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。     

高速铁路常用跨简支箱梁运营性能检定

根据对我国高速铁路桥梁动力性能测试数据的分析和相关研究,将高速铁路常用跨度简支箱梁运营性能的检定划分为抽样桥梁的周期性检定、提速桥梁的检定以及运营状态异常或有重大缺陷和损伤等桥梁的检定3类;检定中以梁体的自振特性、竖向刚度(挠度和梁端转角)和竖向动力响应作为简支箱梁运营性能的竖向评定参数,以梁体和桥墩的横向振幅、无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移作为简支箱梁运营性能的横向评定参数。根据对高速铁路联调联试得到的桥梁动力性能实测样本的统计分析并按可信度97.5%计算,分别给出250和350km·h~(-1)高速列车运行速度下跨度为19.5~39.1m的预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的建议通常值:梁体竖向自振频率分别为5.0~8.4和5.5~9.9 Hz,竖向阻尼比为2.0%~3.5%,挠跨比分别为1/12 000~1/48 00和1/11 000~1/7 200,梁端竖向转角分别为0.30‰~0.65‰和0.25‰~0.45‰rad,跨中竖向和横向振幅分别为0.20~0.35和0.10~0.15mm,跨中竖向振动加速度为0.25~0.40m·s~(-2),墩顶横向振幅以墩全高与墩横向平均宽度之比在0.5~4.2范围内为条件选取,无砟轨道相邻梁端两侧的钢轨支点横向相对位移为0.5mm。针对预应力混凝土简支箱梁运营性能评价参数的测试方法提出建议。     

高速铁路桥梁简支梁跨度的经济性研究

为了确定高速铁路中不同墩高下更经济的简支梁跨度,建立某高速铁路32 m和40 m跨度简支梁桥在墩高5～50 m时的桥梁单墩计算模型,对不同墩高下的桥梁基础进行设计,统计桥梁上部和下部工程数量,计算桥梁工程投资成本。结合简支梁跨度、孔数和墩台数量3方面因素,建立经济效益公式计算得出40 m跨度简支梁产生经济效益时桥梁下部工程投资不能大于32 m跨度简支梁桥下部工程投资的临界值;分析得出影响经济效益的主要因素为梁体预制架设的费用、桥墩和基础的费用;墩高大于31 m以及小于31 m的部分墩高,40 m跨度简支梁桥产生了经济效益,建议将其纳入高速铁路通用图。该经济效益公式也可用于其他跨度简支梁经济性的对比。     

客货共线32 m简支箱梁修订设计的经济性分析

以客货共线32 m双线简支梁为例,介绍了新版客货共线箱梁的设计修订内容,并开展了简支箱梁与简支T梁的经济性对比分析。对比了梁体主要工程用量、工程造价、运维成本及100年全寿命周期成本,发现简支箱梁的工程造价不高于简支T梁,运维成本低于简支T梁,考虑100年的全寿命周期成本比简支T梁低27%左右。以沪通铁路和青连铁路为例,对比分析了简支箱梁方案与简支T梁方案的工程建设概算,可知采用简支箱梁节省了工程建设成本并缩短了建设工期。     

30m简支梁桥墩车桥耦合动力仿真分析

根据车桥耦合振动分析理论,运用桥梁结构动力分析程序BDAP,针对城际轨道交通30m简支梁桥墩3种不同墩高方案,采用空间有限元建立全桥动力分析模型,对桥梁空间自振特性进行了计算,并对3种不同墩高方案在CRH2和德国ICE3动车组作用下的车桥空间耦合振动进行了分析,评价3种不同墩高方案的动力性能以及列车运行安全性与舒适性。研究结论表明:(1)3种墩高方案(H=8m、12m、15m)的全桥一阶横向自振频率分别是0.909Hz、1.051Hz和1.034Hz;(2)在CRH2和ICE3动车组以速度160km/h通过时,简支梁跨中竖向振动位移和竖向振动加速度较小,在限值以内;(3)在CRH2和德国ICE3动车组以速度160km/h运行时,车辆竖向和横向舒适性均能达到"优"。说明3种墩高方案具有足够的全桥横向刚度,满足列车时速160km行车的安全性和良好舒适性要求。     

重载铁路跨度12m钢筋混凝土简支T梁静动力适应性分析与试验研究

我国快速发展的经济对铁路运输能力的要求不断提高,既有铁路重载扩能运输改造进程不断推进,随之提高的列车轴重必然会降低既有铁路桥梁的活载储备量,从而导致T梁的整体刚度和耐久性下降。通过对不同跨径桥梁活载储备量的计算分析,进而选取跨度12 m混凝土T梁作为研究对象进行静力适应性分析,对梁体跨中截面主筋应力、梁体跨中截面上翼缘混凝土压应力及梁体跨中底板裂缝宽度进行检算;并且建立动力有限元模型,分析不同列车荷载作用对跨中横向加速度及横向振幅的影响规律,并与试验实测结果进行对比分析。研究结果表明:在270 k N和300 k N轴重重载列车作用下,梁体受拉钢筋最底部主筋应力均超过容许值;结构动力响应随着车辆轴重增大而增大; 12 m跨低高度简支钢筋混凝土梁横向动力适应性优于普通高度简支梁,两者均满足开行大轴重重载货车要求。     

提速条件下32m下承钢板梁综合动力性能的安全性评价

沪宁线加固后的32 m下承钢板梁的综合动力性能试验,测试其在动车组以200～250 km/h速度通过32 m下承钢板梁时的动力响应和安全指标,主要包括钢梁自振特性、梁体动挠度、横向振幅、竖向振幅、横向及竖向加速度、墩顶横向振幅、端横梁的拼接纵梁位置处动挠度、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力等,并结合已有相关规范,对实测结果进行安全性评价.测试结果表明:在动车组作用下,梁体自振频率、梁体跨中挠度、梁体横向振幅、墩顶横向振幅以及脱轨系数、轮重减栽率和轮对横向力、端横梁的拼接纵梁位置处动挠度、主要杆件动力系数均符合相应规范要求,能够满足动车组以200～250 km/h 速度安全通过.     

不同刚度的32m简支箱梁动力性能试验分析

研究目的:为研究不同刚度的高速铁路32 m简支箱梁在动车组列车作用下的工作状态,本文对6个图号的简支箱梁(优化前后的250 km/h有砟轨道、250 km/h无砟轨道、350 km/h无砟轨道)的实测梁体竖向挠跨比、自振频率及动车组作用下的动力响应数据进行分析。研究结论:(1) 32 m箱梁自振频率和挠跨比实测值大于设计值,截面优化后的竖向刚度与优化前相比均有所降低;(2)在同一型号动车组作用下,箱梁振动数值大小与梁体刚度大小呈反比;(3)设计速度250 km/h无砟轨道箱梁横向和竖向振动实测值最大,350 km/h无砟轨道箱梁刚度大于250 km/h有砟轨道箱梁但竖向动力响应数值相当,无砟轨道箱梁振动数值大于有砟轨道;(4)同一图号的32 m简支箱梁,当动车组轴重增大、桥上线路不平顺时,桥梁竖向动力响应与线路平顺状态时相比明显增大,会发生超过通常值的现象;(5)本文研究可为桥梁车桥耦合仿真计算、设计优化、运营性能评估提供参考。     

桥墩横向变位和基础刚度变化对高速铁路行车安全性的影响

以高速铁路32 m多跨简支箱梁为研究对象,采用车桥耦合动力求解方法分析了桥墩横向变位和基础刚度变化对行车安全性的影响。结果表明,墩顶横向变位的安全限值为40 mm,桥墩单独发生变位对行车安全性的影响小于多墩横向变位。跨中横向振幅和墩顶横向振幅随车速的变化具有一定随机性,采用限制车速的方法可有效提高列车运行安全性。桥梁运营安全性指标相较于列车运行安全性指标更加敏感,高速铁路桥梁刚度储备较大,桥墩、梁体、支座等其他构件会减小局部损伤对行车安全性的影响,在日常检查中需重点关注基础局部较大病害。     

高速铁路跨度40m预应力混凝土简支箱梁技术经济性研究

高速铁路40 m简支箱梁丰富了标准梁跨度序列，对提高桥梁跨越能力、提升铁路桥梁建造水平具有重要意义。系统介绍40 m简支箱梁的研究背景、结构设计及其主要技术创新，全面开展40 m梁与现行32 m梁通用图、盐通32 m梁的技术经济性对比分析及联调联试实测验证。研究结果表明：静力性能方面，40 m梁基频小于32 m梁，静活载挠跨比和梁端转角大于32 m梁，残余徐变上拱与32 m梁相当；动力性能方面，轮重减载率比32 m梁有所增加，其余动力参数基本相当；经济性方面，梁部造价分别增加0.07万元/m和0.23万元/m,在高桥墩及跨越湖泊、河滩等情况下，40 m梁相对于32 m梁具有一定的经济优势。提出全面收集建设运营数据、加强理论研究、40 m简支箱梁可按抗震设防类别C类设计等建议。     

悬挂式单轨车桥耦合动力分析

为研究悬挂式单轨运营过程中桥梁和车辆的动力响应变化规律,以某悬挂式单轨双线7跨30m简支梁方案为工程背景,运用通用有限元软件ANSYS建立桥梁有限元模型,分析桥梁的动力特性;然后在多体动力学软件SIMPACK中建立车桥耦合动力学模型,研究双线列车以运营速度对开通过桥梁时桥梁和车辆的动力响应,并分析轮胎刚度和列车编组对桥梁和列车动力性能的影响。分析结果表明:双线列车以65km/h的速度对开通过桥梁时,桥梁跨中的整体横向位移响应最大值为19.03mm,表明桥墩横向刚度较小;轮胎刚度对车桥系统的加速度响应有显著影响;3辆车编组过桥时,桥梁的竖向和横向响应值明显比1辆车编组大,因此,在车桥耦合动力仿真分析时,必须考虑列车编组对车桥系统动力响应的影响。     

高速铁路跨度32m与40m预应力混凝土简支箱梁经济性比较研究——以铁伊铁路3座桥梁设计为例

对高速铁路32 m箱梁与40 m箱梁经济性问题进行研究,运用对比分析的方法,以新建铁力至伊春铁路为背景,选取本工程中头道河特大桥等3座具有代表性的特大桥梁,分别采用32 m和40 m跨度进行设计,并对其工程数量和工程概算进行对比分析.研究表明:工程地质条件、桥墩高度、桥梁长度、基础类型是影响桥梁经济性的主要因素.桥梁长...     

32m T梁桥梁墩高对工程经济延米指标的影响

32m简支T梁是铁路桥梁的传统梁型,设计简支T梁时考虑到新规范在纵向线性刚度和横向刚度方面的要求,对其进行技术经济分析,对设计的不同墩高的数量进行统计,对其基础和墩台所用材料的消耗指标进行比较,判断他们之间存在的递增关系。为便于统计分析,将引桥区段的墩高按一定范围划分,分析寻求其规律性,结果是随着墩高的增减其延米指标也...     

非规则铁路连续梁桥抗震体系优化

从非规则铁路连续梁桥各桥墩协同抗震的角度,引入墩底摇摆隔震及支座减隔震,以1座(60+100+60)m连续梁桥为例,建立全桥动力分析模型进行地震反应分析,研究具有中等高度(20~30m)实心桥墩的非规则铁路连续梁桥采用摇摆隔震的适用性,以及全桥采用支座减隔震时的桥墩优化配筋准则。结果表明:采用摇摆隔震时,摇摆墩墩底恒载轴力大,提离位移敏感性高,地震作用下墩顶位移可控制在较小的范围且提离后墩底弯矩变化稳定,易随其余各墩协同抗震,经抗震性能验算确定摇摆墩配筋率为0.6%;采用支座减隔震时,桥墩本身地震反应贡献率最高可达71%,桥墩惯性力主控墩底内力,以地震作用下各墩同步保持弹性为原则,优化后各墩配筋率依次为0.7%,0.3%,0.5%和0.7%。以上2种优化均可使非规则铁路连续梁桥达到"大震不坏"的设防水平。     

高速铁路连续梁空心桥墩地震分析

对于高速铁路常规跨度连续梁桥桥墩的地震力,目前设计者多采用抗震规范中单墩地震力计算公式计算,这与全桥模型的实际情况显然不符。为此,利用Midas/Civil软件建立了三种跨度连续梁的全桥空间动力模型,并通过改变基础的形式以及基础的边界条件来改变桥墩的整体刚度,分别将全桥模型计算的地震力结果与规范法的单墩模型计算的结果进行了比较,得出了两者比值(全桥模型数值/单墩模型数值)。当桥墩刚度越强时这个比值越小,桥墩刚度越弱时这个比值越大的结论。并给出了这个比值与刚度之间的关系曲线。最后提出了对于实体桥墩及考虑活动支座摩擦影响的展望。     

南仓特大桥桥上无缝线路设计

研究目的：研究刚构连续梁桥上无缝线路伸缩力的计算方法以及在曲线桥上不能设置伸缩调节器的情况下，如何加强无缝线路稳定性。 研究方法：通过对结构进行分析，建立刚构连续梁力学计算模型，利用计算机程序计算伸缩力；通过分析结构稳定性，研究桥上无缝线路线路加强设备。 研究结果：研制出在路基和桥梁地段都适用的无缝线路加强设备，即横向阻力器，通过实测阻力检算无缝线路稳定性。 研究结论：刚构连续梁可根据其结构建立计算模型计算伸缩力，计算参数宜采用实测数据，线路纵、横向阻力现场实测更重要；桥墩对梁的变形影响随墩刚度增加而增大，当采用高墩即墩顶纵向刚度较小时，影响也较小；横向阻力器制造、搬运和安装均较简单，而且对保证无缝线路稳定性有很大作用。     

重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力的分布规律,建立6-32 m+40 m+6-32 m(30 t轴重)重载铁路简支T梁与轨道相互作用有限元模型,与13-32 m简支梁桥相对比,研究温度、竖向活载、列车制动及地震作用下系统的受力和变形特征,探讨非等跨简支梁(40 m简支梁)对系统的影响规律。研究表明,各类荷载作用下,钢轨应力峰值多集中在各简支梁相接处及跨中位置;地震作用下,钢轨和墩底承受着极大的纵向力;非等跨简支梁桥对伸缩力和挠曲力影响较大,将使钢轨伸缩拉应力增大70%、钢轨挠曲应力增大50%、部分桥墩墩顶挠曲力增大50%;非等跨简支梁桥对制动力和地震力影响较小。     

客运专线铁路宽幅长联大跨连续梁桥设计关键技术研究

杭州钱江铁路新桥是沪杭甬客运专线和杭长客运专线跨越钱塘江干流的客运专线连续梁桥,该桥桥面宽、跨度大、单联跨数多长度大,结构受力纵横向均较复杂,空间效应极其明显,其关键技术设计需要得到重视与研究。结合杭州钱江铁路新桥有限元模型及车桥耦合动力分析,对剪力滞效应、偏载系数效应、抗震及减震措施、大位移伸缩缝、车桥耦合振动等关键技术问题进行了研究。活载偏载下剪力滞效应显著,正应力与扭转剪应力偏载系数存在差异,黏滞性阻尼可有效减少制动墩顺桥向水平地震力和面内弯矩,TW450型伸缩装置可满足梁端伸缩大位移要求,设计列车运行速度范围内桥梁与车辆动力响应满足要求。     

铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动分析

将曲线通过车辆和曲线连续梁桥分为两个由非线性轮轨接触力联系的振动子系统。运用车桥耦合振动理论,建立铁路车辆曲线通过模型动力方程、曲线梁桥模型及其动力方程。基于激励非线性振动的数值算法,编制曲线梁桥车桥耦合振动分析软件VCBID,进行一座铁路曲线连续梁桥车桥耦合振动响应分析。结果表明:行驶速度对曲线连续梁桥竖向振幅的影响较大,但曲线连续梁桥的竖向振幅并不总是随行驶速度的增加而增加;曲线连续梁桥的横向位移随行驶速度的增大而增大,大致呈线性关系;车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减轻率均随车辆行驶速度的增加而增加,且均满足我国现行规范的要求。     

PC简支梁铁路桥墩身动力响应的特解边界元分析

根据特解边界元理论,建立动态响应数值分析方法,编制相应的动力分析程序,计算PC简支梁桥墩顶纵向位移、速度和加速度时程,详细分析其动态变化过程;采用有限元分析方法,选择8节点块单元模拟墩身,并与特解边界元的计算结果进行对比。结果表明:两者具有较好的一致性,说明采用特解边界元的数值处理方法和所构造的边界元计算墩身动力响应是正确的。由于边界单元法只在边界上剖分单元,通过基本解把域内未知量化为边界未知量求解,自由度数目大大减少,计算效率较高。