双弹性垫板刚度对扣件减振性能影响研究

为了研究垫板刚度对地铁中大量使用的双弹性垫板扣件减振性能的影响,通过对简化模型的理论推导,以及采用实验室测试和数值模拟相结合的方法,得出:板下垫板刚度越大,则轨道板位移频响越大,轨下垫板刚度大小对轨道板振动位移频响基本没有影响;轨下垫板刚度以及板下垫板刚度越大,则轨道板振动加速度频响越小。因此,设计开发双弹性垫板的扣件,应该根据轨道板位移控制和加速度控制综合考虑。     

弹性分开式扣件弹性垫板静刚度测试评价方法

研究目的:为探索弹性分开式扣件弹性垫板静刚度的合理测试和评价方法,本文首先通过单因素试验分析各因素对弹性垫板静刚度测试结果的影响规律,提出弹性垫板合理的静刚度测试方案,然后结合弹性分开式扣件服役状态,给出其轨下和板下弹性垫板静刚度评价建议。研究结论:(1)扣件弹性垫板的静刚度测试应包含预加载和正式加载两部分,首先以3～5 kN/s的加载速率对弹性垫板进行不少于2次的预加载(预加载最大载荷应高于静刚度荷载范围至少10 kN),紧接着以1～2 kN/s的加载速率进行3次正式加载,并在静刚度测试荷载范围两端点保持荷载90 s(荷载小于100 kN时可缩短至60 s),记录位移稳定时的数据来计算弹性垫板的静刚度;(2)弹性分开式扣件轨下和板下弹性垫板应采用不同的评价标准对其静刚度进行评价,其中轨下垫板通过测试20～70 kN荷载范围内的割线刚度进行评价,板下垫板应根据扣件实际服役状态所受荷范围的割线刚度进行评价;(3)本研究成果可应用于弹性分开式扣件轨下和板下垫板静刚度的测试与评价。     

装配式钢框架建筑屈曲约束支撑抗震性能研究

为解决多层装配式钢框架消能结构连接方式对其抗震性能的影响,以新建石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,运用室内物理模拟的手段,建立了预埋件连接和焊接连接2种不同的小比例尺试件,对比两者的滞回曲线、骨架曲线、刚度曲线、延性和耗能参数等抗震性能指标。结果表明：两种连接方式的滞回曲线都呈饱满的梭形,耗能性能良好;相比于焊接连接,预埋件连接的屈曲约束支撑屈服位移明显增加、屈服荷载则降低,极限位移和极限荷载的变化规律则恰好相反;两种连接方式的初始刚度接近,割线刚度随位移的增加均呈现指数降低;相同位移下,预埋件连接的试件具有更大的割线刚度,但延性系数更小;预埋件连接试件的能量耗散系数、等效黏滞阻尼系数均约为焊接连接试件的0.81倍,表明屈曲约束支撑采用焊接连接方式具有更为优越的抗震性能。     

带肋方钢管混凝土柱偏心受压试验研究

以长细比和偏心率为主要变化参数,设计了6根带肋和6根无肋方钢管混凝土试件,对其进行了偏心受压的试验研究。试验结果表明,所有试件都最终由于失稳而破坏;试件长细比和偏心率越大,其刚度和极限荷载越小,偏心率对极限荷载的影响更为显著;试件偏心率越大,后期延性越好;加载初期试件中截面变形符合平截面假设;设置加劲肋能有效延缓管壁局部屈曲的发展,能提高试件的极限荷载和后期延性。     

工作荷载和高地温环境下锚杆极限拉拔力试验研究

针对复杂工程环境中高地温导致锚杆支护结构锚固性能劣化和结构损伤的现象,研究工作荷载和高温同时作用下对其极限拉拔力的影响。基于力学相似原理设计并制作了3组共9个锚杆试件,通过室内逐级加载拉拔试验,得到试件在不同工作荷载和养护温度作用下,锚杆的极限拉拔力变化规律。研究结果表明:工作荷载越大养护温度越高的试件其裂缝数量最多且宽度最宽;所有锚杆试件的荷载-位移曲线大致相同并且都存在弹性、屈服、塑性强化和拔出破坏4个阶段,曲线呈现三折线特征;当试件的工作荷载一定时,试件的极限拉拔力随养护温度的升高呈现先增高后降低的规律;当试件的养护温度一定时,试件的极限拉拔力随工作荷载的增大而减小。     

双块式无砟轨道弹性缓冲垫层物理力学性能试验研究

针对桥上双块式无砟轨道限位结构的特点,确定了弹性缓冲垫层的材料特性和性能指标,研究了弹性缓冲垫层的静刚度和疲劳试验方法,开展了室内试验和现场实尺模型试验.室内试验各项物理力学指标满足相关技术标准要求,试件材料性能稳定,检验方法实用可行.通过推板试验得到了荷载-位移曲线关系,最大设计荷载作用下弹性缓冲垫的变形量在允许范围内.     

轨下新型网孔式弹性垫板力学性能影响研究

为了提高轨道交通轨下弹性垫板的力学性能,使垫板材料的弹性充分发挥,研究一种新型网孔式轨下弹性垫板结构。通过建立网孔式轨下弹性垫板的有限元计算模型,选用Mooney-Rivlin超弹性本构模型模拟橡胶材料特性,在弹性垫板材料参数不变的条件下,通过网孔间距、网孔内接圆直径、板厚和倒角半径等关键参数来调整网孔式弹性垫板的静刚度,分析其对弹性垫板力学性能的影响,并与传统沟槽型弹性垫板进行对比。结果表明:在孔径不变的条件下,网孔间距增大,垫板静刚度近似线性增大,最大应力增大;网孔直径增大,垫板静刚度近似线性减小,最大应力减小。垫板厚度增大,静刚度明显减小,而最大应力小幅减小;网孔结构倒角后弹性垫板的静刚度小幅增加,但最大应力明显减小。相比于静刚度相近的沟槽型弹性垫板,网孔式弹性垫板的最大应力明显减小,可有效提高其耐久性,同时网孔式弹性垫板的静刚度具有可灵活调整的能力,因此,将网孔结构应用于轨下弹性垫板具有可行性。     

DZ Ⅲ型扣件铁垫板上横向力传递规律及影响因素分析

为探明DZ Ⅲ型扣件系统铁垫板以上较为复杂的列车横向荷载的传递规律,通过室内试验测得DZ Ⅲ型扣件系统铁垫板以上部分的横向荷载-位移曲线,研究扣件系统铁垫板以上横向传力规律。建立三维有限元模型,在仿真结果与试验验证的基础上,分析列车横向力在扣件系统铁垫板以上的传递过程,并由此展开各类影响因素对扣件系统铁垫板以上横向传力以及横向刚度影响规律的研究。研究结果表明：DZ Ⅲ型扣件的横向传力过程具有明显的非线性特征,传力曲线本身存在2个明显的拐点(剪切-滑移拐点和滑移-贴靠拐点)。以这2个拐点为界限,可以将横向力传递过程分为垫板剪切、轨底滑移和轨底贴靠3个阶段,轨距块的摩擦力、轨下垫板的摩擦力以及轨距块的支承力分别为3个阶段横向力的主要传递方式。轨距块与轨底间的摩擦因数以及轨下垫板与轨底间的摩擦因数分别是影响2个拐点的关键因素,前者的摩擦因数由0.1提高至0.3,会使剪切-滑移拐点的横向位移增大50%,但不影响拐点处横向刚度的大小。后者的摩擦因数由0.2提高至0.6,会使滑移-贴靠拐点处的横向割线刚度提高75%。垂向荷载的存在有利于提高滑移-贴靠拐点后的横向刚度,且会削弱垫板摩擦因数对横向力传...     

高速铁路有砟道床纵向阻力滞回曲线特征及规律研究

针对有砟轨道道床纵向阻力的强非线性特点,通过足尺试验模型,在不同加载速率和位移极值的周期性纵向荷载作用下,研究散体道床的纵向阻力滞回曲线特性及规律。结果表明:散粒体道床在周期性荷载作用下的卸载曲线与加载曲线不重合,加、卸载曲线形成一条闭合的、呈中心对称的滞回曲线;滞回曲线的形态特征并非理想的滞回状态,滞回环面积随位移幅值的增加线性增大;位移幅值越大道床能量耗散系数越大,道床耗能能力越强,滞回曲线越饱满;道床的动刚度近似随荷载循环周次的增加线性递减;滞回曲线分段刚度值受位移幅值影响明显,不同位移幅值下的滞回曲线分段刚度值不同。有砟道床纵向阻力具有滞回特性说明其正常使用状态存在动态耗能行为,有助于深入研究高速条件下有砟线路的高稳定性、高可靠性和高安全性。     

WJ-7型扣件横向阻力试验研究

为确定轨条碎弯时WJ-7型扣件的横向刚度取值,在实验室条件下,对一段安装了一组扣件的短钢轨加载横向力,测量扣件铁垫板和钢轨截面轨头、轨腰、轨底的横向位移,考虑到试验误差,只取均匀性较好5组数据分析横向力与位移之间的关系。试验结果表明:铁垫板位移随横向力的加载呈线性增加;以铁垫板产生单位位移所需施加的横向力表征横向刚度,常阻力扣件横向刚度在143.7～162.1 kN/mm,小阻力扣件横向刚度在130.2～138.9 kN/mm;钢轨截面各位置横向位移曲线由二次抛物线和直线两部分组成。     

基于直接刚度法的弹性地基深梁单元

为研究弹性地基深梁的受力及变形性能,根据双参数弹性地基模型和Timoshenko深梁模型的基本方程,建立了弹性地基深梁挠度控制方程,求得了挠度方程全解,并给出了弹性地基深梁梁轴转角、截面弯曲转角及剪切角的表达式;结合节点位移条件,得到了位移系数;根据节点力方程建立了刚度平衡方程,给出了弹性地基深梁的刚度矩阵方程及均布荷载的等效节点力向量。在此基础上,分别计算了均布荷载、跨中集中力、两端集中力、两端集中力矩等荷载工况下的节点位移,求得弹性地基深梁挠度曲线,验证了本文给出的刚度矩阵方程及等效节点力向量的合理性及适用性。     

装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计及抗震性能研究

为解决装配式钢框架与混凝土墙体连接节点的抗震设计问题,以石景山区北辛安社区养老及助残服务中心为研究对象,提出2种不同装配式钢框架与混凝土墙体节点连接设计,运用室内试验方法,建立物理模型,分析模型在水平低周期反复荷载作用下的动力响应特征。结果表明,钩头螺栓连接试件的滞回曲线出现反“S”形发展和“捏拢”现象,而对拉高强螺栓连接试件的滞回曲线饱满圆润,能量耗散系数和等效黏滞阻尼系数是前者的1.19倍;2种连接方式的试件骨架曲线均可划分为3个阶段,拉高强螺栓连接试件的屈服荷载、峰值荷载、极限荷载均比钩头螺栓连接试件提升了20%以上;2种工况的割线刚度曲线形状基本相同,呈反“S”形,对拉高强螺栓连接试件初始刚度远大于钩头螺栓连接试件,且位移延性系数也大幅度提升。     

双层非线性减振扣件刚度及其影响因素研究

为了研究某双层非线性减振扣件刚度及其影响因素,对其静刚度在MTS试验机上进行试验测试,测得该扣件的刚度为14.45 kN/mm。根据现有的实体模型,运用ANSYS有限元分析软件建立该扣件的有限元模型,分析模型的静刚度为13.95 kN/mm,误差为3.58%。将扣件模型中弹性垫板的厚度、凸圆台锥角和凸圆台直径作为影响因子,计算扣件系统在预组装条件下刚度的变化趋势。研究表明,通过改变弹性垫板厚度、凸圆台锥角和凸圆台直径,扣件系统的刚度均有所改变。弹性垫板的厚度和凸圆台锥角变化趋势相似,都随参数的增大刚度减小,厚度的影响更为明显。弹性垫板凸圆台直径增大,扣件刚度减小。在扣件优化设计过程中,可考虑改变上述3个参数,以改变扣件的刚度。     

受酸腐蚀砂岩力学特性及其统计损伤本构模型

酸性侵蚀环境使得隧道、桥梁、房屋等结构劣化，耐久性和承载性能降低，服役时间缩短，最终导致各种灾害事故发生。为深入探究酸性溶液对岩石力学性能的影响，采用室内长期加速腐蚀试验，对pH=1、3、5的盐酸HCl以及pH=7的蒸馏水(H₂O)腐蚀作用下砂岩的单轴力学劣化特性进行系统研究。基于连续损伤力学和统计理论，借助CT扫描试验分析结果，引入化学-荷载共同作用损伤变量，建立考虑受酸腐蚀砂岩应力-应变曲线压密段的统计损伤本构模型，基于单轴压缩试验结果对模型进行验证。研究结果表明，腐蚀岩样单轴压缩应力-应变曲线的压密段变长，弹性段变短，轴向峰值应力、弹性模量和泊松比减小，轴向、径向峰值点应变增大；腐蚀岩样的裂隙闭合点应变增大、裂隙压缩段变长、裂纹扩展段延长，其脆性特征减弱，柔性特征增强，岩样越来越表现出柔性材料的特征；浸泡溶液pH值越小，浸泡时间越长，岩样损伤软化效应越明显。试验曲线与理论曲线的对比结果表明，所建立的统计损伤本构模型能够较好地反映受酸腐蚀砂岩在荷载作用下的变形特性。研究结果可为受酸腐蚀岩体的稳定性及减防灾分析提供理论基础。     

不同轴压比下聚丙烯纤维增强混凝土墩抗震性能试验研究

为研究塑性铰区采用聚丙烯纤维混凝土(PP-ECC)桥墩的抗震性能,在不同轴压比(n=0.1、0.3)下对4个局部采用PP-ECC桥墩的试件进行低周反复荷载试验,分析桥墩试件的试验轴压比和PP-ECC区高度等设计参数对滞回特性、强度衰减、刚度退化、位移延性及滞回耗能等抗震性能的影响。结果表明:4个试件的破坏过程和破坏形态相似,最终破坏时纵向钢筋受压屈曲,PP-ECC保护层未剥落,核心PP-ECC保持良好;轴压比越大,强度衰减越快,刚度退化越严重,试件整体稳定性越差;PP-ECC桥墩的位移延性和极限位移转角随着轴压比的增加而降低,轴压比越小的试件变形能力越强;随着轴压比的增加,试件的耗能能力、承载能力和初始刚度都有一定的提高。     

填充高阻尼材料增强网孔式橡胶弹性垫板的性能

刚度和阻尼是影响轨下弹性垫板减振性能的重要参数。针对一种新型网孔式橡胶弹性垫板,建立三维有限元模型研究其刚度和阻尼特性,以及网孔中填充高阻尼材料对垫板阻尼特性的影响。研究结果表明:相较于传统的沟槽式弹性垫板,网孔式弹性垫板具有更大的弹性,阻尼比略大,内部应力分布均匀,应力较低;在网孔中填充高阻尼材料可以大幅度提高垫板的阻尼比,改善垫板内部应力分布,还可通过改变填充物饱和度调整弹性垫板的垂向位移量,使垫板适用于多种刚度要求的轨道系统,拓展垫板的适用性。     

WJ-8型扣件弹性垫板低温动力性能及其影响研究

研究目的:为研究我国高速铁路WJ-8型扣件弹性垫板在莫喀高铁极低温环境中的适用性,本文利用配备温度箱的万能试验机测试WJ-8型扣件弹性垫板的低温动刚度和阻尼系数,并基于车辆-轨道耦合动力学模型,计算和分析莫喀高铁极寒气候和超高速行车条件下的安全性及平稳性,评价WJ-8型扣件在莫喀高铁中的适用性。研究结论:(1)WJ-8型扣件弹性垫板具有极强的低温敏感性,温度在-20℃之上时,弹性垫板动刚度和阻尼系数较为稳定,当温度低于-20℃时,弹性垫板的刚度迅速增大,而阻尼系数先增大后减小,在-45℃达到最大值;(2)考虑扣件系统动力特性随温度变化规律后,轮轨力和轮重减载率随温度的降低而增大,钢轨垂向动态位移随温度的降低而减小,车体平稳性Sperling指标受温度变化影响很小;(3)在莫喀高铁超高速客货混行和极低温气候条件下,只有高速客车轮重减载率无法满足规定的安全限值,成为影响WJ-8型扣件系统在莫喀高铁中适应性的关键因素;(4)本研究结论可为严寒地区高速铁路无砟轨道扣件系统弹性垫板的研发提供参考。     

基坑工程钢支撑BFW活络端力学性能试验研究

高速铁路明挖隧道、地下铁道明挖车站的基坑工程大量采用内撑式围护结构,其中钢支撑活络端是控制基坑稳定与变形的关键构件之一。针对现有活络端结构的不足,研发了新型的BFW(Bolt Fasten Wedge)活络端,并按照1∶1的尺寸加工制作了3套试件。对该3套试件在不同工况下进行了弹性试验和极限承载力试验,研究了其在轴向荷载和不同方向偏压荷载作用下的力学性能,分别得到了这些试件的极限承载力和破坏形式。试验结果表明:(1)受荷载前期,试件都处于线性受压阶段,位移较小,稳定性好;(2)对比弹性试验不同工况下的试验结果发现:试件的整体刚度和截面抗弯刚度都随调节量的提高而下降;(3)试件的最终破坏形式为螺栓断裂,提高螺栓强度,增加螺栓个数可以提高活络端的承载能力;(4)试件在偏心荷载作用下产生偏转,但承载能力没有降低,活络端在轴心和偏心荷载作用下的极限承载力约为5 800 kN。所研发的BFW活络端结构简单,承载性能好,有推广应用前景。     

郑州地铁盾构隧道管片衬砌不同计算模型比较

针对郑州地铁某盾构区间隧道,在隧道覆土厚度、地层、地下水位和其他条件相同情况下,采用均质圆环法和梁-弹簧模型两种方法对管片衬砌的内力和变形进行了计算比较。均质圆环法弯矩较大,相应变形和轴力较小。均质圆环法与圆环刚度有效系数相关,有效系数越大,弯矩越大,变形和内力越小。梁-弹簧模型不仅考虑环向接头刚度还考虑了纵向接头刚度(径向和切向),与实际情况较为接近。     

腹板对单索面宽幅混凝土斜拉桥抗扭性能的影响

为了分析单索面宽幅混凝土斜拉桥在扭转荷载作用下的力学响应,依托江门市潮荷西江宽箱梁混凝土斜拉桥,应用ANSYS分别建立基于单箱单室、单箱三室和单箱五室宽箱梁主梁的全桥有限元模型,对比分析宽箱梁斜拉桥在成桥状态扭转荷载作用下不同截面的扭转畸变角和竖向位移。研究结果表明:多室宽箱梁截面整体的抗扭刚度较大,增加箱室会增加截面的抗弯刚度和抗扭刚度,从而减小截面各点的位移和扭转畸变;增加腹板的数量可以增强截面的联系,有效限制局部扭转变形。