桥墩温度梯度对桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道纵向力的影响

针对桥墩温度梯度引起的桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向附加力与变形, 以梁-板-轨相互作用原理和有限元法为基础, 建立了多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型, 详细考虑了钢轨、轨道板、CA砂浆、底座板及桥梁等主要结构和细部结构的空间尺寸与力学属性; 采用单位荷载法计算了桥墩纵向温差作用引起的墩顶纵向位移, 分析了墩顶位移影响下桥上无砟轨道无缝线路纵向力与位移的分布规律。分析结果表明: 当各墩顶发生均匀位移时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上无砟轨道无缝线路纵向力分布规律及其最大值一致, 且随着墩顶均匀位移的增加而线性增大, 轨板相对位移峰值均出现在两侧桥台、台后锚固结构末端以及第2跨和最后一跨固定支座墩顶处; 当墩顶均匀位移为5 mm时, 多跨简支梁桥和大跨连续梁桥上钢轨最大纵向力分别为79.62和79.54 kN, 最大纵向位移分别为4.94和4.91 mm, 轨板最大相对位移均为0.23 mm; 当各墩顶发生不均匀位移时, 钢轨纵向力及轨板相对位移均在邻墩位移存在差异处发生突变, 多跨简支梁桥上固结机构纵向受力大于大跨连续梁桥; 对于高墩桥梁, 需重点关注相邻墩身高差最大处的轨板相对位移、底座板与桥梁相对位移及固结机构的纵向受力。      

无缝线路大跨简支梁桥桥墩线刚度优化

为获得大跨高墩长联桥上无缝线路设计的控制因素,探讨了大跨高墩长联桥墩台线刚度的合理取值.基于桥上无缝线路力的传递机理,建立了钢轨-主梁-桥墩-基础一体化力学模型;利用APDL参数化语言对ANSYS进行二次开发,建立了参数化优化模型,编制了桥墩线刚度优化程序.结合实际工程,分析了跨度64 m的有碴轨道简支梁桥墩顶纵向水平线刚度的限值.分析结果表明:梁轨快速相对位移及钢轨附加应力控制大跨高墩长联桥上无缝线路的整体设计, 该跨度为64 m的有碴轨道简支梁桥墩顶纵向水平线刚度的限值应超过750 kN/cm.      

地震激励下大跨度连续刚构桥与轨道受力特性

为研究大跨度连续刚构桥与轨道系统地震响应规律,建立考虑轨道约束的大跨度连续刚构桥与轨道系统一体化仿真模型。以某3-32 m简支梁桥+(72+128+72)m连续刚构桥+3-32 m简支梁桥为例,分析轨道约束对桥梁-轨道系统抗震能力的影响,研究地震波水平输入角度参数对地震响应影响,探讨竖向地震波作用下系统纵向受力和变形规律。研究表明:纵向地震响应下钢轨承受较大应力,呈"双菱形"分布,竖向激励对钢轨地震力和下部结构受力影响较小;随着地震波水平输入角增大,钢轨纵向应力减小,墩顶水平力、墩底剪力、墩顶水平位移均表现为顺桥向减小而横桥向增大;钢轨能增强桥梁整体性,对抗震性能提升有利;轨道结构能减小简支梁桥墩顶水平位移及墩底剪力,对连续刚构桥影响不大。     

列车荷载下桥上CRTS Ⅲ型板式无砟轨道挠曲力与位移

针对中国自主研发的CRTSⅢ型板式无砟轨道在运营阶段的受力变形问题, 以梁-板-轨相互作用原理为基础, 考虑钢轨、轨道板、自密实混凝土层及底座板等细部结构的空间尺寸与力学属性, 运用有限元法建立了高速铁路桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型; 计算了列车荷载作用下轨道及桥梁结构的挠曲力与位移, 分析了不同列车荷载作用长度、桥上扣件纵向阻力及墩台顶固定支座纵向刚度对挠曲力与位移的影响。研究结果表明: 在全桥加载情况下, 多跨简支梁桥上钢轨挠曲力在支座处表现为拉力, 跨中表现为压力, 大跨连续梁主桥上钢轨挠曲力在两侧边跨表现为拉力, 中间跨表现为压力, 单线加载时2种桥上有载侧钢轨挠曲力分别达到了38、53 kN, 约为双线加载时的1/2;轨道、桥梁结构纵向力与位移最大值不同时出现在同一工况下, 需要根据不同的检算部件选取最不利的列车荷载作用长度, 并将ZK活载中的集中力设置在跨中位置; 采用小阻力扣件可以改善钢轨受力与变形, 简支梁桥和连续梁桥上钢轨最大挠曲力分别减小了35%和22%, 钢轨纵向位移分别减小了7%和5%, 但轨板相对位移分别增大了26%和30%, 需加强观测以控制钢轨的爬行; 从轨道及桥梁结构的安全性与耐久性角度考虑, 建议将墩台顶纵向刚度控制在设计值的1.0~1.5倍范围内。      

高墩大跨简支梁桥的特殊梁轨纵向力及其影响

为探讨主梁收缩与徐变和桥墩梯度温度荷载在高墩大跨简支梁桥中产生的特殊梁轨纵向力,以10跨64 m简支梁桥为工程背景,基于有限元法和梁轨相互作用原理,建立了轨道-梁-墩-基础一体化计算模型,研究收缩与徐变效应、梯度温度模式、墩高等对纵向力的影响规律,并与常规纵向力进行了对比分析.研究结果表明:主梁收缩与徐变引起的梁轨纵向力由纵向缩短效应控制,与竖向挠曲效应关系较小,且该项纵向力大于伸缩力或挠曲力,使得桥台产生较大的水平力;指数分布和线性分布梯度温度模式计算得到的纵向力分别约为制动工况下的20%~30%和50%~100%,指数分布梯度温度模式相对合理,温度曲线参数对纵向力的影响有限,建议尽快制定合理、统一的桥墩梯度温度荷载.      

简支梁桥上无缝道岔纵向力影响因素分析

根据桥上无缝道岔纵向相互作用的特点,建立了道岔-桥梁-墩台一体化有限元计算模型,以18号道岔铺设在简支梁桥上为例,分析了钢轨温度、桥梁温度、桥梁跨度、支座布置形式、墩台刚度、辙跟传力部件结构及阻力参数等对简支梁桥上无缝道岔受力与变形的影响.计算结果表明,简支梁桥上的无缝道岔对线路和桥梁的影响范围仅限于与道岔相邻的2孔梁以内;应采用道岔里轨与简支梁伸缩位移方向相反的桥上无缝道岔布置方式;应适当增大道岔范围内桥墩的纵向刚度;桥上无缝道岔辙跟不宜采用间隔铁结构;18号道岔宜铺设在跨度32或48 m的简支梁桥上.     

桥上单元板式无砟轨道无缝线路的适应性

为研究适应连续梁桥上单元板式无砟轨道的最大温度跨度,采用有限元方法建立了线-板-桥-墩一体化计算模型,分析了在不同轨温变化幅度下,桥梁伸缩、墩顶水平位移及列车制动荷载对桥上单元板式无砟轨道无缝线路温度跨度限值的影响.研究结果表明:温度跨度限值随轨温变化幅度的增加而降低;为保证钢轨强度、横向压弯变形及钢轨与轨道板相对位移等满足要求,当考虑桥梁伸缩时,以轨温变化40 ℃为例,其适应的温度跨度限值为271 m;随着墩顶水平位移的增加,桥梁温度跨度限值显著降低,当墩顶位移为30 mm时,温度跨度为237 m,当高墩桥梁墩顶位移超过30 mm时,应结合实际墩顶位移计算温度跨度限值;制动荷载下线路坡度对温度跨度限值影响较小,当线路坡度为20‰时,桥梁温度跨度限值为258 m.      

制动力作用下桥上道岔区纵连无砟轨道受力与位移

为系统分析纵连无砟轨道与桥上无缝道岔在制动力作用下的受力与变形规律,以武汉—广州客运专线雷大桥铺设博格纵连式无砟道岔为例,将客专18号渡线、纵连式无砟轨道、桥梁和墩台视为整体,建立了岔-板-梁-墩一体化计算模型,分析制动力作用下道岔、道床板、桥墩的受力和变形规律.分析结果表明:在制动力作用下,基本轨制动附加力及位移随道床板伸缩刚度的减小而增大,但板轨相对位移未超过1 mm;限位器和间隔铁的纵向力及心轨、尖轨处板轨相对位移受无砟轨道结构的影响较小,限位器未贴靠,间隔铁力最大未超过13 kN;道床板制动附加力随伸缩刚度的降低而减小,减小量最大达到3 832.9 kN,位移则增大,最多达到17.4 mm;道床板伸缩刚度和滑动层摩擦因数减小对桥墩受力不利;当滑动层摩擦因数μ≤0.2时,取消固结机构,桥墩纵向力减小值接近500 kN.     

温梯荷载下桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的力学特性

为研究横向和竖向温度梯度对桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力学特性的影响,以梁-板-轨相互作用原理为基础,建立大跨度连续梁桥上 CRTSⅡ型板式无砟轨道无缝线路空间精细化有限元模型,计算了轨道板竖向温度梯度和阴阳面横向温度梯度荷载作用下各轨道和桥梁结构的纵向力和位移. 结果表明:在其他温度荷载相同的情况下,轨道板竖向温度梯度对钢轨的纵向力和位移影响不大;当阴阳面横向温度差为10 ℃时,连续梁上背阴侧钢轨最大的纵向力是向阳侧的1.4倍,背阴侧桥墩最大的纵向力是向阳侧的3.5倍;在横向温度梯度作用下,钢轨纵向附加力由梁体伸缩和扭曲变形共同作用产生,横向温度梯度越大,背阴侧钢轨纵向力、位移最大值越大,向阳侧钢轨纵向力、位移最大值越小;横向和竖向温度梯度的存在不利于轨道和桥梁结构安全使用,因此,在高温差地区设计东西走向的大跨度桥上无缝线路需重点关注钢轨、轨道板和桥梁墩顶受力,并且对无缝线路的横向稳定性进行验算.      

横向陡坡地形矮高墩梁桥地震反应参数分析

对比分析某山区双柱墩梁桥在横向陡坡地形和常规地形下的地震反应及不同矮、高墩刚度比情况下的地震响应,结果表明:桥墩横向刚度差异对墩顶位移、桥墩剪力、墩底最大弯矩的影响较大。高墩位移随矮、高墩刚度比的增大逐渐增大,剪力和弯矩逐渐减小;矮墩位移随矮、高墩刚度比的增大逐渐减小,剪力和弯矩逐渐增大;矮、高墩在纵向的位移差随二者刚度比的增大而增大,即矮、高墩的纵向位移趋于不同步,盖梁出现扭转。     

刚构桥上无砟轨道无缝线路静力特性分析

针对刚构桥上无砟轨道无缝线路的受力与变形进行研究，以梁-板-轨相互作用原理为基础，分别建立刚构桥上CRTSⅢ型板式和CRTSⅠ型双块式无砟轨道无缝线路空间耦合模型，计算伸缩、挠曲、制动、断轨工况下轨道结构和桥梁纵向力及位移，并对两种轨道结构静力特性进行对比分析，为刚构桥上无缝线路轨道结构设计提供参考。结果显示：在温度荷载、列车荷载作用下，采用CRTSⅠ型双块式轨道结构时钢轨纵向力更小，但轨板相对位移增幅明显，可能产生安全隐患；在列车制动荷载工况下，采用CRTSⅢ型板式轨道结构时钢轨纵向力与轨板相对位移均更小；在断轨工况下，采用CRTSⅠ型双块式轨道结构时断缝值超过了规范容许限值。建议在刚构桥上采用CRTSⅢ型板式无砟轨道。     

铁路简支梁桥横向振动研究

讨论了铁路多跨简支梁桥不同计算图式对横向振动分析结果的影响,计算表明,单墩计算图式对等高桥墩的长桥及柔性桥墩适用性较好;当相邻桥墩的墩高或刚度相关较大时,可仅考虑该桥墩和相邻梁跨的振动耦联;一般情况下,应考虑相邻桥墩的耦联振动影响。     

柔性横系梁钢管混凝土双柱墩抗震性能分析

基于Pushover分析方法与滞回分析,探索柔性横系梁对钢管混凝土双柱式桥墩抗震性能的影响,采用非线性纤维梁柱单元,建立单柱墩、柔性横系梁双柱墩和刚性横系梁双柱墩模型,并进行计算对比分析,研究横系梁刚度的变化对墩顶位移能力、位移延性系数及滞回性能的影响。结果显示,随横系梁刚度增大,墩顶的位移延性能力减小,位移延性系数增大,桥墩水平承载能力提高,同时滞回耗能性能提高。     

横向陡坡地形对桥梁地震响应的影响

以某公路桥梁为工程背景,以其有限元模型为基准模型,对横向陡坡地形下和常规地形下双柱墩梁桥的地震反应进行对比分析。结果表明:横向桥墩刚度差异会放大桥梁的最大加速度,对桥墩的抗震不利;基准模型的高墩的最大位移大于低墩,高低墩纵向位移不一致导致盖梁的扭转,对盖梁受力不利;横向桥墩刚度差异将导致主梁内力增大和矮墩的剪力大于高墩等不利影响。     

考虑临近道路施工过程的在役桥墩墩顶位移演变规律研究

针对临近道路施工会通过改变在役桥墩桩基础桩-土界面的接触应力分布从而影响在役桥墩的墩顶位移特征这一问题,以重庆轨道交通3号线某在役桥墩为工程背景,利用有限元软件ABAQUS建立了描述临界道路建设过程中地基-基础-桥墩相互作用的三维数值模型,基于此模型分别研究了道路开挖、铺筑及运营对墩顶水平、竖向位移的影响.研究结果表明:路基开挖后,随着开挖深度(H)增加,墩顶水平位移会不断增大,墩顶竖直沉降则会不断减小,随着道路至桥墩边缘距离(L)的增加,墩顶水平位移不断减小,竖直沉降反而不断增大;道路铺筑后引起的桥墩顶部水平位移较路基开挖有减小趋势,竖向位移却有增大趋势;新建道路在后期运营中,交通荷载引起的桥墩顶部水平位移相对较小,而竖直沉降较道路施工引起的位移明显增大;在得出的墩顶水平位移随开挖深度的变化曲线中,墩顶水平位移从靠近道路到远离道路的转折点在道路施工中有所变化;在路基开挖中,当开挖深度约为1.8m时,墩顶水平位移方向发生变化;在道路铺筑中,当开挖深度约为2.6 m时,墩顶水平位移方向发生变化;在后期运营中,当开挖深度约为3.1m时,墩顶水平位移方向发生变化.     

铁路桥墩横桥向地震反应分析模型对比分析

常见铁路桥墩的横桥向截面尺寸与墩高相差较小,而顺桥向相差较大,不能较好地符合梁单元的受力特征.为研究铁路桥墩横桥向地震反应,设计了一种新型的重力式桥墩模拟方法,考查常规梁单元及板单元模拟铁路桥墩的精度.基于某铁路简支梁桥,分别采用多垂直杆元模型与梁、板单元进行重力式桥墩模拟,建立四种有限元模型,进行地震反应分析及结果比较.结果表明:欧拉梁和铁木辛柯梁及板单元模型的墩底内力及墩顶位移均小于多垂直杆元模型,建议重要结构的铁路桥墩按多垂直杆元模型进行地震反应分析;欧拉梁和铁木辛柯梁及板单元模型的墩底内力与多垂直杆元模型相差在5%以内,三种模型计算的桥墩内力具有工程可接受的精度,但墩顶位移误差超过5%,设计时需要考虑;板单元模型与多垂直杆元模型的吻合程度好于欧拉梁模型,而欧拉梁模型好于铁木辛柯梁模型.研究结论可供铁路工程抗震设计规范修订时参考.     

刚构-连续组合桥合龙施工顶推力研究

大跨度刚构-连续组合桥悬臂施工合龙时,受诸多因素影响,需通过施加顶推力的方式对桥梁结构线型进行调整,以达到最优的成桥状态。以某(72+3×128+72)m高墩大跨刚构-连续组合桥为工程背景,基于刚构桥顶推合龙工序,建立该桥施工仿真有限元模型,考虑温度变形和收缩徐变对墩顶变形的影响,对实际桥墩刚度及约束条件下的施工顶推力进行研究。研究结果表明:高温合龙及收缩徐变均会造成梁体工后缩短并引起墩顶位移,需在合龙前进行顶推;桥墩刚度及约束条件对顶推力均存在较大影响;综合考虑合龙温度、收缩徐变及桥墩刚度等因素确定的合理顶推力有效控制了梁体纵向变形,合龙误差满足相关要求。     

简支梁桥顺桥向地震动分析

为了计算多跨简支梁桥地震荷载,根据弹性地基上桥墩的变形特性,将墩顶作用单位集中力时,桥墩静力挠度曲线方程作为基本振型,考虑了地基变形的影响,利用拉格朗日方程推导了多跨简支梁桥顺桥向地震振动方程,给出了相应的基频和振型参与系数的近似计算公式。仿真计算结果表明:简支梁桥一、二阶自振频率的计算值分别为7.43及11.19 Hz,而其试验值分别为7.00及10.55Hz,其误差在5.8%以内。可见,提出的振型可以用于简支梁桥顺桥向的抗震性能评估。     

多跨矮塔斜拉桥超高墩合理形式比选

为研究多跨矮塔斜拉桥超高墩合理形式,以多跨矮塔斜拉桥超高墩为对象,综合对比分析超高墩结构布置形式和受力特点,按截面特性相似的原则提出双薄壁墩、单薄壁墩、组合式墩、叠合式墩四种适用于依托工程的超高墩形式。采用全桥有限元和理论方法,分析不同工况下主梁和桥墩关键截面的内力和墩顶位移、施工和成桥运营阶段的稳定性、E1地震作用下的动力及抗震性能。结果表明：四种方案均满足施工阶段和成桥运营阶段下的稳定性要求,双薄壁墩前三阶均为纵向失稳且稳定安全系数变化较小;在E1地震荷载作用下,双薄壁墩内力响应最小,但位移响应较大,单薄壁墩和叠合式墩与之相反,组合式墩则较均衡。考虑结构整体受力性能,建议多跨矮塔斜拉桥超高墩桥梁选用双薄壁墩或组合式墩。     

冰流撞击作用下高速铁路桥梁振动抑制研究

为了探明调谐质量阻尼器(TMD)对冰击荷载作用下桥梁振动的抑制效果.以桥梁横向位移方差为减振评价指标,基于传递函数法、动能理论和模态分析法,确定了TMD的最优刚度、阻尼和最佳安装位置;采用有限元法建立了流冰-桥墩撞击模型,计算获得了流冰撞击力;通过分析不同质量比TMD下桥梁结构的动力学响应,研究了TMD对流冰撞击下桥梁的振动抑制特性.结果表明:采用有限元法计算的流冰撞击力峰值与规范计算结果基本吻合;流冰撞击桥墩引起的桥梁跨中和墩顶横向位移主频与桥梁二阶横向模态接近,TMD的最佳安装位置为墩顶处;TMD对冰击荷载作用下桥梁跨中和墩顶横向位移有较大的抑制作用,且对桥梁横向振动加速度也有一定的减振效果.