大跨度铁路钢桁拱桥车—桥耦合振动分析

为使列车高速通过大跨度铁路钢桁拱桥时具有良好的走行性,同时使桥梁具有良好的动力安全性,对该类桥梁的车-桥耦合振动进行分析.基于车-桥耦合振动理论,采用三角级数法模拟轨道随机不平顺,联立轮对沉浮振动及侧滚振动方程迭代求解轮轨力,采用迭代法求解桥梁及车辆响应.以南京大胜关长江大桥为例,采用推荐方法对该桥在不同列车(德国ICE3动力分散式高速列车、中华之星列车、南京轻轨列车、空载P62货物列车)以不同速度通过时,桥梁和车辆的动力性能进行分析.分析结果表明,该桥安全性和列车安全性、平稳性指标均满足要求,列车平稳性优良,推荐的计算模型及简化方法可用于同类桥梁的车-桥耦合振动分析.     

大跨多线铁路钢桁梁桥车桥耦合动力分析

为研究列车通过桥面上设置多线铁路的大跨度钢桁梁桥所激发的车桥耦合振动的规律,以某两联2×84m连续钢桁梁桥为研究背景,将列车视为多刚体动力系统,用空间有限元对桥梁进行离散建模,并将列车、桥梁视为联合动力体系,建立列车与多线钢桁梁桥的车桥耦合动力模型,计算分析列车通过该桥时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果表明:当ICE3高速客车、C62普通货物列车混合编组通过桥梁时,桥梁和车辆的动力响应比单线客车通过桥梁时明显偏大;列车在各种组合工况下通过桥梁时,列车走行性能得到满足,桥梁动力性能良好。     

双工字钢-混凝土板组合梁桥车桥耦合振动研究

双工字钢-混凝土板组合梁桥自重轻,车辆质量与主梁模态质量之比可达到1/10,可能出现过大的动力响应导致行车舒适性差,危及行车安全。为了研究该类桥车桥耦合振动机理及影响因素,对某在建的单跨35m四跨一联的双工字钢-混凝土板组合梁桥进行动力特性分析、车桥耦合振动数值模拟及行车动力响应测试。结果表明:该类桥前4阶固有频率较为接近,在不同载重和车速下可能会发生多个频率的振动,车辆过桥的附加惯性质量使结构的振动频率有所降低;试验车过桥的速度和加速度评估该桥舒适性较好;车辆载重与车速对冲击系数的影响复杂,无明显规律,路面等级越好和阻尼比越大,冲击系数越小,对桥面进行平整度处理和增加结构阻尼是降低振幅和车辆冲击效应及提高舒适性的有效方法。     

常泰长江大桥主桥风-车-线-桥耦合分析

常泰长江大桥为主跨1 176 m的双塔双索面公铁两用双层斜拉桥。为研究侧风作用下该桥的动力响应以及桥上高速列车的行车安全性,采用WTTBDAS V2.0软件建立风-车-线-桥耦合分析模型,分析不同风速及车速下单、双线CRH2列车通过桥梁时车辆和桥梁的动力响应。结果表明:桥梁主跨跨中横向位移和横、竖向加速度随风速增大而增大,竖向位移受风速影响较小,车辆响应随风速增大而增大;桥梁主跨跨中横向位移和加速度响应在风速小于20 m/s时受车速影响不大,竖向位移和加速度随车速增大而增大;车辆的响应随车速的增大而增大,当风速达20 m/s后,车辆的动力性能主要由风速控制;单、双线行车时,桥梁的竖向动力响应差异较大,车辆的动力响应差异较小。根据风-车-线-桥耦合分析结果,结合现有的安全性和舒适性评价指标,提出大风天气下桥上行车的风速-车速阈值,当横向平均风速30 m/s时,应封闭线路。     

高速铁路隧道结构动力累积损伤模型试验研究

为探讨高速铁路隧道衬砌结构在列车振动荷载长期作用下的动力累积损伤特征,阐述混凝土结构动力相似材料模型试验原理,以武广高速铁路金沙洲隧道为原型,利用微粒混凝土作为相似材料,构建隧道与围岩动力相互作用全断面试验模型,施加高速列车振动荷载对相似材料模型进行动力累积损伤试验;试验过程中同步测试隧道衬砌结构各特征点动应变、超声波速度以及隧道底部围岩接触应力的时程响应数据,分析隧道衬砌结构动力响应特征与累积损伤规律。得出了在设计使用寿命期内,高速列车振动荷载长期作用下,隧道衬砌结构动力累积损伤效应不明显,而隧道底部围岩累积损伤破坏则应引起足够重视等研究结论。     

考虑施工阶段的装配式钢-混凝土组合梁非线性全过程分析方法

为解决常规钢-预制混凝土桥道板组合梁的剪力键预留孔角隅和板间现浇接缝易开裂的问题,提出了带装配式栓钉(PCSS)剪力键和预制预应力桥道板的钢桁-混凝土组合梁(Prefabricated Steel Truss-Concrete(PSTC)Composite Beam)。针对从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,提出了一种装配式组合梁的非线性全过程分析方法:建立精细化有限元模型,预制桥道板和板间接缝采用在混凝土实体单元中是否嵌入普通钢筋单元分别模拟;桥道板采用预应力钢束降温法模拟板内获得预压应力的过程;组合梁采用导入初应力的方法,实现将先期获得预压应力的桥道板与钢桁结整为组合梁共同受力。利用该方法模拟分析了装配式钢桁-混凝土组合梁在负弯矩作用下,从施工到成桥到破坏的全过程力学行为,并与组合梁负弯矩区段力学行为性能试验的结果进行了对比。结果表明:该模拟方法能较真实模拟装配式钢-混凝土组合梁从安装桥道板到桥道板的破坏的全过程受力行为,挠度计算值与实测值相差4.1%,吻合较好。     

钢桁腹预应力混凝土组合梁桥静动载试验研究

介绍了中国首座钢桁腹预应力混凝土组合梁桥——江山桥荷载试验的主要内容和方法,并结合理论计算,对该桥的实际应力、挠度以及自振频率等进行对比分析。试验结果表明:该桥的理论分析和设计方法可行,整体性能良好。研究结果可为中国钢桁腹预应力混凝土组合梁桥的进一步深入研究和发展奠定良好的基础。     

风屏障破坏所致风载突变对桥梁列车行车安全影响研究

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响，以某四塔公铁两用斜拉桥为背景，进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载，并通过桥梁和列车节段模型风洞试验，测得计算所需气动力系数；在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型，研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明：突风效应会导致列车横向位移达到最大值，遮风效应会使列车横向加速度达到最大值；随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加，列车动力响应随之增加；风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数，并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大；仅在风速不大于10 m/s时，列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。     

大跨度铁路斜拉桥车桥耦合振动分析

以某主跨432m铁路斜拉桥为例,运用桥梁结构动力学与车辆动力学,将桥上通行列车和桥梁视为联合动力体系,建立精细的列车与大跨度铁路斜拉桥的车桥耦合动力分析模型,计算与分析了该桥列车通过时的桥梁动力响应和列车走行性,计算结果表明：当国产C62货车和CRH2客车以不同的速度通过斜拉桥时,车辆、桥梁的动力响应均能达标,列车具有良好的走行性,该斜拉桥具有足够的横向、竖向刚度。研究结果为大跨度铁路斜拉桥的动力设计提供了理论依据。     

刚构-连续组合梁桥与连续刚构梁桥结构对比分析

依托滴水岩大桥,将刚构-组合梁桥与连续刚构梁桥进行对比分析,探讨大跨径预应力混凝土刚构-连续组合梁桥的力学特点和使用性能,揭示该桥型在结构设计上的优势.     

既有钢-混组合梁桥概率评估方法及应用

为准确评估既有钢-混组合梁桥的安全性,提出一种基于可靠性的概率评估方法。该方法首先结合使用荷载和极限荷载下的试验结果,采用非线性有限元法对全部结构响应进行参数敏感性分析,得到关键参数,进行模型识别,确定最佳模型;然后引入贝叶斯推断,结合补充试验结果,增加输入参数的可靠性,基于可靠性评估法对结构安全性进行评估。将该方法应用于某钢-混组合梁桥中,结果显示:模型识别和贝叶斯推断提高了模型的准确性,模型参数值接近或高于初始值,变异系数值低于初始值,该桥抗力大于荷载,安全可靠性指标较高。该方法对钢-混组合梁桥以及其它类型的桥梁结构设计和安全评估提供了参考。     

深圳市机场南路钢-混凝土组合梁桥施工方案研究

通过深圳市机场南路宝安立交主桥50+82+50m钢-混凝土组合梁桥的工程实例,介绍了大跨径钢-混凝土组合梁桥不同施工方案对内力的影响,通过比较选定最优的施工方案。     

厦深铁路榕江特大桥主桥车-桥耦合振动分析

厦深铁路榕江特大桥主桥为(110+2×220+110)m下承式大跨度刚性桁梁柔性拱组合体系桥。为了解其在设计时速下车-桥系统的动力性能,基于ANSYS软件建立全桥有限元模型,分析其自振特性,采用SIMPACK和ANSYS联合数值仿真分析方法,计算CRH2动车组列车运行时桥梁和列车组的动力响应,并与现场实测值和规范限值进行对比,评价该桥在列车设计时速下车-桥系统的安全性和舒适性。结果表明:双线行车可有效减小桥梁跨中的横向振动,但对列车响应的影响很小;车速250km/h时桥梁各动力响应值均大于车速220km/h时的值,且均满足规范限值;在各工况下,列车组的车辆脱轨系数、轮重减载率、轮轴横向力和车体加速度均小于标准限值,舒适性指标均为优或良,列车运行安全性和舒适性满足规范要求。     

钢—混组合梁桥动力性能及滑移效应试验研究

对钢—混组合梁桥的动力性能和滑移效应进行综合试验研究和理论分析,并对桥梁的动力性能、滑移效应以及行车的舒适性进行了评价。现场实测钢—混组合梁桥在汽车活载作用下结合面处相对滑移情况,以及桥梁的脉动效应和跑车的自振特性、动挠度、阻尼比等动力响应值,再将现场实测值、规范计算值和有限元计算值进行比较分析。试验结果表明,在最大设计活载作用下,结合面处纵向滑移量平均值小于0.02mm,滑移效应对结构受力性能影响很小,可以忽略不计;钢—混组合梁桥的振动频率较低、柔性较大,阻尼比相对较小;汽车活载作用下,钢—混组合梁桥的结构动力响应和动力特性均良好,能够满足道路行车舒适性的要求。     

地震动分量对车-轨-桥系统动力响应影响研究

为研究横向、竖向、纵向及三向地震动分量对车-轨-桥系统动力性能的影响,以高速铁路10跨32m双线简支箱梁桥为背景进行分析。采用仿真分析程序TTBSAS,选取一致激励模式输入10条典型地震波,分析在无震,横向、竖向、纵向及三向地震动分量作用下车-轨-桥系统的钢轨横(竖)向位移、加速度等桥梁结构动力响应,以及脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力等列车动力响应。结果表明:在不同地震动分量作用下,高速铁路简支梁桥的横向和竖向动力响应具有弱耦合性;横向地震动分量会同时增大钢轨的横向和竖向动力响应;横向地震动分量对桥上列车行车安全的威胁最大,在进行地震作用下的车-轨-桥系统行车安全性研究时,可考虑仅输入横向地震动分量进行计算。     

组合梁桥徐变分析的超级单元法

基于多轴应力状态下的粘弹性本构关系,提出了钢-混凝土组合梁桥徐变分析的超级元法。采用广义Maxwell模型描述混凝土徐变行为,利用超级元法缩减分析规模,并通过Newton-Raphson迭代方法求解结构徐变响应。以两跨钢-混凝土连续梁桥为例分析了徐变对结构的影响,可供相关工程设计和实践参考。     

大跨径简支钢-混凝土组合梁桥设计研究

钢-混凝土组合梁桥可以充分发挥钢材和混凝土各自的优势,具有良好的力学性能和施工性能。基于大跨径简支钢-混凝土组合梁桥设计实例,论述其计算方法及力学性能。此类梁桥在成桥及运营阶段的各部分应力均满足规范要求;后续类似设计中还可考虑采用塑性设计进行比选;临时支撑可以有效改善钢梁受力。简支钢-混凝土组合梁桥具有广阔的应用前景。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

基于动态贝叶斯网络及构件性能退化的钢板组合梁桥时变可靠性分析方法

为分析构件性能退化对钢板组合梁桥可靠性的影响,提出一种基于动态贝叶斯网络(Dynamic Bayesian Network, DBN)的时变可靠性分析方法。该方法首先依据材料劣化公式建立钢板组合梁桥抗力退化模型;然后基于DBN构建组合梁桥构件性能退化初始模型,利用钢板组合梁桥抗力退化模型随机生成不同变量组合作用下的抗力数据,对该初始模型进行训练,通过参数学习得到DBN先验模型及节点条件依赖关系,并加入观测节点及可靠度节点,建立适用于可靠性分析的DBN模型;最后输入桥梁检测数据,实现桥梁可靠度指标更新。采用该方法和蒙特卡洛法对某钢板组合梁桥时变可靠性进行分析,结果表明：2种方法预测结果基本一致,该方法可准确预测钢板组合梁时变可靠度;以可靠度为寿命评价指标,输入该桥运营60年时的检测信息,更新前、后该桥的使用寿命分别为75年、64年,应提前对桥梁采取维修与养护措施。     

敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥设计

敞开式桁架梁结构在人类早期建筑发展史中曾经有过广泛的应用。随着当今社会建筑材料、设计理论、施工水平等方面的高速发展,敞开式桁架梁结构以其建筑高度低、造型简洁美观的特点再次引起人们的关注。文章结合某在建高速公路中单跨60m敞开式钢管-混凝土桁架组合梁桥的应用,对敞开式桁架组合梁桥的设计进行了分析和探索,实为抛砖引玉,以期敞开式桁架组合梁桥能得到更好、更多样的发展。