双线铁路曲线简支槽形梁的空间分析

研究目的:曲线槽形梁是一种梁、板组合的开口结构,在竖向荷载作用下梁体会产生弯扭耦合效应,道床板会发生双向弯曲和扭转,其受力较为复杂。结合一跨双线铁路曲线简支槽形梁的受力分析,研究曲线槽型梁的力学特性并指导设计和施工。研究结论:曲线槽形梁的受力呈现明显的空间特性,在竖向荷载作用下,曲线外侧主梁下缘承受的拉力较大,曲线内侧相对较小,道床板的剪力滞现象比较显著,支座不均匀沉降10 mm对梁体的受力影响不大。在上部竖向荷载逐渐增加的过程中,主梁上翼缘产生的内向侧移越来越大,槽口逐渐缩小。弯扭耦合效应使槽形梁曲线内、外侧的支反力大小不一,曲线外侧梁端支座反力比曲线内侧大,梁体有向曲线内侧整体平移变形的趋势。     

京张高速铁路清河站U形轨道梁的设计分析

比选京张高速铁路清河站轨道梁的结构设计方案,分析几何参数选择对U形轨道梁受力特性的影响,研究梁体在竖向荷载作用下的应力、结构变形等力学性能。结果表明:站内选用U形轨道梁可提供在上下建筑高度同时受限条件下结构承载所需的梁体高度,能有效满足车站内不同线路条件下高速列车运行的需要;竖向荷载作用下U形轨道梁的槽口总体呈减小趋势,梁上下缘的应力分布不均;道床板上施加横向预应力对于控制梁体应力和结构变形有利;单线、双线U形轨道梁的低阶振动形态大体相同,高阶振动形态有所区别。     

城市轨道交通薄壁槽形梁车桥动力特性试验研究

对城轨高架标准跨薄壁槽形梁桥进行现场测试,获得桥梁的频率、振型、阻尼比等自振特性,以及列车通过时桥梁的位移、振幅、应力、加速度响应和车体加速度的测试资料,对其进行的分析结果表明:梁体挠跨比小于规范限值,列车通过时没有发生共振现象,梁体竖向刚度满足要求;梁跨横向基频大于规范值,桥梁横向基频较小,墩顶横向振幅较大,梁体横向刚度满足要求,而桥墩刚度相对不足;道床板和腹板发生局部振动,当设计车速提高时,应注意行车线路和腹板的局部稳定性;梁体总体纵向弯曲动力系数小于规范值,而道床板局部横向弯曲动力系数远大于梁体总体纵向弯曲动力系数;桥面加速度在限值范围内,采用Sperling指标和ISO2631指标评判桥上列车乘坐舒适度均为优秀;薄壁槽形梁适用于轨道交通高架线。     

大跨度斜拉桥-无砟轨道系统力学特性

以昌赣客运专线主跨300 m混合梁斜拉桥为研究对象,考虑结构层间非线性约束特征,建立桥塔、斜拉索、梁体、支座、墩台、剪力钉、底座板、限位凹槽弹性垫板、减振弹性垫层、道床板、扣件、钢轨等全要素大跨度斜拉桥-无砟轨道系统精细化有限元模型,研究附加荷载作用下结构附加力。基于Miner准则,探讨列车动载、无砟轨道设计参数以及时变温度作用下无砟轨道动力疲劳特性。结果表明：在斜拉桥端部设置钢轨伸缩调节器并采用小阻力扣件可满足钢轨强度要求,挠曲荷载下钢轨最大拉应力位于桥塔附近,制动荷载下钢轨最大拉应力位于主梁跨中;列车动载下轨道结构间相对位移最大值均不超过1.0 mm。主梁跨中道床板板底受拉,最大拉应力0.74 MPa,桥塔处底座板板底受拉,最大拉应力1.15 MPa;提高弹性垫层刚度可有效提高道床板疲劳寿命,增大扣件竖向刚度可增强钢轨与道床板间连接,提高钢轨寿命,列车时速增加会增大轨道结构动应力幅,降低疲劳寿命;时变温度作用下最大温度梯度发生在道床板,耦合列车动载后底座板结构受力更显著,但仍满足混凝土抗拉强度设计要求。     

城市轨道交通U型梁车桥动力响应分析

运用车桥耦合振动理论分析了城市轨道交通高架桥U型梁车桥振动响应。计算分析了不同编组列车和车速下,U梁位移动力系数、总体应力动力系数、道床板局部应力动力系数、道床板横向应力的空间分布特点及列车过桥的平稳性。计算结果显示,位移动力系数随车速增大而增大,但数值较小;应力动力系数大于位移动力系数,空重混编计算结果较大,其他编组差异很小,随车速变化无明显规律;道床板局部应力动力系数呈梁端大、跨中小,与腹板相交处大、道床板中心处小的分布规律;梁端道床板与腹板相交处横向负弯矩变化率较大,且幅值较大,易发生疲劳损伤而顶面开裂。分析结果表明,不能用位移动力系数定义U梁应力动力系数,建议采用总体和局部应力动力系数进行承载力设计。分析比较各舒适度评判标准,建议用ISO2631标准评价城市轨道交通旅客乘坐舒适度。     

兰新二线风区槽形梁设计分析

结合兰新二线风区16 m槽形梁的设计,进行三维有限元结构分析。受高速铁路建筑界限的限制,本结构受压区宽度较小且两侧腹板应力分布不均匀,施工吊装时腹板上缘容易受拉破坏,运营阶段容易受压破坏;受线间距限制,活载偏向内侧,对宽度较小的内侧腹板更加不利。采用实体单元建立模型,通过桁架单元模拟预应力效应,分析ZK标准活载下槽形梁的空间特性,研究结论为:全桥纵向为全预应力结构,不适用杆系结构进行分析,道床板横向存在拉应力,最大值在支点下缘,应采取增加端横梁或配置受力筋措施,槽形梁竖向刚度满足设计规范要求,腹板限制了道床板的横向弯曲,减小了中线处的横向弯矩。     

高铁槽形梁斜拉桥塔梁固接结构试验研究及数值分析

以沪昆高铁某独塔斜拉桥为研究对象,模型试验与数值模拟相结合,研究槽形截面斜拉桥的塔梁固接结构模型的试验方法、受力状态、极限承载能力以及传力机理等。研究表明:运营阶段荷载作用下,斜拉桥塔梁固接区的应力水平较低,纵向和竖向正应力在6.5 MPa以内,塔梁结合部具有较强的安全储备;在梁体抗弯强度极限荷载下,靠近固接区主跨侧槽形梁断面最先破坏,固接区截面抗弯强度大于主梁断面;槽形截面边箱梁和桥面板传力特征在主梁和塔梁固接区基本一致,边箱梁为主要受力构件;较之于塔梁固接区,主梁内的桥面板剪力滞效应更为明显。     

城市轨道交通槽形梁设计参数优化研究

以跨径为30 m的城市轨道交通槽形梁为研究对象,采用精细化有限元方法研究槽形梁设计几何参数梁高、道床板厚度及角隅斜率对其力学性能的影响。分析结果表明:槽形梁主梁截面刚度随梁高的增加而增加,在给定跨径30 m的情况下存在最佳梁高1.8 m;道床板厚度与横向跨度有关,横向跨度为4 m时,适宜的道床板厚度是0.26 m;角隅斜率对槽形梁的影响主要表现在结合处的力学性能,推荐使用1:(2.5~3.0)。     

轨道交通预应力混凝土U形梁极限承载力试验研究

为研究城市轨道交通预应力混凝土U形梁的力学性能,对一座跨度为30 m的预应力混凝土U形简支梁桥进行了静载破坏试验。试验中测试了主梁关键截面混凝土和钢筋的应变以及竖向位移与荷载之间的关系,详细分析了梁体破坏过程与破坏特征。研究得到了如下结论:主梁的消压弯矩为1.31倍设计荷载,在加载至2.0倍设计荷载时主梁开始进入塑性阶段,破坏荷载为2.7倍设计荷载;加载过程中底板出现较为明显的横向应变,表明底板具有典型的空间板受力效应;梁体破坏过程表现出明显的延性,表明结构设计合理,具有较强的安全储备。     

弹性支撑块式无砟轨道力学特性研究

研究目的:由于隧道内净空的限制,重载铁路长大隧道内宜铺设无砟轨道,弹性支撑块式无砟轨道(LVT)以其良好的减振性能逐渐在重载铁路中得到应用。为研究不同轴重和加载方式下LVT结构的应力应变特性,本文以蒙华铁路重载铁路隧道应用的LVT为例,通过建立LVT结构有限元模型,以探讨LVT结构的受力与变形特征,为LVT轨道结构的优化以及设计施工提供理论依据。研究结论:(1) LVT结构能够保证30 t轴重下静力学性能安全性,当轴重由30 t提高至42 t,钢轨弯矩、轨道结构部件应力及位移幅值增长量在40%左右;横向荷载对轨道结构横向位移及应力的影响显著,板端加载时道床板及底座板应力增量分别为284%、1 000%;(2)横向荷载作用下,除支承块横向应力下降,钢轨弯矩、支承块纵向应力、道床板应力、底座板应力均呈现增长趋势,其中道床板及底座板应力分别增长400%、530%;(3)板端加载时荷载由相邻扣件共同承担,扣件节点反力峰值有所下降,荷载作用点下竖向荷载分配比例由2∶1降低至4∶1,横向荷载分配比例由67%降低至47%;(4)本研究结果对重载铁路中LVT轨道结构的设计和施工有指导意义。     

设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。     

转体施工的铁路曲线连续槽形梁设计关键技术研究

为了确保转体施工的曲线连续槽形梁结构设计安全可靠,需要解决以下关键技术问题:结构横向受力、日照温差应力较大、支座中心线横向位置、曲线转体结构横向偏载、曲线槽形梁结构受力计算等。通过道砟槽板横向预应力束的合理布置,克服横向连接处主拉应力;通过适当增加边主梁顶板保护层厚度和纵向预应力束的合理布置,控制了日照温差应力;研究合理的横向支撑位置,避免对结构产生横向次应力;曲线悬臂转体结构横向偏载,将球铰中心相对于上下承台设置横向预偏心,解决转动时横向自重不平衡引起梁体侧倾的问题;通过建立平面模型、单梁模型、梁格模型和实体模型,对比分析计算曲线空间结构的受力问题。结果表明:曲线连续槽形梁结构受力均满足规范要求。     

兰新二线全预应力混凝土槽型梁的静载试验研究

通过对兰新二线全预应力混凝土槽型梁在非对称竖向荷载作用下的足尺模型试验,研究结构在逐级增大荷载作用下的变形、应力变化和裂缝开展及分布等规律,验证了该槽型梁的设计理论和施工质量,为槽型梁受力理论的发展积累了经验。研究结果表明:在竖向非对称荷载作用下,槽型梁具有明显的空间受力特征:腹板不仅发生竖向的弯曲变形,还会发生横向向槽口内的变形,底板则受纵向弯矩和横向弯矩共同作用,而腹板和底板结合处往往受弯扭组合变形共同作用,应力状态复杂;荷载等级越大,扭转变形对结构的影响越大,弯扭组合效应越明显;在一定的荷载范围内,腹板和底板应力的增长随荷载等级的增加近似符合线性增大的规律,在荷载增大的过程中,底板应力变化明显,中性轴会发生明显移动,而腹板中性轴几乎不发生移动;结构的设计理论和施工质量均满足列车营运的要求,并具有充足的安全系数。     

海南西环线既有桥梁动载试验研究

就提速改造之前的海南西环线8座桥梁的9孔梁进行了动载试验。采用列车通过桥梁时,梁体跨中动挠度、梁体跨中竖向振动与梁体跨中和桥墩墩顶横向振动、梁体跨中横向振动加速度、支座竖向动位移和横向动位移测试,确定桥梁结构的动力系数、振动特征、裂缝状态,用以评定结构在动载作用下的工作状态确定桥梁的可靠性。通过相关关系分析,揭示桥梁结构动力学特性差异的原因。     

常用跨度无砟轨道铁路桥梁动力性能试验研究

通过遂渝线常用跨度无砟轨道铁路桥梁的动力性能试验,测试CRH2型动车组和120 km.h-1速度等级试验货物列车通过时的24和32 m预应力混凝土箱梁的自振特性和动力响应。试验结果表明,24和32 m箱梁可以满足这2种列车通过桥梁时的安全性要求;梁体的竖、横向自振频率符合相关规范要求。在这2种列车作用下,梁体跨中挠跨比、挠度动力系数、跨中横向振幅、跨中竖横向加速度、墩顶横向振幅、梁端转角、支座横向动位移、梁缝两侧钢轨支点的竖横向相对位移均符合相关规范要求,但是部分测点的梁体应变动力系数超出设计规范要求。梁体竖横向阻尼比和跨中竖向振幅也均正常。实测24,32 m箱梁跨中挠跨比分别为1/11436和1/12 386,但设计规范值和设计采用值只有1/1 200和1/4 000,且梁端转角只有规范要求的1/10左右,由此可见梁体竖向刚度设计过于保守。     

重庆市跨座式单轨交通系统PC轨道梁疲劳试验研究

通过跨座式单轨交通PC轨道梁正截面弯曲及梁端剪切疲劳试验,研究混凝土应力、跨中挠度、刚度降低系数以及梁体基频、阻尼系数等动力特性与疲劳循环次数的关系。研究表明,梁体结构在经历300万次双向弯曲和剪切疲劳加载作用后,结构应力、位移重复性良好,梁体具有较好的耐疲劳性能;最大疲劳荷载等级作用下受压区混凝土应力幅较低,一般不会发生疲劳破坏,荷载重复300万次后梁体刚度有一定退化趋势;梁体基频、阻尼系数等动力特性随疲劳加载次数增加均有所降低,但在100万次疲劳加载后基本趋于稳定。     

高速铁路槽形梁静动力性能试验研究

研究目的:为有效利用槽形梁的主梁参与挡风作用,在兰新高铁新疆百里风区段大量使用了预制简支槽形梁结构.本文通过弯曲静载试验、底板横向静载试验、动车组行车试验,对槽形梁的抗弯刚度、抗裂性、底板下缘横向拉应变、自振频率、动力系数、动力增量、梁端转角、振幅、振动加速度等指标进行分析,验证槽形梁结构的静动力性能,为后续的设计优化...     

既有线列车荷载下大悬臂转体桥动力响应研究

研究目的:随着我国“交通强国”战略的进一步推进,交通建设中交叉线路越来越多,转体桥梁的施工形式使用越来越频繁。转体桥梁广泛应用于跨越已有铁路的工程建设中,但目前对于转体桥梁在既有铁路列车荷载下的结构振动空间响应规律和传递机制的研究相对较少。本文以石嘴山特大桥(637号墩、638号墩)为依托,利用振动加速度传感器测试在仅球铰接触且大悬臂状态下,转体桥受普速列车荷载下结构响应数据,对转体桥梁结构的动态加速度响应、动态位移响应及加速度时程信号的振动希尔伯特能量谱进行分析。研究结论:(1)在既有线普速列车荷载下转体桥梁下承台要先于上承台达到竖向加速度峰值点,且其峰值大于上承台;(2)结构加速度幅值在转体桥梁梁体向梁端的传递过程中出现放大现象,且加速度时程曲线会出现“往复式”波动,表明振动波与固有频率发生共振,加速度响应峰值分布曲线在空间上呈“V”形对称分布;(3)桥梁梁端产生的动态竖向位移响应相对较大,梁体各测点的竖向位移响应峰值呈现“W”形对称分布;(4)转体球铰对振动波的中、高频段具有明显的滤波减振作用;(5)振动波在梁端出现了较为明显的驻波效应,且中、高频段的振动波衰减较快,低频段的振动...     

(40+56+40)m预应力混凝土连续槽形梁动力性能试验研究

槽形梁因具有建筑高度低,结构轻巧,腹板可以隔音等优点,开始在高速铁路桥梁中应用。本文对比分析了(40+56+40)m连续槽形梁和(40+56+40)m连续箱形梁的自振特性,以及动车组以各种速度通过桥梁时的动力响应指标,包括梁端竖向转角、挠跨比、竖横向振幅、动应变及动力系数和竖向振动加速度。结果表明,连续槽形梁结构动力性能良好,能够适应高速列车运营的要求。     

大跨度薄壁槽形梁支架现浇质量控制技术研究

研究目的:沪昆客专西北上行和南西联络线特大桥主桥紧邻运营高铁,结构为(32+80+112)m非对称槽形梁独塔双索面斜拉桥,总体采用"整体支架预制梁体、水平转体跨越武广高铁"的方案;按照总体施组安排,主梁采用国内高铁建设首次应用的薄壁槽形结构,针对主梁腹板薄、大开口、浇筑方量大等特点,在一次整体支架现浇施工中混凝土浇筑方法不当、养护不合理等因素导致梁体产生裂纹等问题。为确保大跨度薄壁槽形梁的现浇施工质量,本文从现浇支架体系安全、早期温度场防护开裂、现浇施工工艺等方面研究槽形梁支架现浇质量控制技术。研究结论:(1)本桥大跨度薄壁槽形梁采用一次整体现浇的方法是不可行的,通过仿真计算分析,提出了"分三段现浇+两道后浇带"的纵向浇筑方案;(2)横向浇筑方法是薄壁槽形梁局部质量控制的重要环节,为此提出了"先浇筑槽形梁底板、再浇筑箱形边主梁"的横截面浇筑方案;(3)针对紧邻运营高铁支架结构体系的高度高、跨度大、梁体坡度大等施工难点,通过对高支架结构的稳定性分析,提出了"整体连接、贝雷梁搭接固定、设置刚性墩"的构造措施;(4)提出的槽形梁支架现浇质量控制技术适用于紧邻运营高铁的大跨度混凝土槽形梁及类似梁型的现浇施工。