复的损伤甚至倒塌。探究在火灾下桥梁性能退化规律,确定火灾下的铁路桥梁极限承载能力,是保证铁路桥梁安全运营的基本前提。此处以80 m单线铁路简支钢桁梁桥为研究对象,基于大涡模拟(LES)场模型理论,采用FDS火灾模拟软件分析确定桥上与桥下火灾场景温度场及升温曲线,结合有限元软件通过热-结构耦合分析火灾作用下结构温度场和极限承载能力。研究表明：桥上火灾场景火灾温度场在水平面内分布均匀,受火30 min左右时构件温度接近火灾烟气温度,钢材性能有所弱化;活载较大时,桥门架最先发生屈曲,屈曲系数为0.939,结构可能因高温导致热屈曲失稳。桥下火灾场景影响范围在16 m左右,下弦杆及下平纵联温度最高,桥下净空为5、10 m时,结构分别在受火6.8、22.5 min左右时达到耐火极限,桥下净空为15、20 m时,结构受火灾作用的影响较小;结构临界屈曲荷载随温度升高逐渐减小,各火灾场景结构极限承载能力分别下降34.1%、14%、2.2%、1.5%左右,...     

考虑车-桥耦合的重载铁路钢桥局部疲劳分析

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方法,将车速和轨道不平顺作为随机变量,随机选取100个车速和轨道不平顺的组合样本;利用Miner线性疲劳累积准则和概率密度函数方法,得到钢桥最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数的概率分布,并给出桥梁局部疲劳损伤系数与列车编组的关系式;最后分析不同列车类型和行车速度条件对桥梁疲劳损伤的影响。研究结论:(1)在考虑参数随机概率分布的条件下,桥梁最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数均服从Lognormal分布;(2)当货运列车年运量一定时,列车轴重是桥梁局部损伤的主要影响因素,桥梁的疲劳损伤随轴重增加而增大;(3)在设计时速范围内,列车速度与桥梁疲劳损伤的相关性不强;(4)本研究成果可为重载铁路钢桁梁桥设计与疲劳性能评估提供参考。     

新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构参数研究

钢桁梁桥由于其承载性能好和跨越能力较强等优点,在大跨度铁路桥梁中被广泛采用。但大跨度钢桁梁桥具有跨中挠度大、梁端转角大和温度变形敏感等特点,为了减小大跨度钢桁梁桥二期恒载、适应桥梁变形特性,在大跨度钢桁梁桥上采用新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构。以南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥铺设新型明桥面轨枕板式轨道为背景,采用有限元法建立大跨度钢桁梁桥上轨枕板式无砟轨道结构计算模型,研究了轨枕板结构参数对轨道受力与变形的影响,确定轨道结构的合理尺寸与参数。结果表明:轨枕板的外形尺寸直接影响其受力和变形特征;板下垫层的厚度对垫层的受力特性的影响较大;建议南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥上采用具有2组承轨台、宽度为2800 mm的轨枕板,轨枕板厚度为280 mm,板下垫层厚度为120 mm。     

基于多次检定试验的铁路钢桁梁桥技术状态变迁研究

大准（大同—准格尔）下行线黄河特大桥主桥为（96+132+96）m连续钢桁梁柔性拱结构，该桥自1992年成桥以来经历了4次桥梁检定，历次检定均开展了静载、脉动、行车试验。本文对历次检定试验中桥梁主桁挠度、杆件应力、桥梁自振特性、桥梁运营性能等关键指标的测试结果进行梳理，对桥梁实际工作状态、安全承载能力的变迁情况进行分析。结果表明，桥梁经过近30年的服役后，尽管线路运营状态发生了较大变化，而且4次检定试验时采用的加载列车形式、测试内容都不尽相同，但关键测试指标均表明桥梁受力状态良好，桥梁整体性能和技术状态与成桥时相近。     

支点高差对多跨钢桁梁落梁施工应力影响分析

为明确拖拉落梁施工时支点高差对钢桁梁杆件应力的影响,以一座多跨简支钢桁梁桥为工程背景,利用MIDAS/Civil软件建立空间模型进行数值模拟。研究结果表明:两跨端部主桁出现支点高差引起的钢桁梁杆件应力呈线性变化;支点高差对钢桁梁端斜杆应力影响最为明显;通过调整钢桁梁首尾端支点高差的方法可实现临时连接水平杆件的零应力拆解;落梁作业时,不同步落梁产生的杆件应力大体呈现线性增加的趋势,其中,对角不同步落梁对杆件应力影响最大。     

重载铁路钢桁梁健康监测系统设计及应用北大核心

从钢桁梁运营维护需求出发,结合重载铁路桥梁的结构特点,采用自动化监测与电子化人工巡检相结合的健康监测系统实现多源数据的集成与管理。以朔黄重载铁路64 m双线钢桁梁为工程背景,对加速度、振幅、应力、挠度数据进行分析并基于1/3倍频程谱进行桥梁状态评估。结果表明,桥梁运营状态良好,钢桁架梁健康监测系统可为桥梁的后期运维提供决策依据。     

64 m跨简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态

研究目的：随着列车速度的提升，对铁路钢桥的要求越来越高，一些既有线路的老式钢桥是否能够满足现有规范的设计要求是一个迫切需要解决的问题。本文通过对64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态进行分析以得出它是否满足新规范的要求。 研究方法：通过比较铁路桥梁钢结构设计的新旧规范，找出它们之间的主要差异。然后通过理论计算，分析老式钢桥是否满足新规范的要求。 研究结果：得出新规范在纵向联结系的长细比限值、中心压杆轴向容许应力折减系数、各种构件疲劳容许应力的检算和横向刚度的规定等诸多方面更加严格的结果。通过进一步分析得出64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥主要杆件的内力、构造和整体结构的横向自振频率等方面无法满足新规范要求，而强度也几乎达到新规范的临界值的结果。 研究结论：随着高速铁路的发展和列车运载量的提升，需要对老式钢桥进行加固处理，以满足列车安全运营的要求。     

斜腿刚构桥刚结部位局部应力分析

斜腿刚构桥应用于铁路桥梁,为了保证结构的安全和列车行驶的稳定性,对结构的刚度要求较高,从而导致桥梁结构自重对结构产生的效应比公路桥大大提高,加之铁路活载比公路活载大大增加,因此,对桥梁受力复杂部位的应力检算显得尤为重要。着重对斜腿刚构桥的斜腿与梁部刚结部位的应力分布情况进行计算分析,根据有限元中的板壳理论分析得出刚结部位的应力集中情况。