大跨度混合梁斜拉桥-轨道系统受力特性

研究目的:考虑结构刚度-质量不平顺、热膨胀系数、导热率等差异,为研究大跨度混合梁斜拉桥与轨道系统的非线性互制作用,基于梁轨相互作用原理,采用带刚臂的梁单元模拟梁体,用非线性杆单元模拟梁轨接触,并与UIC算例对比以验证其正确性。以(2×57. 5+172. 5+600+4×57. 5) m跨西江混合梁斜拉桥为例,建立考虑桥塔、拉索、主梁、轨道以及相邻桥跨的高速铁路大跨度混合梁斜拉桥梁轨相互作用模型,分析温度、活载、列车制动以及地震作用下斜拉桥上无缝线路纵向力的分布特征,并对关键设计参数的影响进行探讨。研究结论:(1)在斜拉桥两端设置钢轨伸缩调节器可大幅降低梁端处钢轨温度应力峰值,钢轨温度应力主要由温升幅度较高的钢箱梁段控制;(2)竖向活载和列车制动作用下桥塔均承受着较大的水平力;(3)地震作用下,斜拉桥跨中钢轨也承受着较大的应力,梁段质量分布情况对钢轨应力和位移具有较大的影响;(4)塔梁相接处设置的黏滞阻尼器可有效减少列车制动和地震过程中桥塔承受的纵向力;(5)本研究成果对大跨度混合梁斜拉桥关键结构设计优化具有参考价值。     

大跨度斜拉桥非线性粘滞阻尼器参数研究

为研究地震作用下非线性粘滞阻尼器参数的不同选取对漂浮式大跨度斜拉桥纵向限位性能的影响。通过非线性动力时程分析法对某大跨度斜拉桥中非线性粘滞阻尼器的阻尼系数C和阻尼指数ξ进行参数敏感性分析,与该桥在未设置粘滞阻尼器状态下的地震响应进行比较分析和安全评价。提出选取阻尼系数C和阻尼指数ξ的控制方法和公式。结果表明:斜拉桥纵桥向设置粘滞阻尼器后,通过调节粘滞阻尼器的参数能有效降低结构在地震作用下关键部位的相对位移;非线性粘滞阻尼器在限制主梁纵向位移时对跨中竖向位移有放大作用;合理的阻尼参数对提高地震作用下斜拉桥安全性有重要影响。     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

自锚式悬索桥纵向地震响应控制分析

以某双塔自锚式悬索桥为例,通过在桥塔与主梁之间设置液体黏滞阻尼器,把地震作用下桥梁纵向的位移和内力控制在一个合理的范围内。通过改变阻尼参数C和α,对此桥纵向的地震位移和内力的变化情况进行了规律总结。比较发现,当阻尼系数C越大或阻尼指数α越小时,此桥纵向的地震位移和内力反应就越小。其中C取3 500左右,α取0.3时,塔底地震弯矩降幅达40%左右,主梁地震位移降幅达50%左右。     

曲线矮塔斜拉桥在不同曲率半径下力学性能分析

曲线矮塔斜拉桥的曲率半径不同时,其空间弯扭耦合效应存在较大差异,对桥梁设计影响程度不同,因此亟需开展曲率半径对曲线矮塔斜拉桥受力性能的影响规律研究。以邯济胶济联络线跨胶济高铁特大桥主桥曲线独塔矮塔斜拉桥为背景,通过建立有限元模型进行分析研究,对不同曲率半径的独塔矮塔斜拉桥开展了参数分析,研究曲率半径对桥梁结构受力性能的变化影响规律,重点考察主梁和主塔的受力与变形、斜拉索索力、支座反力等计算参数。研究结果表明曲率半径越小,则主梁扭矩越大,桥塔横向弯矩和位移越大,内外侧边支座反力差值越大。曲率半径较大时,主梁可按展开的直线桥进行计算。不同曲率半径下,收缩徐变改善了主梁和桥塔内力。曲线矮塔斜拉桥设计时,可采用预设偏心、桥塔设置预应力筋以及增设闭合抗扭钢筋等措施合理考虑曲率半径的影响。     

高烈度震区独塔斜拉桥减震优化设计

高烈度震区独塔斜拉桥在纵、横向地震作用下均需满足相应的抗震性能要求,以唐山市二环路上跨津山铁路独塔斜拉桥为例,该桥综合采用主塔处设置纵向粘滞阻尼器,辅助墩和边墩设置横向粘滞阻尼器的结构体系,分别抵御纵、横向地震。设计对阻尼系数和阻尼指数等进行了详细的参数分析;对合理横向抗震体系进行研究。研究表明:阻尼系数和阻尼指数应进行参数分析,并综合考虑梁端梁-墩相对位移、桥塔受力等合理选择。横向阻尼约束体系相对漂浮体系和固定体系更优。本桥减震设计体系合理,取得了很好的减震效果。     

主跨532m公铁两用斜拉桥的地震响应及阻尼器减震效果研究

以我国首座跨海公铁两用钢桁斜拉桥——元洪航道桥(主跨532 m)为研究对象,采用空间板梁单元法建立有限元模型,对该桥地震响应特征及阻尼器减震效果等进行了研究。结果表明:大跨度斜拉桥动力特性分析除应考虑拉索垂度效应外,也应同时考虑梁—柱效应;动力特性分析时宜优先采用多重Ritz向量法,以使振型参与质量更快达到抗震计算要求;不同地震水平下,边墩和辅助墩的墩底、主塔塔底和下横梁附近截面将承受较大弯矩,为地震易损部位;N4#塔梁间设置纵向黏滞阻尼器后,罕遇地震作用下N3#主塔(支座纵向固定)顺桥向弯矩、结构纵向位移均明显减小,最大减幅分别达40.6%和44.8%,减震效果明显。     

卸索期间列车—斜拉桥耦合动力响应分析

以沪昆高速铁路长沙段三跨(112+80+32)m独塔斜拉桥为研究对象,利用自主研发的车桥耦合振动分析软件TRBF-DYNA开展斜拉桥维修卸索施工期间的桥梁动力响应及列车走行性分析。采用多刚体动力学方法建立31个自由度的车辆模型,采用有限元方法建立轨道—斜拉桥模型,轮轨间竖向采用Hertz非线性接触模拟,横向采用蠕滑理论模拟。分析结果表明:卸索对桥梁刚度的影响不大,对桥梁自振频率的影响在5%以内;卸索期间车致桥梁振动响应略有增加,其中桥面主跨竖向振动位移最大增加了10.8%,但其他参数增幅较小;桥塔以纵向振动为主,不同卸索工况对桥塔纵向振动影响显著;各卸索工况主要影响车辆竖向加速度,对列车其他运行安全性指标影响较小;在卸索期间,列车的行车安全性和平稳性指标均满足规范要求。     

塔梁间纵向弹性约束对铁路斜拉桥动力特性及地震反应的影响

以某铁路斜拉桥为工程背景,研究了塔、梁间纵向弹性约束刚度取值对斜拉桥动力特性及主塔地震反应的影响.研究结果表明:纵向弹性约束对斜拉桥体系纵漂及主梁反对称竖弯振型影响较大.与漂浮体系相比,在弹性约束刚度的合理取值条件下,弹性约束使塔顶位移及塔身控制截面的弯矩有较大幅度的降低,但使部分塔身控制截面的剪力增大.     

高速铁路高低塔混合梁斜拉桥设计研究

为了研究不对称混合梁斜拉桥在高速铁路上的适应性,以阜淮高铁颍河特大桥为例,结合控制因素开展方案设计和结构设计。受通航、防洪及线路纵断面条件限制,主桥采用(31+73+230+114+40) m高低塔混合梁斜拉桥方案,主跨、大里程边跨分别跨越主、副通航孔,孔跨布置与航道要求相适应,梁高满足线路高程和净空要求。主桥采用半漂浮体系,在高塔侧设置纵向固定支座,双塔纵向设置黏滞阻尼器。通航孔上方主梁采用钢混结合梁,其余跨主梁采用混凝土梁,桥塔采用H形花瓶塔,斜拉索采用扇形布置。建立静动力模型,对该桥进行静力、稳定性、抗震、抗风、风车桥耦合计算分析,研究结果表明：主桥结构受力合理,静动力各项指标均满足规范要求,结构安全可靠,主梁刚度较大,满足无砟轨道铺设要求。     

重载铁路部分斜拉桥结构参数分析

以蒙华重载铁路主跨248 m部分斜拉桥为例,采用有限元分析理论,分析在该跨度范围内部分斜拉桥应用于重载铁路的适应性及特殊性。对该桥结构体系、主梁梁高、预应力次内力、桥塔刚度、桥塔高度及索塔梁刚度匹配等结构参数进行比选研究,确定合理布置形式。结果表明:(1)该重载铁路部分斜拉桥采用塔梁固结、墩梁分离体系,主墩支座采用双1 90 000 kN超大吨位球形钢支座;(2)主梁中支点—跨中梁高采用13 m-6 m组合为优;(3)短预应力钢束时弯矩近似矩形分布于预应力钢束布置区域,次内力较小;长预应力钢束次内力弯矩近似呈三角形分布,次内力影响明显;(4)桥塔尺寸主要由索鞍等构造及桥塔本身受力控制,其刚度对结构整体受力及刚度影响均较小;(5)为提高跨中截面等控制性区域结构受力性能,桥塔采用高塔型体系,高跨比1/4.35;(6)结构整体刚度主要由主梁提供约占67%,主塔及拉索对整体刚度贡献值为33%,主塔及拉索对刚度影响因素主要为桥塔高度。     

制动工况下高墩铁路桥梁纵向动力响应研究

研究目的:为研究高速列车制动对高墩桥梁纵向动力响应的影响,本文利用自主研发软件TTBLS-DYNA建立列车-轨道-桥梁耦合系统纵向动力模型,分别采用有限元方法建立轨道-桥梁三维空间模型,采用刚体动力学方法建立车辆纵向动力模型。依据动车组的制动减速度特性曲线,通过数值积分方法求解车辆和桥梁耦合动力方程,进行耦合系统纵向动力响应分析,并以石夹沟高墩简支梁桥为例进行车-桥纵向耦合振动分析。研究结论:(1)高速列车在高墩桥梁上快速制动时,对高墩桥梁纵向振动影响较小,主梁纵向位移最大值为0.17 mm,纵向加速度最大值为58 mm/s2;(2)列车制动过程中,主梁纵向位移具有累积性,最大值一般出现在列车制动停车之前,而纵向振动加速度与之相反,最大值一般出现在列车停车瞬间;(3)按照现行《铁路桥涵设计规范》制动力静力计算方法得到的最大墩底弯矩为3 960.7 kN·m,本文算法得到的最大值为1 152.0 kN·m,仅为规范静力算法的31.5%,表明规范对制动力的取值具有较大的安全储备;(4)本研究成果可为高墩铁路桥梁的设计提供参考。     

大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥的动力特性

为研究大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥结构参数对动力特性的影响,以岳口汉江特大桥为背景,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,分析了边中跨比、结构自重和刚度、钢混比等参数及有无辅助墩和横向抗风支座对桥梁动力特性的影响。结果表明:该桥振型排列合理,耦合程度低;钢混比和边中跨比对主梁基频影响极大,辅助墩可以有效提高桥梁的整体刚度;无横向抗风支座对主梁振型影响较大,但对桥塔振型影响不大;主梁刚度和自重对本桥前3阶振型的振动频率影响显著;桥塔自重主要影响主塔侧弯和纵弯频率;斜拉索刚度主要影响主梁竖弯和主塔纵弯频率。     

大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥结构体系研究

甬舟铁路富翅门公铁两用跨海大桥采用主跨388 m高低塔公铁平层挑臂式钢箱梁斜拉桥，为世界上最大跨度的高低塔公铁平层合建斜拉桥。为研究适用于大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥最优结构体系，结合富翅门公铁大桥结构不对称的特点，对5种不同类型半飘浮体系、塔梁约束体系进行比选研究。通过对5种约束体系在静、动力荷载作用下的桥塔弯矩、桥塔位移、主梁位移对比分析，推荐采用高塔侧设置固定支座、矮塔侧采用活动支座的约束体系，该体系抵抗纵向荷载能力强、释放体系温度变形差，与常用的半漂浮体系相比，在静、动力荷载作用下桥梁总荷载效应小，具有良好的静动力性能，其中静力作用下两桥塔塔底总弯矩降低15%,两侧梁端总位移降低51%,两塔顶位移减少29%;动力作用下两桥塔塔底总弯矩相当，两侧梁端总位移降低76%。     

超250 m级高塔铁路斜拉桥减隔震设计参数影响分析

为了研究西南山区超250 m级高塔大跨铁路斜拉桥抗震约束体系,获得大桥减隔震关键设计参数合理取值范围,以跨径布置(70+208+500+208+70) m的双线铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元分析方法,研究大桥地震响应特征,分析塔梁处设置不同纵向弹性刚度时大桥动力特性和结构地震响应规律,探讨黏滞阻尼器设计参数对大桥各关键构件地震响应的影响规律。研究结果表明：这类超250 m级高塔铁路斜拉桥设置黏滞阻尼器是十分有必要的。在塔梁、墩梁位置处同时设置黏滞阻尼器可以有效控制超250 m级高塔铁路斜拉桥的梁端位移,明显改善超高塔自身的地震力分布情况。研究得到的大桥地震响应随黏滞阻尼器设计参数的变化规律,以及适用于超高塔铁路斜拉桥的合理阻尼器设计参数,可为今后类似工程提供参考依据。     

大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的：对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟，为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法：以一座大跨斜拉桥为实例，通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果，并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论：半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果，但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大；不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果；行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响，但对桥塔抗震有利，并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。     

中央扣对大跨度悬索桥地震响应影响及机理研究

为研究不同形式中央扣对悬索桥地震响应影响规律及机理,本文结合某三跨铁路悬索桥,基于ANSYS有限元分析软件建立三维空间有限元分析模型,对比分析不同中央扣设置形式对桥梁自振特性的影响。通过非线性时程分析,对在塔梁位置设置纵向黏滞液体阻尼器前后不同形式中央扣对悬索桥地震响应的影响规律进行研究。通过响应控制振型的研究,揭示中央扣对各响应产生不同影响的机理。研究结果表明:仅通过自振特性分析不能直接得到准确的中央扣对桥梁地震响应影响规律;不同中央扣设置形式下,主梁竖向位移及各项内力响应均大幅增加,塔底弯矩、剪力有所减小,以刚性中央扣为最优;考虑阻尼器后,不同形式中央扣对大跨度悬索桥地震响应的影响与无阻尼器情况基本一致,其原因是设置阻尼器并未改变桥梁各响应的控制振型。     

三塔超大跨公铁两用斜拉桥活载加载标准研究

为探究公路铁路活载对三塔超大跨公铁两用斜拉桥结构的影响,以某公铁长江大桥为研究背景,建立有限元全桥模型。利用影响线确定活载最不利加载位置,分析铁路活载和公路活载对主梁、主塔、斜拉索的影响。研究结果表明:随着铁路和公路活载加载长度的改变,桥梁结构响应在主梁竖向位移、主梁压应力、主塔顺桥向位移、主塔顺桥向弯矩、斜拉索索力增幅等方面表现出一定的规律性,铁路活载引起的桥梁结构响应是公路活载的3.2~4.2倍;对于主梁和主塔,当铁路活载加载长度分别增加5.4%、22.2%、18.2%,结构响应对应增大35.90%~36.90%,8.27%~13.07%,4.40%~8.38%;对于斜拉索,活载作用下索力最大增幅位于跨中附近;按照偏安全的到发线长度加载比按照列车可能最大长度加载,在桥梁设计上更具有安全冗余度。研究成果可为超大跨度铁路桥、公铁两用桥的设计提供参考。     

跨“V”形峡谷大跨度铁路悬索桥减震研究

以位于高烈度区、跨"V"形峡谷的千米级跨径铁路悬索桥为研究对象,建立全桥精细化数值模型,通过设计和罕遇地震动的一致激励和考虑"V"形峡谷地形效应的非一致激励下桥梁结构的响应分析,进行该桥的抗震性能和减震研究。结果表明:非一致激励地震动作用下,该桥的主塔内力、纵桥向梁端位移、主缆和吊杆拉应力等相对一致激励均有不同程度的降低,但主塔变厚度处截面弯矩接近设计限值,主梁梁端及柔性中央扣的地震响应超限;采用耗能型中央扣可使纵桥向梁端位移降低49.78%,并解决柔性中央扣拉应力超限破坏的问题,但会增大西侧主塔的内力响应;在塔梁连接处设置黏滞阻尼器可使主塔弯矩、剪力及梁端位移分别降低19.87%,14.20%和70.55%,但柔性中央扣仍因应力过大而被破坏;采用耗能型中央扣+黏滞阻尼器可使主塔弯矩、主塔剪力、梁端位移、主缆应力、吊杆应力分别下降24.01%,18.84%,72.42%,7.14%和11.38%,耗能型中央扣峰值内力未超出其极限承载力,有效地控制了结构关键构件的地震响应,满足该桥的抗震设防要求。     

鄂尔多斯市乌兰木伦河4~#大桥成桥静动载试验研究

鄂尔多斯市乌兰木伦河4#大桥主桥为主跨450 m的双斜塔双索面混合梁斜拉桥。为了检测桥梁结构的静力和动力性能,评定桥梁的承载能力,为工程验收提供科学依据,对该桥进行了成桥静动载试验,同时结合理论计算,就主梁和主塔截面应力、主梁挠度、主塔塔顶纵向位移、斜拉索索力和结构振动特性等进行了对比分析。试验结果表明桥跨结构设计合理,桥梁刚度和承载能力满足设计要求。