高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段局部应力分析与验证

局部分析是桥梁设计中常采用的重要手段,也是设计中不可或缺的重要环节,利用实体有限元模型能反应出结构细部的受力状况,对考察结构重要部位的真实应力状态、结构设计配筋有着指导性作用。为了解高速铁路矮塔斜拉桥墩塔梁固结段的真实应力状态及验证局部分析中边界条件表达的准确性,以京沈客运专线(115+95)m双线无砟轨道预应力混凝土矮塔斜拉桥为工程背景,利用Ansys有限元建立细化的空间实体有限元模型,并对局部模型的边界条件模拟的正确性进行验证,分析表明,墩塔梁固结段进人洞角点处应力集中,应适当加强配筋,其余部位应力均满足要求,通过验证局部模型的内力传递及支反力,确保实体模型应力结果的准确性,保证结构安全。最后总结出了铁路桥梁中不失一般性的局部分析方法,从而对其他结构局部分析具有借鉴意义。     

罕遇地震作用下高速铁路减隔震简支梁桥合理计算模型的探讨

以往在分析减隔震桥梁的地震响应时,由于考虑到桥墩和基础应保持弹性工作状态,在基于强度的设计中偏于安全考虑桥墩一般采用毛截面刚度建立弹性梁单元模型。实际上,在罕遇地震作用下,桥墩墩底截面虽然未达到屈服状态,仍然会出现保护层混凝土开裂,并导致桥墩刚度降低。此时,应考虑对桥墩刚度进行适当修正以估计桥梁的各项地震响应参数,这也有利于实现减隔震桥梁基于位移的抗震设计。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,分别采用弹塑性纤维梁柱单元、弹性梁柱单元、考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩建立3种计算模型,探讨适用于罕遇地震作用下的高速铁路减隔震桥梁的合理计算模型。结果表明,当罕遇地震作用下桥墩位移延性超过0.5时,考虑刚度修正的弹性梁柱单元模拟桥墩的计算模型能够较好地估计桥梁各项地震响应参数。     

基于混合有限元法的钢箱拱相关稳定分析

针对薄壁结构提出了一种混合有限元方法,对结构关心的部位采用板壳单元模拟,其他部位采用杆系单元模拟,根据平截面假定推导了2种单元在交界面处的约束方程,由此建立整体混合有限元模型。通过算例验证了该方法的可靠性,可以计算薄壁结构的整体稳定、局部稳定和整体局部相关稳定。用该方法对某座刚构-单肋钢箱系杆拱组合桥梁进行特征值和弹塑性稳定分析,得到了相应的稳定系数和失稳模态。实例显示,该方法既可以弥补梁单元模型无法计算构件局部屈曲的不足,又可克服局部板壳模型无法准确模拟其整体边界条件及工作环境的缺点,还可以避免全结构板壳模型产生过多单元数量和庞大结构刚度矩阵的弊端,计算可靠性和计算效率大大提高。     

梁-板单元模型在劲性骨架钢筋混凝土拱桥仿真分析中的合理性研究

通过对劲性骨架钢筋混凝土拱桥的仿真方式进行分析和研究,探讨了在该类桥梁中应用最为广泛的梁-板单元模型的合理性。以一座上承式单跨劲性骨架钢筋混凝土拱桥为研究对象,分别建立主拱的梁-板单元模型和梁-实体单元模型,从结构的整体受力、局部受力和施工阶段受力3方面分析梁-板单元模型的优缺点。结果表明:梁-板单元模型建模简单,计算结果精度较好,仿真方式合理;梁-板单元模型在施工阶段分析中存在板的厚度与拱圈混凝土实际分环分段厚度不一致的问题,因此给出了按拱圈的分环面积和分环刚度等效原则共同确定对应板厚度的解决方案。     

公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥动力特性研究

以某公轨两用大跨度单索面钢桁梁斜拉桥为背景,采用有限元结构分析软件MIDAS/Civil 2019建立考虑施工阶段的全桥3维有限元模型,考虑几何非线性并采用子空间迭代法对桥梁振型进行分析,对索面布置、恒载集度、塔刚度、索刚度、梁刚度、辅助墩数量进行参数改变,研究其对桥梁动力特性的影响。结果表明:单索面钢桁梁双塔斜拉桥抗弯、抗扭刚度较弱,将单索面布置改为双索面布置,可增强斜拉桥的抗扭刚度,并在一定程度上避免弯扭耦合振型的出现;选择轻型2期恒载可增强桥梁的抗震、抗风稳定性;提高塔和梁的刚度可增强桥梁的抗震和抗风稳定性,但索刚度的变化对桥梁动力特性影响较为复杂;科学地增设辅助墩可优化桥梁的动力性能。     

铁道车辆板梁结构多方案对比分析

为合理处理铁道车辆车体上的板梁组合结构,解决车体结构分析中典型的板梁偏心连接问题,构建了偏心节点的节点位移关系式,利用APDL语言实现了批量约束方程的施加;并根据ANSYS软件中梁单元、板单元、实体单元的基本特征构造了5种板梁组合结构模型,对它们进行了有限元分析及对比.研究结果表明:对于同一典型的板梁结构,用板梁偏心组合建模(单点约束)方案得到的模型与用实体建模方案得到的模型有限元分析结果比较接近,用全板壳建模的两种方案均相对实体单元模型约束稍强,而用板梁偏心组合建模(双点约束)方案得到的模型则约束过强;同时采用板梁组合建模的模型单元数和节点数相对较少,可以节省计算机时,降低计算费用.     

正交试验下槽形梁桥瞬态噪声影响分析

为了探讨结构参数对桥梁结构噪声的影响,以某拟建轨道交通槽形梁为研究对象,选取桥梁支座刚度、桥梁阻尼比、桥梁结构刚度3个影响因素,结合有限元-瞬态边界元理论,对其进行正交分析。研究结果表明:轨道交通槽形梁结构瞬态辐射噪声对桥梁结构阻尼和结构刚度的改变较为敏感,随着桥梁结构阻尼参数和结构刚度系数的增大,声场最大线性声压级逐渐减小;在结构辐射噪声近声场处,桥梁结构刚度对槽形梁结构噪声影响较为显著;在结构辐射噪声远声场处,桥梁阻尼比对槽形梁结构噪声影响较为显著;应当有针对性地对桥梁结构噪声影响参数进行优化,从而改善桥梁结构噪声性能。     

基于静动力测试数据的斜拉桥模型修正

对大跨度桥梁结构进行健康监测研究的首要问题,是建立一个满足工程精度要求、反映桥梁结构力学特性的有限元模型.本文以成桥荷载试验静测中的位移和动测中的频率作为状态变量,以各项实测值与相应计算值的百分比偏差的平方和作为目标函数,结合ANSYS的优化分析功能,对大型桥梁结构的初始有限元模型的计算参数进行修正.修正过程中引入约束条件限制各待修正参数和状态变量的变化范围,使得修正后的各参数具有明确的物理意义.修正后的有限元模型为桥梁健康监测计算分析提供了更加切合实际的数学模型,也验证采用ANSYS进行模型修正的可行性.所提方法可供同类大跨桥梁结构的有限元模型修正借鉴.     

不同梁单元对车-桥耦合动力响应的影响

研究目的:为研究不同类型梁单元对列车-轨道-简支梁耦合系统动力响应的影响,以12车编组高速列车通过6跨简支梁为例,基于多刚体动力学建立车辆垂向动力学模型,分别采用Euler-Bernoulli梁、Timoshenko梁及Mindlin板单元建立简支梁桥有限元模型,并开展基于三种不同类型梁单元简支梁模型的列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应分析。研究结论:(1)在相同参数条件下,三种简支梁模型的自振频率各不相同,其中Euler-Bernoulli梁模型计算得到的简支梁自振频率最高,对应的理论共振车速也最大;(2)运营车速条件下,桥梁加速度响应受梁单元类型的影响显著,基于Euler-Bernoulli梁的简支梁振动加速度最小,基于Timoshenko梁的简支梁振动加速度与基于板单元的箱梁底板中点处的计算结果较为接近,而基于板单元的简支梁由于顶板局部受高频列车荷载激励的影响,因此顶板中点处的加速度最大;三种简支梁模型计算的首、末节车体加速度吻合良好;(3)共振车速条件下,Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的桥梁加速度和位移吻合较好,但整体上大于板单元模型箱梁腹板及底板的计算结果,且Euler-Bernoulli梁模型和Timoshenko梁模型计算的末节车体加速度在振动形态上与板单元模型计算结果存在较大差异;同时,末节车辆由于受桥梁共振效应的影响显著,其车体加速度明显大于首节车辆;(4)本研究成果可为列车-轨道-桥梁耦合振动研究中桥梁数值模型的选择提供参考。     

基于车辆-轨道单元的桥上CRTS Ⅱ型板轨道竖向振动分析

根据车辆与桥上CRTS II型板轨道结构相互作用的特点,提出一种车辆单元与一种轨道单元,运用有限元方法和Lagrange方程,建立2种单元的动力有限元方程。车辆单元与传统车辆模型的不同在于每个车轮下附有一系钢轨,该钢轨仅用于车辆与轨道之间的耦合,不计其质量和刚度。利用这种车辆单元,可建立运行车辆与轨道结构耦合的显示算法,避免了复杂的程序编制工作。基于轨道参振作用,轨道单元从形式上表现为扣件间距范围内的一段轨道截矩,涵盖了钢轨、扣件、轨下垫板、轨道板,混凝土连续底座板、桥面板以及相互作用的4层梁模型。计算结果与文献对比表明,基于车辆单元与轨道单元的车辆—轨道—桥梁耦合振动模型及其程序能够反映轨道结构的振动特性以及进行相应的动力性能分析。