高速铁路高墩极值温度变形研究

为研究极值温度作用模式下高墩-梁轨体系的温度变形,需要获得混凝土高墩在日照作用下产生极值温度分布规律。基于昌赣铁路客运专线某高墩桥梁一年的温度监测数据,采用广义帕累托模型和时间序列加法模型分别对高墩100年重现期的极值温差分量和均匀温度分量进行了估计,并采用负指数函数对沿壁厚方向的温差进行拟合,获得了高墩极值温度组合。然后,采用热-力耦合的三维有限元模型计算了极值温度组合下的温度变形。结果表明:桥墩的地理位置东西侧温差为23.62℃,南北侧温差为6.91℃,且沿壁厚方向满足负指数函数分布时,为温度作用最不利情况;年均匀温度方程可获得每日均匀温度取值,并得到100年重现期内最大均匀温度可达51.2℃,最低为-9.8℃;通过极值温差和均匀温度分量的组合,可计算高墩在极值温度作用下的温度变形,为高速铁路桥梁设计和运营期内温度变形计算提供参考。     

预应力混凝土箱梁日照温差效应分析

预应力混凝土箱梁在日照作用下引起温度变化,形成较大的温度梯度。我国现有桥梁规范中的温度梯度模式只是笼统地考虑地域、时间和桥梁具体形式的影响。分析研究太阳辐射对预应力混凝土箱梁温度场的影响,提出具体到某个桥梁的温度场计算方法和基于ANSYS软件的日照温差下的温度应力与变形计算方法。通过实例验证,得出预应力混凝土箱梁的日照温差效应采用ANSYS软件分析速度较快、结果准确等结论。     

实用混凝土箱梁温度应力计算方法

骤然降温和日照温差在混凝土桥梁截面上产生非均匀的温度分布,从而产生温度应力,而各国规范给出的温度梯度模式又不能准确反应特定桥梁个体的实际情况。详细介绍了基于ANSYS的温度应力计算方法,可以考虑季节、桥梁地理位置、走向、材料特性、结构尺寸、翼缘板对腹板的遮阴作用等各种因素的影响,计算出一天任何时刻的温度分布,然后根据温度场计算结果用超级梁单元计算温度应力,不仅速度快而且对变截面梁、曲线梁等复杂情况均可取得满意结果。     

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。     

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...     

高速磁浮大型箱梁日照温度效应分析

磁浮系统对于轨道梁的温度变形控制要求极高,现有规范对于温度梯度的规定没有考虑不同地区气候因素的影响。在已有文献试验数据的基础上,验证有限元拟合箱梁温度效应的正确性,建立磁浮箱梁有限元模型,研究日大气环境下箱梁在上海与青岛两地的温度效应,在此基础上研究风速对于箱梁温度梯度的影响。结果表明:不同地区由于日照辐射、风速、大气温度等因素的不同,箱梁的竖向与横向最不利温差大小不一致,但温差分布趋势一致;竖向与横向温差梯度与规范相比存在一些区别,主要表现为温差不是单方向减小;3种方法计算的竖向温度变形中,拟合公式由于没有考虑箱梁横向温度梯度,其计算的竖向温度变形最小,规范公式与三维模型计算结果相近;风速对于箱梁的温差有较大影响,风速越大,温差越小,实际工程应考虑当地风速的大小。     

高速铁路桥梁混凝土高墩温度模式及极值研究

桥梁的变形控制是高速铁路安全运营的基础,而高墩的温度模式及温度极值是影响桥梁变形的重要参数。由于现有规范没有明确的桥墩温度模式及温度极值的计算方法,研究具有高可靠性的高铁桥梁桥墩温度模式及温度极值预测具有重要意义,有助于准确评估桥梁工程整个服役周期里的安全性和稳定性。以昌赣客运专线上某高墩桥梁为例,研究长期太阳辐射及环境温度作用下高墩结构内部温度分布规律及温度极值情况。根据其39 m高墩温度测点2 a监测数据和大气温度资料,采用Bootstrap方法建立桥墩均匀温度及等效线性温差的最大熵极值模型,并验证模型的有效性和合理性。在此基础上分析桥墩不同温度分量的变化特征,估算在不同重现期下桥墩均匀温度分量及等效线性温差分量的代表值。研究结果表明：桥墩均匀温度分量时程曲线呈现出以年为周期的余弦变化规律,且其均匀温度分量和等效线性温差分量达到极值的时间有所不同;根据最大熵极值模型计算得到50 a重现期及100 a重现期时,桥墩均匀温度分量代表值分别为40.6℃和41.1℃,等效线性温差分量代表值分别为6.1℃和6.5℃;该方法克服了在小样本时难以准确预测极值的缺点,能够因地制宜地建立桥墩温度分量...     

超大跨径钢斜拉桥的温度荷载调研与温度效应分析

以苏通大桥为背景,调研各国规范对斜拉桥温度作用的相关规定,进而研究超大跨径钢斜拉桥的温度静力响应。研究将斜拉桥的温度作用分为体系温差、索梁(塔)温差、主梁温度梯度、主塔温度梯度四个方面分别讨论,利用考虑几何非线性影响的有限元软件ANSYS计算分析斜拉桥的温度效应及各构件对温度的敏感性。分析结果可以为今后同类桥梁的设计或计算提供参考和依据。     

空心薄壁墩温度效应有限元分析

为研究不同环境下空心薄壁墩的温度效应,选取寒潮降温、辐射升温、气温升温3种工况,设定不同的温差作用时间,采用MIDAS FEA进行实体模拟,并与理论计算结果对比分析。结果表明:寒潮降温作用下,空心薄壁墩内(外)壁分布竖向和环向压(拉)应力,而辐射升温和气温升温作用下,空心薄壁墩内(外)壁分布竖向和环向拉(压)应力;空心薄壁墩上下梗肋处与中心墩身的应力分布不均匀,尤其应关注寒潮降温作用时上下梗肋处温度应力带来的不利影响。随着温差作用时间的增长,空心薄壁墩内外壁的温差和温度应力均呈增大趋势,但作用时间10 h之后增幅减小。因此,作用时间为10 h时的温差分析结果与理论计算结果较为接近。     

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。     

混凝土空心高墩温度效应研究

以宜万铁路线上马水河桥为例,研究100 m以上混凝土空心高墩桥的温度场,采用全桥整体有限元分析和墩身局部子模型分析相结合的方法,以及日照、寒潮等多种温度工况下墩身中竖向应力、环向应力的分布情况。结果表明,梁体、墩身在日照温差或寒潮陡然降温的情况下,墩壁沿厚度方向竖向应力、环向应力及应力梯度都较大,最大压应力可达13 MPa左右,最大拉应力可达4 MPa左右,对混凝土空心高墩的温度效应应引起足够的重视。     

CFRP加固混凝土墩柱温度自应力及参数研究

基于平截面假定,考虑碳纤维布(CFRP)与混凝土的热膨胀系数不同,根据自平衡力系条件建立CFRP加固任意形状横截面混凝土构件因日照辐射或年温差引起的温度自约束变形求解方程。进而推导出CFRP加固混凝土矩形、箱形墩柱在指数温度梯度下和均匀温度梯度下的温度自应力解析式,并结合混凝土板壁式柔性墩算例分析,表明CFRP中将产生可观的温度自应力,在CFRP加固混凝土构件设计时应予考虑。最后讨论了CFRP的厚度、热膨胀系数、弹性模量和混凝土强度等级(弹性模量)、截面宽度、高度等参数对CFRP加固混凝土矩形墩柱温度自应力的影响,其结论对CFRP加固混凝土构件的受力分析及加固设计有一定的参考价值。     

高速铁路无砟轨道结构温度与大气温度关系试验研究

为研究高速铁路无砟轨道结构温度与大气温度关系,基于2年实测数据,采用时间序列差分法分离日照波动温度,得出我国华东地区桥上CRTSⅡ型轨道结构遮阴温度时程曲线,通过统计分析提出轨道年均匀温度谱概念,并用傅里叶级数进行拟合,研究轨道结构均匀温度与大气温度关系函数,并通过50年历史气温数据进行预测。研究表明,轨道结构各部遮阴温度相近,可由统一的年均匀温度谱系傅里叶级数表示,其年均温为21. 73℃,年温变幅12. 27℃,周期366 d。轨道结构温度-大气温度关系可用线性函数表示,与欧洲规范较为相似,但整体略大,其中高温偏大1. 07℃,低温偏大2. 32℃。重现期50、100、150年和300年的轨道最大、最小均匀温度代表值分别为42. 42、44. 36、45. 42、47. 09℃和4. 45、0. 7、-1. 39、-5. 21℃。     

温度应力对铁路预制装配式空心桥墩壁厚及预应力的影响分析

和(田)若(羌)铁路预制装配式桥墩采用了双柱圆形空心墩的结构形式和预应力钢筋的连接形式.由于线路所在区域昼夜温差大,墩壁内外侧易产生较大的温度应力.本文通过建立实体单元有限元模型,分析温度应力在墩身的分布情况.结果表明:在不同墩柱壁厚设计条件下产生的温度应力差异较大,采用预应力钢筋连接方案时需要施加的消压预应力不同.壁...     

华东地区夏季无砟轨道温度梯度预警研究

为研究华东地区夏季无砟轨道温度梯度的分布规律同时对高温时期的温度梯度进行预警管理,运用统计学方法研究轨道板温度梯度的分布规律并得到其预警限值,同时构建贝叶斯网络预测模型,对华东地区夏季无砟轨道温度梯度质量进行预测与评价。研究结果表明:华东地区夏季正温度梯度预警限值为66. 5℃/m,负温度梯度预警限值为-31. 5℃/m;贝叶斯网络预测模型具有88. 6%的准确率,可良好预测无砟轨道温度梯度的质量等级,同时由贝叶斯的诊断推理功能得出环境温度和太阳辐射是造成无砟轨道温度梯度异常的主要原因。     

温度变化对地铁深基坑支护体系的影响研究

济南地铁烈士陵园站深基坑支撑轴力监测数据表明,支撑轴力变化随大气温度变化十分明显。为深入研究温度变化对地铁深基坑支护体系的影响,运用有限元计算分析地下连续墙厚度、刚度及支撑刚度在不同温度应力下对地下连续墙水平位移和支撑轴力的影响规律。计算结果表明,连续墙墙顶水平位移和支撑轴力随温度变化呈线性变化,随着温度升高,第1道支撑轴力逐渐减小,第2道和第3道支撑逐渐增大,第3道支撑轴力增幅更大;支撑刚度对支撑轴力的影响最为显著,地下连续墙刚度对墙顶水平位移的影响最为显著,地下连续墙厚度对墙体最大水平位移影响最为显著;温度变化20℃支撑轴力的变化幅度为13%~26%。     

高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道快速升降温模型试验研究

为深入系统研究高速铁路桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道温度场分布规律,制作无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁1/4缩尺试验模型,通过开展快速升降温试验,分析CRTSⅡ型无砟轨道二维温度场分布规律,提出轨道系统横、竖向温度三维分布形式。研究结果表明:高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道竖向温度及温差分布呈三段式阶梯形;横向温度分布呈抛物线形;CA砂浆层是影响轨道系统横、竖向温度场分布的最主要因素;轨道系统竖向负温差主要产生于轨道板;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度最为显著,最高达4.5℃/cm;横向最大负温差为-4.4℃,最大正温差为5.5℃,分别产生于底座板上部和中部;轨道系统横、竖向温度三维分布呈三段式阶梯形曲面。研究结果可为高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道温度效应设计和研究提供参考。     

兰州地铁地温分布特性及其演化规律

以兰州地铁所在地区为研究对象,实测地铁隧道开挖前的地温(简称为初始地温),根据实测数据,提出地铁初始地温预测模型公式。采用非稳态传热的数值模型,分析运营条件下地铁隧道围岩温度的演化规律。结果表明:兰州地铁初始地温随环境气温和埋深的变化而变化;年变温层位于自地表至埋深12m处;年恒温层位于埋深12m及其以下,温度为15℃左右;年变温层中,1年内初始地温变化规律与环境气温变化规律相似,近似呈正弦曲线状分布,但存在相位滞后的现象;1年中初始地温的振幅随埋深的增大呈指数下降趋势。在隧道内空气与围岩之间热交换中,兰州地铁隧道围岩的温度及其梯度、热透厚度(未达到极限时)均与隧道内环境温度、热交换时间成正相关关系,但与距隧道内壁的距离成负相关关系。     

盾尾密封油脂与盾构施工温度适应性研究

通过盾尾密封油脂在成都地铁6号线和10号线2期、穗莞深城际9标、郑州豫机线城际和长春地铁2号线BT1标等项目的使用,开展了盾尾密封油脂与盾构施工环境温度等匹配性的研究工作。结果表明:盾尾密封油脂的夏季配方,主要应用于室外温度为20~40℃条件下,基本适用于我国所有地区的夏季;该配方25℃下的锥入度在210~225之间,在25℃、1 MPa下的泵送性为12~22g/min。盾尾密封油脂的春秋配方,主要应用于室外温度为0~25℃条件下;该配方25℃下的锥入度在215~240之间,在25℃、1 MPa下的泵送性为18~38g/min。盾尾密封油脂的冬季配方,主要应用于室外温度为-25~10℃条件下,基本适用于我国所有地区的冬季;该配方25℃下的锥入度在225~255之间,在25℃、1 MPa下的泵送性为25~45g/min。     

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...