车致脉动力作用下桥上防风屏障的振动响应分析

高速铁路桥上的防风屏障会受到列车运行产生的脉动气冲力作用,防风屏障在脉动气冲力作用下的振动是防风屏障设计必须考虑的问题。本文建立了防风屏障有限元模型,考虑自然风荷载、结构自重和列车引起的脉动风荷载,以兰新铁路第二双线桥上防风屏障为实例,分析防风屏障各关键节点处的振动响应。结果表明:考虑自然风及车致气动力的脉动特性会显著增加防风屏障的动力响应;分析车致气动力对防风屏障的结构响应时应将自然风基本风压作为静载同时计算;另外应特别关注挡风板的振动,其响应远高于立柱。     

铁路沿线太阳能电池板及支架立柱的抗风性能

以西成(西安—成都)高速铁路沿线立柱式太阳能电池板支架立柱的布设为背景,通过数值计算、风洞试验及有限元分析研究其抗风性能。为避免结构共振,须获得高速列车脉动风压的振动特性,通过刚性模型测力试验获取了结构最不利风偏角,试验结果可作为调整结构布设方向的依据。铁路沿线结构抗风设计须考虑自然风荷载和列车脉动风荷载的综合作用。本文提出了一种验算铁路沿线结构抗风安全性的方法:基于数值计算得到结构受列车风荷载作用下的极限风压,以此反算结构所受极限风荷载,并利用风洞试验及有限元计算方法计算结构应力。     

铁路声屏障设计综述

研究目的:高速铁路和普速铁路在噪声源组成、位置及传播特性上均有所不同,高速铁路声屏障结构因受列车运行脉动力作用下的疲劳影响,声屏障结构设计有别于普速铁路。本文通过研究高速及普速铁路声源特性、作用于高速铁路声屏障的气动压力和声屏障结构的动力响应,旨在提高铁路声屏障降噪效果和结构安全性。研究结论:(1)普速铁路声屏障等效声源位置为轨面以上0. 5 m,客货列车的等效频率分别为500 Hz、1 000 Hz;高速铁路声屏障等效声源位置为轨面以上0. 6 m和3. 3～4. 9 m,等效频率为1 250 Hz;(2)高速铁路声屏障设计应考虑脉动气压力作用下的疲劳影响,声屏障单元板与H型钢立柱宜采用直插式,H型钢立柱与基础的连接螺栓应采用高强度螺栓并采取防松动措施;(3)声屏障的设置不能影响铁路线路的维护维修、路基排水,距接触网带电体5 m范围内的声屏障金属构件必须接入综合接地系统;(4)本研究结论可为铁路声屏障设计提供指导和借鉴。     

高速铁路插板式声屏障立柱与桥梁连接技术

高速铁路声屏障受列车运行脉动力的影响,对声屏障立柱与桥梁连接部的强度和抗疲劳性能要求高。本文结合京津城际高速铁路声屏障设计,提出了多项连接安装新技术,并在综合测试中得到验证,为今后高速铁路声屏障的建设提供了有益的探索。     

某在役重载铁路32 m预应力混凝土T梁后装声屏障适应性分析

随着我国货运铁路重载扩能运输的发展,大轴重、长编组引起的噪声污染日趋严重,后装声屏障已成为减小噪声污染的主要措施之一,但通过扩能改造提升的在役重载铁路桥梁原设计时并未考虑后装声屏障对桥梁结构的影响。为研究在重载铁路桥梁上后装声屏障的适应性,以在役铁路桥梁主梁型32 m简支T梁(专桥-2059A)为研究对象,采用数值模拟与结合现场实测桥梁现状分析的方法,基于不同荷载组合作用,开展T梁加装声屏障后主梁、声屏障与桥梁连接的位置及道砟槽板适应性分析,并对T梁翼缘板及声屏障结构的潜在薄弱位置进行破坏分析。研究结果表明：T梁加装声屏障后,主梁纵向强度受梁体L/8～L/4处抗剪控制,其中梁体L/8处抗剪安全系数为1.70,小于规范要求值1.80;声屏障与桥梁连接位置安全储备不足,其中,在最不利荷载组合作用下,挡砟墙钢筋应力超过容许值1.25倍、裂缝宽度超过容许值0.54 mm;道砟槽板在最不利荷载组合作用下,其钢筋应力安全储备剩余23.2%、裂缝宽度比规范容许值小0.07 mm。综合考虑3种分析,该类型T梁不宜后装声屏障;在最不利情况下,T梁及声屏障结构破坏顺序依次为预埋化学锚栓处、挡砟墙处、声屏障...     

我国高速铁路声屏障气动效应研究与探索

针对高速铁路声屏障的安全可靠性，从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战，并基于我国高速铁路声屏障应用场景，探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性，结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定，提出完善标准体系的相关建议，并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明：列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响，列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系；声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关，相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%；在列车脉动力作用下，声屏障钢立柱以横向振动为主，呈现典型受弯构件的特征，而单元板以整体往复横向运动为主，振幅受安装状态的影响显著，声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动；未来可结合声屏障结构振动特征和服役性能变化情况，深化声屏障气动荷载产生机理和动力分析方法的研究，探索声屏障服役性能演变机理和规律，完善声屏障结构安全性能检测评估体系，发展快速高效检测技术。     

高速铁路声屏障动力特性研究

以高速铁路声屏障为研究对象,介绍作用于声屏障的高速列车脉动风荷载的特性.分别建立单块混凝土声屏障及金属立柱声屏障的实体有限元模型,并建立用于时程响应分析的20 m长板壳有限元模型.实体、板壳声屏障模型的自振特性分析结果表明,两者的基频结果相符较好,基频均在9.0 Hz以上,远离高速列车的2.0～4.0 Hz的脉动频率.两者模型差异导致2阶以上的自振频率存在一定差异.高3.05 m整体式混凝土声屏障的列车脉动风荷载的时程响应分析表明,声屏障的侧向最大位移与最大应力均较小.除透明板振动稍大外,结构动力性能良好,无共振现象.     

天兴州桥正交异性板焊接部位疲劳性能研究

武汉天兴洲桥是特大型公铁两用斜拉桥，其公路桥面采用了正交异性板的构造形成。运用有限元分析软件ANSYS和焊接疲劳试验方法，对正交异性板关键焊接部位（槽型闭口肋嵌补段对接处及闭口肋与横梁焊接处）的疲劳性能进行研究。采用ANSYS建立模型，用公路荷载标准进行桥面板应力分析，确定最不利荷载位置，进而计算得到正交异性板槽型闭口肋嵌补段对接处及闭口肋与横梁焊接处的最大应力幅分别为28．6和39．66MPa。疲劳试验结果表明，焊缝的焊趾是薄弱环节。由疲劳试验得出的槽型闭口肋嵌补段对接焊缝及闭口肋与横梁或横隔板连接焊缝的疲劳容许应力幅分别为89．31和49．14MPa，大于有限元计算得到的最大应力幅，说明正交异性板关键部位的疲劳性能符合要求。     

钢管混凝土桁架拱桥板—管焊接节点热点应力集中系数研究

钢管混凝土桁架拱桥板—管焊接节点应力集中程度高,疲劳问题突出,是影响桥梁寿命的关键因素。基于国际焊接协会提出的热点应力计算方法,利用ANSYS软件建立精细有限元模型,研究各种典型荷载作用下板—管焊接节点焊趾处的热点正应力、热点剪应力集中系数。结果表明:热点正应力集中系数在约1/4焊缝长度处最大,外焊缝大于内焊缝,节点板焊趾大于钢管焊趾,内焊缝钢管焊趾处均为压应力;剪应力集中系数在焊缝两端最大,中间最小,内焊缝钢管焊趾剪应力流方向与外焊缝相反;节点板两端直角构造改为圆弧构造,能显著降低端焊缝热点正应力集中程度;板—管焊接节点处于拉—剪联合作用复杂应力场,应综合考虑正应力、剪应力集中,焊缝端点和约1/4焊缝长度处应力集中程度最高,建议作为疲劳设计的"热点"。     

销铰式索梁锚固结构传力机理及疲劳性能研究

针对销铰索梁锚固结构焊缝密集、局部应力集中明显的问题,以广州跨桂丹路刚架拱连续梁组合桥为研究对象,采用有限元理论分析与模型试验相结合的方法,对销铰索梁锚固结构的传力机理和疲劳性能进行研究。研究结果表明:(1)销铰锚固结构除部分区域存在应力集中外,整体应力水平不高,在1.5倍设计荷载下结构仍处于弹性阶段。(2)索力在结构中的传递是流畅、均匀的,但在焊缝内部的分配是不均匀的,其中耳板-桥面板、耳板-横隔板和耳板-桥面加劲板3处焊缝传递了80%以上的索力,焊缝端部存在一定应力集中,为疲劳设计关键部位。(3)在疲劳荷载下260万次循环加载后,疲劳试验模型的各关键细节均未发现裂纹,该结构疲劳性能满足要求。     

考虑防撞墙影响的高速铁路桥梁声屏障及翼缘板上脉动力数值分析

以可压缩黏性流体的N-S方程和k-ε双方程湍流模型为基础,考虑防撞墙对空压的影响,采用计算流体力学软件PHOENICS,对高速列车行驶时作用在有防撞墙铁路桥梁声屏障和箱梁翼缘板上的脉动力分布进行数值分析.结果表明,列车车头驶入声屏障、经过声屏障中部区域和驶出声屏障时,声屏障各处脉动力时程曲线形式不同,脉动力沿声屏障高度的分布为先增大后减小,约在1/2声屏障高度处达到最大值;桥梁翼缘板上的脉动力峰值沿横桥向基本呈线性增大至防撞墙处;声屏障和桥梁翼缘板上的脉动力峰值与列车速度的平方呈线性关系.根据分析结果给出了脉动力峰值计算公式以及考虑脉动力的结构设计组合荷载.     

列车荷载对CRTSⅠ型板式轨道疲劳损伤的影响研究

为研究CRTSI型轨道板及CA砂浆层在列车疲劳荷载作用下的疲劳损伤,按照轮轨力的正态分布规律及疲劳荷载编谱方法中的单参数计数法将列车荷载简化为2种疲劳荷载谱,通过建立的弹性地基梁-体模型计算了列车疲劳荷载作用下轨道板及CA砂浆应力值,采用Miner线性准则及以应力为基础的疲劳寿命计算方法,分别计算了轨道板混凝土及CA砂浆在60年服役期内的疲劳损伤。理论分析结果表明:仅考虑列车疲劳荷载作用时,轨道板混凝土及CA砂浆材料在60年服役期不会发生疲劳破坏;不同的疲劳荷载谱对轨道板及CA砂浆的疲劳损伤几乎没有影响。     

铁路桥限高防护架与超高车辆的碰撞分析

为提高铁路桥限高防护架的抗碰撞能力,保护铁路桥梁的安全,基于ANSYS/LS-DYNA对铁路桥限高防护架与超高车辆的撞击过程进行了非线性数值模拟,从变形、应力、荷载、能量等方面分析铁路桥限高防护架的破坏过程。荷载分析结果表明,碰撞力最大值与车辆初速度近似成正比关系,此关系可为设计碰撞力的取值提供参考;能量分析结果表明,系统损失的能量大部分被防护架吸收,说明其抗撞击能力有待提高;应力分析表明,最大应力通常发生在防护架上部横杆和支撑节点区域,如在上部横杆间增加斜向支撑,或者适当增加横杆壁厚,可提高防护架的抗碰撞能力。     

高速铁路大风地区挡风结构破坏性试验研究

为研究由挡风立柱和挡风板组成的挡风结构在大风作用下的破坏情况,在现场用混凝土浇筑1∶1挡风结构模型,并对其进行静力加载试验,进而对挡风结构的裂缝发展规律和混凝土应力、钢筋应力、承载力等基本受力性能展开研究。试验结果表明,最大破坏荷载随挡风立柱高度的增加而减小,挡风立柱高度为3.5 m时承受的破坏荷载最大;长厚比越大挡风板所承受的最大破坏荷载越大,挡风板厚度为0.15 m时承受的破坏荷载最大;选用立柱高3.5 m、挡风板厚0.15 m的组合结构满足使用与安全要求,有较大的安全储备。     

大跨度铁路钢箱梁斜拉桥索梁锚固结构疲劳性能试验研究

索梁锚固结构是大跨度钢箱梁斜拉桥的关键受力构件之一,多采用锚箱式。本文研究的新型索梁钢锚箱,其主要受力构件分别与主梁边腹板和风嘴板焊接,形成双挑式索梁钢锚箱。采用计算分析与模型试验相结合的方法,对索梁钢锚箱在铁路荷载下的传力原理、应力分布以及疲劳性能进行研究。结果表明:该结构设计合理,索力传递方式明确,各板件应力分布较均匀。疲劳试验结果表明:双挑式索梁钢锚箱在铁路荷载200万次作用下,力学性能未发生改变,具有良好的抗疲劳性能和足够的安全储备。     

高速铁路扣件系统弹条疲劳性能研究

高速铁路扣件长期在动载作用下工作,为保证其正常使用,对扣件系统中的弹条进行疲劳性能研究是非常有必要的。本文通过考虑弹条与扣件系统其他部分之间的接触作用,对X2型弹条在不同扣压力作用下的静力及疲劳性能进行了研究,获得了弹条在不同扣压力下的应力特征,重点研究了疲劳荷载作用下弹条的疲劳寿命及疲劳破坏危险点位置。考虑钢轨横向力的作用,计算分析了考虑水平力作用下的弹条疲劳寿命,并对荷载频率对弹条性能的影响进行了讨论。     

钢桁梁全焊桁片腹杆与节点焊接连接细节疲劳性能试验研究

为避免焊缝交叉,钢桁梁全焊桁片中,腹杆与节点连接采用带半圆过焊孔的焊接构造。为评估钢桁梁全焊桁片腹杆与整体节点焊接细节抗疲劳性能,对其进行有限元数值模拟及疲劳试验研究。根据实际焊接细节结构特点,基于应力场相似原则完成试验模型设计。利用ANSYS建立实桥结构及试验模型的有限元模型,对应力分布状态及应力集中系数进行比较分析。采用3组9个试件,完成不同应力幅下钢桁梁全焊桁片腹杆与节点连接构造典型焊接细节的疲劳试验,通过数据拟合得到该焊接细节的S-N曲线。结合其他既有疲劳试验数据及欧洲规范、日本规范对该焊接细节疲劳性能进行评估。结果表明:过焊孔与翼缘焊接部位存在较大的应力集中,对焊接节点的疲劳性能有较大削弱;反复荷载作用下,过焊孔与翼缘板交接焊趾处首先产生疲劳裂纹。     

钢桁结合梁整体节点及细节构造设计与研究

研究目的:(1) 研究确定腹杆与节点板间合理的连接方式,使腹杆与节点板间传力简捷明确,腹杆端部应力分布均匀,提高腹杆抗疲劳性能;(2) 研究确定横梁与弦杆间合理的连接方式,使横梁上翼缘接头构造满足结构疲劳性能要求,避免与之连接的下弦杆竖板发生层状撕裂破坏;(3) 研究确定钢桁结合梁桥整体节点细节构造,使受力复杂的整体节点传力简捷明确,避免应力集中,改善结构疲劳性能.研究结论:(1) 腹杆与节点板间采用全截面拼接,腹杆应力分布均匀,节点刚度大,杆件抗疲劳性能好.(2) 横梁上翼缘接头板与弦杆间采用大弧过渡及熔透焊缝,焊缝质量等级要求为Ⅰ级,焊缝端部要求打磨锤击处理,可满足此处焊接疲劳性能要求.弦杆与横梁相交处,弦杆竖板突出30 mm并采用Q370qE-Z25钢材,可避免此处弦杆竖板发生层状撕裂.(3) 在整体节点及其它钢结构设计细节中,贯彻大弧、缓坡、打磨、锤击等防裂、防断措施.可有效提高整体节点和其它细节构造的疲劳性能,满足结构抗疲劳性能要求.     

高速铁路桥上新型无砟轨道板设计与仿真研究

由于现有高速铁路桥上采用的普通板式无砟轨道系统在轨道板之间存在凸型挡台,排水困难,且部分轨道板由于配筋存在一定问题,在列车荷载长时间作用下,板底出现横向裂缝,为此,提出了两种新型双孔型无砟轨道板,并采用有限元软件进行仿真分析,对其在组合荷载作用下进行内力分析。结果表明：双孔型无砟轨道板相邻底座板缝之间排水不受凸台限制,可以满足铁路桥上线间的排水设计,轨道板的稳定性更好,应力和变形都满足轨道板设计要求;与普通轨道板相比,由于采用非对称预应力配筋,在总体配筋率相同的情况下,两种双孔型轨道板的极限承载力变化不大,板底抗裂度显著提高,总体性能较好。     

客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道疲劳寿命预测

针对客货共线铁路CRTSⅠ型板式无砟轨道的疲劳寿命问题,采用有限元软件,通过应力等效原理及列车运行速度确定了室内混凝土疲劳试验的加载值和加载频率;在各组合工况下对混凝土试件进行重复加载,分析了抗折强度和动弹性模量的关系,确定采用动弹性模量衰减幅值来评价混凝土疲劳寿命;将试验结果拟合为混凝土损伤曲线,并基于Palmgren-Miner疲劳累积伤损准则得到不同荷载作用下轨道板疲劳寿命预测值。结果表明:混凝土动弹性模量和抗折强度之间存在良好的相关性;荷载频率越低或应力水平越高,混凝土损伤发展速度越快;忽略其他荷载耦合作用时,客车荷载作用下轨道板的疲劳寿命约为货车荷载作用下的2倍,而客、货车荷载交替作用下无砟轨道的疲劳寿命则介于上述2种荷载作用之间。