钢-混凝土双面组合箱梁日照温度效应研究

在自然环境下,钢一混凝土双面组合箱梁受一天中日照变化的影响,在梁体内部会产生相应的温度应力和变形。以三跨钢一混凝土双面组合箱梁为研究对象,对组合梁在6：00至18：00日照条件下的温度应力与位移进行计算分析。利用有限元软件ANSYSl0．0建立三跨连续组合箱梁有限元模型,采用间接耦合解法进行热一结构耦合场的运算。得到了温度应力与温度位移的分布规律及时程分析,并对箱梁混凝土底板对温度效应的影响进行探讨。     

双箱单室钢箱梁摊铺沥青混凝土时的温度荷载模式

城市中小跨径钢桥逐渐采用沥青混凝土摊铺,沥青混凝土高温摊铺会对桥梁结构产生影响,需建立沥青混凝土高温摊铺时的温度荷载计算公式对不同类型桥梁进行分析。采用ANSYS建立钢箱梁节段瞬态热传导模型,分析浇筑式沥青混凝土摊铺过程中双箱单室钢箱梁温度场的分布特征。根据仿真结果建立了温度荷载计算公式,并利用热-结构耦合分析模型与梁单元模型讨论温度荷载公式在梁单元模型中的适用性。研究结果表明:采用温度荷载计算公式计算支座纵向位移时误差较小,计算支座竖弯转角时误差较大,计算支座竖向反力及梁体竖向位移时误差在10%以内。     

隧道冻胀模拟研究

采用有限元软件对寒区隧道模型进行了瞬态热分析,得到了模型内部温度分布状况和温度与时间之间的变化关系。通过对无保温层以及施做保温层后的饱水、自然含水混凝土试块内部监测点在降温过程中最小主应力时程曲线的对比分析,发现敷设隔热板与不敷设隔热板对寒区隧道的冻胀影响有明显差别。无隔热板混凝土降温过程中温度下降较快,应力梯度较大,敷设隔热板后内部热量散发较慢,温度梯度减小,应力增加较缓慢。     

温度及时效对隔震简支梁桥地震响应的影响

为了研究温度及时效对隔震简支梁桥的地震响应影响,主要介绍美国"AASHTO指导性隔震设计指南"提出的支座特性修正系数和调整系数,并结合国内隔震橡胶支座采用有限元软件ANSYS建立全桥模型进行力学数值仿真计算,根据桥墩高度不同共设置6种计算工况,地震动分析方法采用非线性时程法,从PEER地震动数据库中选取具有代表性的7条地震波进行抗震计算,并取计算结果平均值作为分析指标,分析结果表明:温度及时效作用会降低桥梁结构的基本周期,并会使隔震橡胶支座的剪力变大而位移变小;当桥梁结构基频较大时,温度及时效作用使墩顶位移、墩底弯矩及剪力值大幅增加;当桥梁结构基频较小时,可忽略温度及时效对墩顶位移产生的影响;同时,温度及时效在矮墩处对墩顶位移、墩底弯矩及剪力值的增大作用较明显,因此,建议对低温地区简支梁桥进行隔震设计时应采用隔震效果较好的支座,尽可能延长结构周期,同时在布置桥梁结构形式时应尽量避免出现矮墩,以减小温度及时效对桥梁结构产生的地震响应。     

酉水大桥大跨度连续箱梁桥斜交高墩日照温度效应分析

以湖南省张花高速公路酉水大桥(80+145+80)m大跨度悬臂浇筑预应力混凝土连续箱梁桥为工程背景,介绍斜交高墩日照温度效应的影响因素及有限元分析方法。运用ANSYS有限元分析软件,建立酉水大桥斜交高墩热效应分析模型,以现场实验数据为依据,分析桥墩在日照温度场作用下结构的温度场、温度应力分布特征;在得出桥墩温度应力分析方法的基础上,对桥墩施加结构荷载及边界条件,计算桥墩综合因素作用下的受力特征,并研究温度效应对桥墩受力的影响程度。最后计算温度效应对桥墩支座反力的影响,给出因支座反力变化对上部结构产生的扭矩。     

基于静力学分析的齿轨铁路接触轨中心锚结方案研究

齿轨铁路接触轨是齿轨铁路牵引供电系统的重要组成部分,其结构可靠性对牵引供电安全至关重要.本文针对250‰坡度齿轨铁路接触轨系统建立了 3种不同中心锚结结构的三维模型以及有限元模型,完成了 3种齿轨铁路接触轨模型在自重载荷下的静力学仿真,并评估了 3种中心锚结的结构可靠性.结果表明:两绝缘支架式的中心锚结结构接触轨出现了应力超标情况,不适用于大坡度下齿轨铁路;三支架式和两支架带拉杆式结构的接触轨静力学状态良好,适用于大坡度下齿轨铁路.研究结果可为齿轨铁路接触轨系统中各构件的设计和优化提供参考.     

32 m简支梁顶梁作业对有砟轨道无缝线路状态的影响

以32 m简支梁为研究对象，测试两端支座顶升、单边支座顶升、单墩支座顶升三种工况下的钢轨应变，计算分析顶升过程中钢轨纵向附加力和落梁后钢轨锁定轨温的变化规律；应用有限元软件建立桥上无缝线路梁轨相互作用模型，采用双线性阻力模型计算三种顶升工况下的钢轨附加力，并与现场测试结果进行对比。结果表明：落梁后钢轨内部存在残余附加力，引起钢轨锁定轨温改变，最大改变量为0.36℃，小于规范规定的5℃限值，不需要进行应力放散；三种顶升工况下，顶梁作业对钢轨纵向附加力影响范围均在顶升桥梁的相邻一跨简支梁以内，且产生的钢轨纵向附加力峰值均位于顶升位置和梁端位置；两端支座顶升方案对无缝线路影响最小，建议桥梁支座更换施工时采用该方案。     

桥梁横向伸缩对无砟轨道的变形影响研究

研究目的:混凝土桥与路基或钢桥相连时,在桥梁温度变化时,由于梁缝两侧横向伸缩位移的差异会对桥上无砟轨道结构受力及轨向不平顺产生影响。本文通过建立线、板、桥、墩一体化空间耦合模型,分析梁缝附近轨道结构受力及轨向不平顺的影响因素,并确定主要影响因素对应的取值范围,从而为后续桥梁支座、线间距等的设计提供理论指导。研究结论:(1)轨道板温度变化会引起轨距改变,但不会造成轨距超限;(2)CA砂浆层与轨道摩擦阻力在纵向与横向上的分配系数以及桥墩的横向水平刚度对轨向不平顺及凸台受力等影响较小,但钢梁的温度变化幅度及横向固定支座距线路中心线的距离会显著影响凸台受力及轨向不平顺;(3)依据轨向不平顺限值确定了不同桥梁温升幅度及线间距条件下的横向固定支座与活动支座之间的距离限值,为桥梁支座设置提供理论指导;(4)该研究成果可应用于铁路无砟轨道设计中。     

焊接缺陷对转向架强度的影响

分析结构承载截面积、材料属性、外力、焊接缺陷的方向及分布位置对结构的影响,以焊接缺陷处应力集中系数作为评估焊接缺陷影响结构强度的标准,建立转向架构架的整体和局部有限元模型,计算构架的应力分布并判定薄弱区域。通过焊接缺陷仿真模型计算,研究焊接缺陷尺寸和分布位置对构架强度的影响。计算结果表明,在靠近横梁的焊趾处存在着应力集中;表面缺陷对构件强度的影响比内部缺陷大,尤其是高应力区的表面缺陷严重影响构架的强度;表面缺陷及个别类型的内部缺陷会改变构件高应力区的分布。     

高阻尼橡胶支座剪切性能压力相关性试验研究

研究目的:在实际地震中由于水平倾覆力矩和竖向地震作用的影响,基础隔震结构中橡胶支座承受的竖向压力将会产生较大变化,而橡胶支座竖向压力的变化将会对支座的剪切性能产生一定影响,因而有必要对支座剪切性能的压力相关性进行研究。本文采用低周反复循环加载试验方法对高阻尼橡胶支座进行压剪试验,研究压应力和剪应变对支座剪切性能的影响,从而建立高阻尼橡胶支座剪切性能的压力相关性经验公式。研究结论:(1)随着压应力和剪应变的增大,支座的滞回曲线越来越饱满,支座的耗能能力增大,并出现了明显的刚度硬化现象;(2)支座的屈服力和等效阻尼比随着压应力的增大而增大,随着剪应变的增大,压应力对屈服力的影响逐渐增大,压应力对等效阻尼比的影响有所减小;(3)支座的屈服后刚度随着压应力的增大而减小,随着剪应变的增大,压应力对屈服后刚度的影响逐渐减小;(4)当剪应变较大时,水平等效刚度随着压应力的增大而增大;(5)根据试验结果给出了支座剪切性能的压力相关性经验公式,可供高阻尼橡胶支座基础隔震结构设计人员参考和使用。     

地震荷载作用下轮轨系统振动特性分析

为了分析轮轨系统在地震荷载激励下的动力响应,根据振动力学和有限元理论,利用ANAYS结构分析软件,建立三维轮轨系统接触的有限元模型,模型中考虑轮轨之间的实际接触状态,计算在地震荷载激励下的轮轨系统的振动特性。结果表明:地震荷载下轮轨接触应力是静力时的1.8倍,并且轮轨出现短暂的分离,接触区域的等效Mises应力有不同程度增大,车体加速度超出限值14.3%。     

大功率机车轮轨接触应力计算分析

轮轨关系是大功率机车车轮国产化的重要研究内容。轮轨接触应力分析是轮轨接触问题的基础。大功率机车轮对在运行过程中相对钢轨断面产生不同横移,直接影响轮轨接触应力。应用轮轨非线性接触理论及并行计算技术,构建大功率机车轮轨接触应力分析的大规模有限元模型,并在中国科学院研究生院计算地球动力学实验室的网络集群并行计算环境下完成有限元计算,研究了轮对横移量对大功率机车轮轨接触应力影响。计算结果表明,轮对不同横移时,车轮踏面内均出现塑性变形,塑性变形从车轮踏面内约6 mm处延伸至接触表面。轮轨接触斑的横向长度与接触面积随轮对横移量的变化有着相同的变化规律。随着横移量的改变,多数情况下的轮轨接触斑形态与Hertz理论的椭圆假设有较大差别。     

轨道交通 U 梁温度梯度效应研究

为研究轨道交通 U 梁的温度梯度效应,整理并总结目前国内既有项目对高架 U 梁进行的温度监测模式及 研究结果,结合实体有限元模型计算分析,得出 U 梁在各温度梯度模式下的温度应力及变形值,并提出可应用于 工程设计的 U 梁温度梯度模式。研究结果表明,温度梯度荷载工况下的 U 梁纵向正应力值在设计正应力值中占 比相对较大,而横向应力和局部变形差相对较小;轨道交通线路走向大体呈东西向时,高架 U 梁运营后的腹板竖 向温度梯度建议采用指数函数,底板竖向温度梯度建议采用折线函数,研究结果可为相关工程设计提供参考。     

CHN60轨与59R2槽型轨对现代有轨电车轮轨匹配性能的影响分析

为研究CHN60钢轨型面、59R2钢轨型面与现代有轨电车不同磨耗车轮型面的匹配性能,对国内一现代有轨电车车轮型面进行现场测量,将运行不同里程后磨耗车轮型面分别与CHN60钢轨型面、59R2槽型轨型面在对中位置进行型面匹配,建立轮轨弹塑性接触有限元模型,对有轨电车轮轨接触的Mises应力、接触状态进行了研究。研究结果表明:新车轮与CHN60钢轨、59R2槽型轨匹配的最大等效应力相差不大;随着运行里程的增加,磨耗车轮与CHN60钢轨、59R2槽型轨匹配的最大等效应力先增加后减少;有轨电车磨耗车轮与59R2槽型轨匹配的接触斑面积大,最大等效应力小,且形状更接近于椭圆形,轮轨匹配性能较好。     

无缝线路纵向温度力作用下的动力特性分析

通过建立无缝线路有限元动力计算模型,运用数值分析方法深入分析了无缝线路钢轨的自振频率与温度变化引起的纵向应力之间的关系,为无缝线路钢轨纵向温度力的测试提供一种可行的思路和方法.模型不仅包括钢轨模型、轨下弹性垫板及扣件模型、轨枕模型,还考虑了道床模型及路基模型,并分析了钢轨磨耗以及轨下基础刚度等因素对钢轨竖向振动特性与纵...     

CRH2010A综合检测车测力车轮与钢轨滚动接触弹塑性分析

运用非线性有限元分析软件ABAQUS,考虑通过直线、曲线线路和道岔3种工况,建立CRH2010A综合检测车的测力车轮与钢轨的三维滚动接触有限元模型,进行不同工况下测力车轮与钢轨的滚动接触特性及车轮辐板和轴毂的受力分析。结果表明:测力车轮的滚动接触特性与动车车轮相似;通过直线线路且轮对横移量为8mm时,产生轮缘效应,车轮磨损加剧;通过曲线线路时,左侧车轮与钢轨出现两点接触中心区;通过道岔时,左侧车轮与长心轨均发生塑性变形,车轮和钢轨的磨耗加剧;轴毂的过盈连接对轮轨接触特性的影响,远小于其对轴毂连接区域和辐板加工区域应力的影响;在这3种工况下测力车轮均满足静强度要求。     

无缝线路稳定性分析有限元模型

利用有限元法建立包含钢轨、扣件、轨枕和道床阻力为一体的轨道框架模型。研究在温度力作用下无缝线路的臌曲失稳问题。推导相应的数值计算公式并编制了计算程序。轨道框架模型由4种单元组成：用考虑钢轨非线性变形的平面梁单元代表钢轨；无几何尺寸的两结点弹簧单元模拟钢轨扣件；弹性基础上的普通平面梁单元表示轨枕；弹簧单元模拟道床的横向、纵向阻力，并考虑了道床阻力的非线性特性。运用该模型，分析道床横向阻力、轨枕失效、曲线半径和线路初始弯曲对无缝线路稳定性的影响，得到不同工况下钢轨横向位移-温度曲线、钢轨内应力分布及钢轨和轨枕的横向变形分布曲线。     

城轨交通中三轨系统有限元模型及其动力特性

建立了由钢铝复合轨、绝缘支架、支撑卡爪和支架底座组成的三轨系统的有限元模型,计算了其动力特性,分析了下部桥梁结构振动的影响,为轨道的磨耗磨损研究及集电靴与接触轨的动态受流仿真的进一步研究建立基础。研究得出,三轨系统前十阶的自振频率范围与桥梁结构的自振频率相差较大,两者不会发生共振。     

重载轮轨黏着特性的数值分析

基于ALE (Arbitrary Lagrangian Eulerian)有限元建立稳态轮轨滚动接触的三维有限元模型.利用该模型计算和分析重载轮轨滚动接触的黏着特性,并研究不同速度等级对重载轮轨黏着蠕滑特性的影响.用该模型对重载大功率机车车轮在轨道上从制动、惰行到牵引过程进行计算,得到了这一过程中轮轨接触状态的变化规律和黏着特性曲线.在重载大功率机车从制动、惰行到牵引的过程中,轮轨纵向摩擦力由反方向饱和状态逐渐转变成牵引方向饱和状态,而轮轨横向摩擦力始终呈反对称性分布,其最大值位置先是逐渐靠近接触斑中心,然后又逐渐远离之;摩擦力矢量呈旋转分布,其方向从与运动方向相反逐渐变为与运动方向相同,其旋转中心从轮缘附近逐渐进入接触斑,随后又逐渐向轮缘一侧移动;当轮轨纵向蠕滑率较小(≤0.003)时,黏着力随纵向蠕滑率的增加而近似线性增加,但运行速度对此影响不大;进入大蠕滑率(＞0.003)区域后,黏着力随蠕滑率的增加而减小,并且速度越高,黏着力降低得越快.     

表面选区强化对钢轨波磨处轮轨滚动接触行为的影响

层流等离子体表面强化技术可大幅提高钢轨表面的硬度和耐磨性。为了揭示强化处理对轮轨滚动接触行为的影响,建立同时考虑钢轨表面选区强化和短波波磨的三维轮轨瞬态滚动接触有限元模型,数值计算了车轮高速滚过一个波磨周期的轮轨力、接触斑黏滑分布和残余应力应变。对比发现:表面选区强化对轮轨力和接触斑黏滑分布的影响较小,不影响钢轨承载性能;对钢轨表面残余应力应变分布的影响明显,残余应力主要集中在屈服强度较高的强化斑内而残余应变主要集中在韧性较好的基体材料上,表面选区强化有效结合了强化斑和基体材料的力学性能,形成了一种强韧的良好匹配。结果可为现场生产服务提供一定的理论指导和应用参考。