铁路混凝土箱梁温度场及温度效应

运用试验方法,对铁路混凝土箱形梁的水泥水化、日照温度场及温度效应进行研究。结果表明,箱梁水化热温度峰值可达70℃以上,梁体浇筑后最大温升可达44℃,箱梁局部板件(如腹板)混凝土芯部与表面的温差可达10℃以上,箱梁内部混凝土温度与箱梁周围养护区内的环境温度差可达35℃;箱梁沿板厚方向受日照影响存在一定的温度梯度,对于无碴轨道箱梁,顶板的温度梯度超过10℃;箱梁沿梁高方向存在较大的温度梯度,有碴桥梁梁顶和梁底温差可达15℃,无碴桥梁梁顶和梁底温差可达20℃;当外界温度变化时,混凝土内部温度变化存在滞后现象。     

基于气象条件的客运专线简支箱梁日照温度场研究

分析日照作用下混凝土箱梁与环境的热交换机理,结合桥位气象条件,采用瞬态热流边界模拟日照温度条件、计算客运专线简支箱梁温度场,采用实测数据对该方法进行验证。以我国客运专线采用的无砟轨道32m标准跨径简支箱梁为工程背景,分析基于气象条件的客运专线标准跨径简支箱梁日照温度场分布特征,探讨大气透明度系数、覆盖层厚度及混凝土表面吸收率等参数对箱梁温度场的影响。研究表明:箱梁日照温度边界可采用瞬态热流边界进行模拟,计算渡越时间约为84h;箱梁最值温度与大气透明度系数正相关,且对顶板温度的影响最大;梁顶覆盖层能有效减小梁顶的温度变化幅度;提高混凝土表面的光洁度或采用浅色涂层以减小混凝土表面吸收率,可有效降低箱梁的温度变化幅度。     

大跨度箱梁桥温度与混凝土收缩徐变耦合效应分析

为准确考虑温度对大跨度混凝土箱梁桥长期力学行为的影响,以帕劳共和国KororBabeldaob桥为例,利用Midas/Civil软件建立分层模型反映箱梁顶板、底板以及腹板的温度差异,采用B3模式计算温度与混凝土收缩、徐变的耦合,深入探讨了该耦合作用对箱梁关键截面预应力损失、挠度以及应力的影响。研究结果表明:温度与收缩、徐变耦合作用使合龙时及合龙18a后主墩顶负弯矩区预应力损失分别增大30.9%和13.5%;使合龙18a后主跨跨中挠度增大47.3%,主墩顶负弯矩区箱梁顶板应力减小40.1%,对底板应力基本无影响;且温度越高,主跨跨中下挠速度越快,主墩顶负弯矩区顶板应力在桥梁运营前期降低越快,在运营后期顶板应力逐渐趋于定值。     

基于BP神经网络的混凝土箱梁最大温度梯度预测

混凝土箱梁受到太阳辐射、大气温度波动等多种气象因素的综合作用,结构内部会产生显著的非均匀温度分布。截面内温度梯度可能会导致桥梁结构产生过大的温度应力与温度变形,影响桥梁结构的安全性和耐久性。本文旨在探究气象因素对混凝土箱梁温度场的影响机理,并提出一种能精确预测中国多区域混凝土箱梁截面最大温度梯度的方法。首先建立了日照条件下混凝土箱梁温度场计算模型,将2 a以上气象资料作为输入条件,对多个地区混凝土箱梁温度场长期变化进行了仿真模拟,并对混凝土箱梁截面温度梯度的长期变化趋势进行了分析。然后利用主成分分析(PCA)确定了混凝土箱梁截面最大温度梯度预测模型所需的输入参数。最后利用遗传算法优化的BP神经网络建立预测混凝土箱梁竖向、横向温度梯度的网络模型,并与混凝土箱梁截面温度梯度进行比较。结果分析表明BP神经网络模型可以精确地预测混凝土箱梁最大温度梯度,预测值平均绝对误差(AAE)均小于0.9℃,均方根误差(RMSE)均小于1.2℃,决定系数(R2)均大于0.9。基于当地气象条件,本文利用经典的BP神经网络模型所建立的预测模型对中国不同地区的混凝土箱梁截面最大温度梯度均能给出准确的预测,为混凝土...     

成都地区双块式无砟轨道温度场特性研究

为获取成都地区双块式无砟轨道温度场分布特征,在成都市郊设立一段CRTSⅠ型双块式无砟轨道,进行连续一年的温度和气象要素实时观测,对不同季节轨道结构内部温度与气象要素的对应关系进行综合分析。研究结果表明:晴天时轨道结构内部的温度随气温的变化呈周期性波动,轨道结构垂向上相邻2层温度极值出现的时间依次滞后,而阴雨天时周期性变化规律不明显,说明道床板温度主要受太阳辐射影响,特别是道床板表面以下50 mm范围内;道床板板角、板边及板中的温度日变化幅度与气温日变化幅度均呈线性相关关系,道床板日温度荷载取值建议参照道床板中部实测数据选取;道床板垂向温度荷载模式呈指数函数分布;利用多元线性回归分析的方法得到道床板垂向最大正温度梯度耦合预估模型,其相似度高于0.85,可用于工程结构设计荷载的预估。     

大跨连续刚构桥梁体及轨道温度分布试验及其影响研究

为了明确大跨连续刚构桥上梁体及轨道温度分布及其对桥上无缝线路力学行为的影响,以1座铁路常用双线特大连续刚构桥为例,针对箱梁及轨道结构的温度分布开展测试研究,分析结果表明:根据实测数据,钢轨温度最高值要高于气温,轨温最低值相对气温也较低。当气温较低时,最低轨温与最低气温虽不完全一致,但两者相差很小,最高轨温与最高气温亦是如此,但当气温较高时,最高轨温要明显高于最高气温;桥梁纵向温度分布差别不大,温差主要表现在竖向和横向上,箱梁温度沿梁高方向自上而下逐渐升高,沿箱梁横向上同样存在差别,但相差均较小;梁体垂向温度梯度对钢轨纵向受力影响较小,但其对线路高低不平顺会有一定影响,且主要是在长波范围内,当温度梯度较大时会出现长波不平顺超限。     

寒冷地区高速铁路桥梁冻融损伤研究

针对高速铁路桥梁中普遍使用的32m箱梁,以哈大高速铁路为工程依托,基于哈尔滨典型气象年逐时气象资料,综合考虑气温、太阳辐射、风速对桥梁温度场的影响,利用Ansys有限元软件研究寒冷地区高速铁路桥梁冻融损伤。结果表明:混凝土桥梁结构的形式及尺寸效应对其温度场的分布规律及冻融循环次数影响较大,同一结构的不同部位混凝土的冻融损伤程度存在较大差异;距离结构表面深度越深,温度变化越滞后,变化幅度越小,桥梁结构的冻融损伤程度随其深度的增加而呈指数规律递减;哈尔滨地区高速铁路桥梁顶板上表面混凝土和底板下表面混凝土的年等效冻融循环次数分别为4.157次和0.571次,前者的冻融情况远比后者严重;哈尔滨地区高速铁路桥梁混凝土抗冻等级建议值为≥F400。     

单箱多室变宽度道岔连续梁桥空间力学性能分析

为了明确不同荷载条件下单箱多室变宽度道岔连续箱梁桥的应力分布及剪力滞效应,首先采用数值方法,利用ANSYS建立考虑预应力以及各种荷载工况加载方式的三维实体单元模型,分析箱梁在不同荷载效应下应力分布和变形趋势;然后,选择箱梁顶底板不同部位16个应变测点,采用多通道数据采集仪分别同步实测满堂支架现浇、预应力张拉及成桥落架等施工阶段时箱梁应力,并与数值分析数据进行对比验证;在此基础上,利用数值模型对该单箱五室预应力混凝土道岔梁在列车活载作用下的横向和纵向剪力滞效应进行分析。研究表明,三维实体数值模型可得到不同荷载工况作用下单箱多室箱梁应力分布的精细结果,数值分析结果和应力实测数据都显示箱梁顶底板应力分布不均匀,有明显的剪力滞效应,且顶板剪力滞效应更显著;数值分析还显示,车辆布载方式影响剪力滞效应,剪力滞效应沿着纵桥向变化,剪力滞系数最大达1.074。研究结果表明,单箱多室箱梁设计中应充分考虑箱梁剪力滞效应影响,以确保桥梁结构设计安全。     

客运专线连续箱梁竖向温差取值探讨

为研究客运专线箱梁竖向温差荷载对结构受力的影响,对比分析美国、英国、日本及中国四种不同桥梁规范给定的非线性日照温度曲线,结合3跨变截面连续箱梁实例,计算不同桥梁规范非线性日照温度下结构截面的温度应力,表明我国铁路规范规定的温差荷载对结构使用阶段受力影响相对较大。结合我国客运专线桥梁结构实际情况,考虑桥面轨道结构对桥面温差的折减效应,提出我国客运专线箱梁桥竖向温差选取的建议。     

承受特殊活载的简支槽形箱梁结构设计

介绍涟源钢铁厂铁水运输专线上的一座64 m简支槽形箱梁的设计特点。该桥跨度大,与温福铁路线上的白马河特大桥跨度相同,共同创造了铁路简支梁跨度世界最大的记录;承受活载大,铁水罐车重力大约是中活载的3倍;温度受力复杂,罐车体外温度理论计算值为296℃,由于空气和桥梁的热工参数不易确定,难以计算车体移动热辐射在桥梁中产生的温度场。设计中采用下部弧形箱梁加上部翼墙的组合截面形式,以降低结构建筑高度,满足桥下净空要求。采用分段浇筑的施工方法,先浇筑箱梁后浇筑翼墙,具有组合结构的受力特征。针对该桥上述受力特点进行了详细的计算和分析,确定了合理的截面形式和尺寸,优化了预应力的张拉顺序,探讨了不同温度模式下桥梁的受力状况。设计表明,各项指标均满足相关规范要求,并有足够的安全系数,文中提出的计算方法和结论可供同类桥梁设计参考。     

大跨度混凝土连续箱梁桥日照温度场试验及仿真分析

为研究大跨连续箱梁桥的日照温度场分布特点与最不利温度梯度模式,以唐山曹妃甸工业区纳潮河2#大桥施工阶段实桥监测为基础,基于太阳物理学、传热学等相关理论,建立箱梁温度场的热边界条件。参考相关文献确定有限元瞬态热分析的环境参数与热工参数,运用ANSYS软件模拟日照下箱梁的瞬态温度场分布并与实测值进行对比分析,采用最小二乘法拟合出箱梁竖向最不利正温度梯度。研究表明:箱梁截面二维温度场近似关于桥轴线对称分布;顶板、底板、东腹板、西腹板内外表面日照最大正温差出现时刻分别为14:00、15:00、11:00、17:00;混凝土导热性能差,内表面峰值温度出现时刻滞后外表面2~3 h;唐山市曹妃甸区箱梁截面的竖向温度梯度为Ty=19.2e-4y;环境与热工参数选取合理,采用有限元软件ANSYS进行数值模拟具有较高精度。     

高温季节桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道温度分布试验研究

为研究高温季节高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的温度分布规律,制作CRTSⅡ型板式无砟轨道-预应力混凝土简支箱梁1:4缩尺试验模型。通过开展夏季典型高温天气的温度试验,分析高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的温度分布变化规律,研究无砟轨道横、竖向温度分布型式。结果表明:在非阳光直射条件下,高速铁路桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道竖向温度分布、温差分布和温度梯度分布均呈"S"形非线性分布,且呈周期性变化;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度为正温度梯度,最不利竖向负温度梯度发生于CA砂浆层与底座板层间;CA砂浆内部竖向温度梯度最显著,最大值为27.0℃/m;无砟轨道横向温度分布呈抛物线型,三维温度分布呈马鞍形曲面。     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

混凝土单箱双室磁浮轨道梁的日照温度场分布研究

日照作用下混凝土单箱双室磁浮轨道梁的温度场分布不均匀,易引起变形、开裂,影响轨道平顺性及行车安全性。基于传热学原理,结合上海夏季辐射和气温等气象资料,针对日照作用下混凝土双室箱梁的温度场分布展开有限元模拟分析,研究了不同时刻时轨道梁截面的温度分布规律,得到了箱梁在不同时刻的温度云图;提取最大竖向温差时刻腹板和最大横向温差时刻底板中线的温度值,拟合后得到横向与竖向的温度梯度曲线,与规范温度梯度对比后发现:竖向温度梯度峰值比规范值大,变化更加剧烈,且在底板附近存在反向温差,横向温度梯度峰值比规范值小,变化也更加剧烈且同样存在反向温差,双室箱梁的温度梯度模式与规范不一致。     

考虑内腔空气影响的高速磁浮轨道箱梁日照温度场研究

高速磁浮混凝土轨道梁在日照作用下温度分布不均匀,易引起梁体变形、开裂,影响行车安全.本文以上海浦东地区的气候条件为基础,研究了日照辐射下高速磁浮混凝土轨道箱梁的温度分布规律.首先基于固体传热和流体传热理论计算了浦东地区的太阳辐射值,然后建立了混凝土轨道箱梁有限元模型,并在考虑箱梁内腔空气传热效应的前提下计算了轨道梁整体...     

高速列车作用下箱梁桥箱内振动噪声分布研究

为解决高速铁路线上箱梁桥日常检查与列车运营之间的冲突,探讨列车正常运行时箱梁内部噪声对日常检查工作造成的影响,桥梁结构振动辐射低频噪声会对检测人员造成极大危害,研究箱梁内部噪声分布有着重要的现实意义。结合车桥耦合振动和声传播理论,通过建立桥梁振动辐射有限元-边界元的求解体系,以78 m变截面混凝土箱梁桥作为实体模型,得出箱内瞬态噪声声场特性。分析结果表明,在车桥耦合振动所产生的箱内声辐射噪声分析中,变截面处声压值增大,且列车交汇产生的声压值大于单向行车产生的声压值。当箱内添加吸声材料后,可降低噪声水平,保障检测人员身体健康。     

斜拉桥波形钢腹板箱梁的力学特性研究

研究了斜拉桥中波形钢腹板箱梁在成桥状态下的力学特性。以新密市溱水路波形钢腹板箱梁斜拉桥为工程实例,通过有限元计算与分析得到主梁的竖向位移、波形钢腹板的剪应力、混凝土板的正应力和竖向挠度、主梁的纵向正应变、混凝土板的应力传递等各项力学规律。结果表明,波形钢腹板的竖向剪应力沿梁高方向近似均匀分布;波形钢腹板的竖向变形在整个主梁的竖向变形中起主要作用;波形钢腹板的纵向正应变小于混凝土板;按波形钢腹板承担全部剪力的传统理论进行结构设计偏于保守。     

薄壁箱梁挠曲性能的矩阵分析

在选取薄壁箱梁剪力滞控制微分方程的齐次解作为单元位移函数建立形函数矩阵基础上,运用虚功原理推导竖向集中荷载作用下单元等效节点力公式,提出双室箱梁的合理剪滞翘曲位移函数。通过对变截面悬臂箱梁有机玻璃模型进行计算,验证提出的梁段单元对分析变截面箱梁的有效性。结合实际箱梁算例,分析预应力混凝土变截面连续箱梁的挠曲性能。研究结果表明:所提出的梁段单元用于变截面箱梁分析时,具有较高的计算精度;在竖向集中荷载作用下,箱梁剪滞力矩图是一条平滑曲线,任意截面处剪滞力矩均不大于弯矩;剪滞效应使连续箱梁的跨中挠度明显增大,工程实践中必须认真对待。     

混凝土箱梁水化热温度试验研究

研究目的:温度应力已被认为是混凝土箱梁开裂的主要原因之一。为了掌握水化热温度沿箱梁截面的分布规律,并根据混凝土施工工艺状况,估算温差应力,特对混凝土箱梁进行了水化热温度试验,为箱梁设计与施工提供有益的参考。研究方法:水化热温度测试选取了梁体的跨中及端部截面,按照能够充分反映箱梁水化热变化情况的原则,分别在顶板、底板、腹板布置了内埋式温度传感器,从混凝土入模开始,量测水化热温度的变化情况。研究结果:根据温度测试结果,可以绘制出混凝土水化热温度随观测时间变化的曲线。通过对秦沈客运专线箱梁温度测试结果的总结分析,重点阐述了箱梁混凝土早期水化热温度发展的一般规律,其中包括水化热温度时程曲线的一般形式、温升基本规律、温降基本规律、混凝土的温度梯度、入模温度与温度峰值的关系等,并提出了防止温差过大而引起混凝土开裂的工程措施。