桥梁动力限位器设计研究

在地震中,由于桥联间伸缩缝处过大的变位会造成桥梁破坏,所以需要在支座宽度不足的伸缩缝间设置适当的限位器,以限制伸缩缝间的相对位移.基于反应谱法提出了耗能型限位器的计算方法.通过动力时程分析表明,该方法计算结果对于限制预期大的地震作用下桥联间的相对位移有明显的效果.     

限位装置静力设计研究

在地震中,由于桥梁联结间伸缩缝处过大的变位会造成桥梁的破坏,所以需要在支座宽度不足的伸缩缝间设置适当的限位装置,以限制伸缩缝间的相对位移。文章对限位装置的设计思想进行了探讨,通过对桥梁按不同的重要性等级进行分类,引入桥梁地震荷载重要性系数,提出了限位装置的设计地震力和位移的计算方法,并对限位装置的构造以及设计过程进行了介绍。通过对算例结果的反应谱分析,证明了该设计方法能够有效地减小桥梁控制位置的剪力和相对位移,从而达到限位的目的。     

桥梁中间铰的索式抗震阻尼器的设计

在近期的地震中，由于桥联之间中间铰错位而造成许多桥梁破坏，所以需要在铰支座宽度不足的桥联间设置适当数量的阻尼器，以限制桥联间的相对位移。目前的阻尼器设计没有考虑多个桥联地震影响的各种因素。参数分析表明，最大的铰位移是桥联周期比、桥联的延性和地面运动特性的函数。在线性模型的基础上，研究出一种新的铰阻尼器的设计方法。该法考虑了相邻桥联间反相运动的动力特性。用替代结构法考虑了桥联的非弹性效应。用26种以上不同的地面运动记录的参数分析和状况研究表明，对较大范围的桥梁，用新方法设计的铰的相对位移都满足设计规范的要求。     

改变支座模型对梁式桥地震反应的影响分析

针对一座4跨梁式桥在地震作用下的反应,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元建立4种模型进行了动力特性分析;并选取3条地震波,进一步对比分析了支座模型改变后连续梁桥和简支梁桥内力和位移的地震反应。结果表明:改变梁式桥支座模型,上部结构在桥台和梁端间伸缩缝处及相邻梁和桥墩间伸缩缝处相对位移的地震反应会明显变大,但桥墩内力和位移的地震反应明显减小,隔震效果显著;合理选择台梁间、墩梁处和相邻梁体间伸缩缝处限位弹簧装置的刚度可以有效地减小上部结构在地震中的相对位移,防止其发生梁端碰撞和落梁破坏。     

桥台伸缩缝对多联桥跨结构地震碰撞响应的影响

针对地震作用下多联长桥结构中伸缩缝处的碰撞破坏,用接触单元模拟桥墩两联间伸缩缝和桥台处伸缩缝在地震作用下的碰撞效应,建立了4个包含墩柱、主梁、支座和伸缩缝的曲线和直线全桥空间分析模型,分别输入2组地震波的8种地震动工况,进行非线性时程计算,研究桥台伸缩缝的设置与否对多联桥跨结构地震碰撞响应的影响,提出取消桥台伸缩缝的设置可有效消除或减小多联桥跨结构中伸缩缝处的地震碰撞破坏。     

桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施研究现状

介绍了桥梁结构地震碰撞效应及防落梁措施方面的一些近期进展。在介绍了接触碰撞问题的计算理论及分析方法的基础上,对地震作用下相邻桥梁结构间碰撞效应的理论以及试验研究进展进行了回顾和总结;并针对地震中桥梁上部结构发生落梁的问题,介绍了减轻相邻梁体间碰撞的措施、桥梁伸缩缝处的支承宽度、纵向限位器的设计方法、横向抗震挡块的设计方法等研究方面的进展,分析了各国抗震设计规范对桥梁伸缩缝处支承宽度的规定,同时指出目前我国在这方面研究的欠缺。     

大跨双塔斜拉桥的动力特性与地震响应分析

结合某大跨双塔斜拉桥工程设计实例,采用大型有限元软件ANSYS建立了三维有限元计算模型,分析了该桥的动力特性,并采用反应谱法进行了地震反应分析。研究结果表明:由于采用了半漂浮斜拉桥体系,主梁梁端位移较大,极易造成主、引桥间碰撞且对两端伸缩缝不利,可采用弹性约束或设置阻尼器等措施来限制主梁梁端位移。     

地震动行波作用下大跨斜拉桥与引桥伸缩缝处碰撞效应研究

以一座典型大跨斜拉桥为研究背景,采用SAP2000Nonlinear有限元程序,考虑地震动行波效应以及主桥-引桥伸缩缝处碰撞效应的影响,建立了桥梁结构三维非线性计算模型,采用非线性动力时程分析法,分析了地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对结构地震响应的影响。研究结果表明,地震动行波作用下大跨斜拉桥主桥—引桥伸缩缝处碰撞效应对引桥结构地震响应的影响较大,与一致激励下主桥-引桥碰撞效应相比,不仅会在伸缩缝处激起更大的撞击力,而且会使得两侧引桥梁端位移、主梁-过渡墩相对位移以及固定墩地震响应显著增大,更易导致引桥桥墩破坏或梁体落梁。     

基于监测数据的大位移伸缩缝性能评估

以某斜拉桥大位移伸缩缝的监测数据为对象，从累计位移、温度—位移相关性、异常检测评估等3个方面评估了大位移伸缩缝的服役性能，并提出了定量化评价指标。结论表明，采用1 min平均数据计算的累计位移可反映伸缩缝性能变化，预测剩余寿命；温度与伸缩缝位移线性关系显著，采用有效温度作为代表温度具有清晰物理意义；贝叶斯回归方法可得到各温度下伸缩缝位移概率分布范围，由此可实现异常检测与评估。     

Effect of Pounding at Expansion Joints of Long-span Triple-pylon Suspension Bridge on Seismic Response of the Structure

针对大跨桥梁在地震作用下伸缩缝处的碰撞现象,以一座大跨3塔悬索桥为例,建立了考虑塔、墩弹塑性的空间非线性碰撞模型,采用非线性时程法研究了地震作用下伸缩缝处碰撞对结构地震响应的影响.分析结果表明:当引桥振动基本周期大于主桥位移控制振型周期时,碰撞可能使引桥墩底、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度响应地震增大,且随着主桥和引桥位移控制振型周期差异逐渐增大,碰撞效应总体上对主桥的地震响应影响较小.     

宁海新桥主桥抗震分析

以宁海新桥特大桥主桥为例,采用MidasCivil有限元软件,对其进行了反应谱分析和非线性时程分析。针对其下部结构刚度较大的特点,提出了纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计方案。计算结果表明,E1地震作用下,桥梁基本处于弹性工作状态,E2地震作用下抗震支座非滑动方向发生屈服,通过侧向滑移摩擦消能后,桥墩水平地震力大大减小,而限位装置承担余下的水平地震力,同时防止落梁。纵横向限位装置联合抗震支座的抗震设计,适合本桥,也适合下部结构刚度较大的混凝土梁桥。     

圆筒型缓冲装置设计方法研究

梁间碰撞是桥梁在地震中破坏的主要因素之一。随着抗震研究的进展,限位装置在桥梁中的应用研究也越来越多,但是以往的研究多局限于普通限位缓冲装置使用效果的定性研究,没有考虑具有耗能性能的装置的缓冲效果。该研究在试验的基础上提出了基于反应谱方法的具有耗能性能的圆筒型限位缓冲装置计算模型和设计方法,并采用动力时程分析方法对设计效果进行验证。研究表明圆筒型缓冲装置具有明显的缓冲效果,本设计方法是可行的,与普通缓冲装置相比,梁体与挡块之间的最大相对位移以及桥墩的塑性变形均有不同程度的减小。     

缓冲型防落梁钢圈限位装置力学性能试验

经合理设计的防落梁限位装置可以有效减小地震发生时桥梁上、下部结构间的相对位移，阻止落梁破坏的发生，而明确限位装置力学性能是对其进行合理设计的必要前提。为探明缓冲型防落梁钢圈限位装置的滞回性能和破坏模式，并提出极限位移和极限承载力的计算方法，制作了6个试件进行拟静力试验研究。分析了钢材种类、限位装置截面高度h和直线段长度a等设计参数对其力学性能的影响，试验结果表明：①在初期的加、卸载过程中，试件以弯曲变形为主，刚度及承载力低。由于弧段部位过早出现塑性，卸载后出现永久性变形；试件在反复加载过程中，累计塑性变形增加，后期以拉伸变形为主，刚度大。试件达到最大承载力后，发生颈缩、断裂破坏，最终丧失承载能力。②分析试件圆弧段测得的应变，加载初期内侧受拉，外侧受压；随着位移的增加，弧段外侧达到最大压应变后，试件被拉直，中性轴偏离截面形心；破坏时，试件各部位均出现较大的拉应变。③参数a对试件启动限位功能时机影响较大，对试件初期刚度几乎没有影响；参数h增加时，承载力的增长速率、初期刚度以及最大承载力均增加，但对位移影响较小；改变钢材种类对承载力影响较大，对位移影响较小。在试验研究的基础上，提出了该类限位装置的极限承载力与极限位移计算公式，并验证了计算公式的有效性。     

The role of the contact geometry in wheel-rail impact due to wheel flats

A thorough investigation of wheel-rail impact due to wheel flats is presented, together with a quantitative characterization of the main mechanisms and parameters. A criterion for the speed with respect to contact loss between wheel and rail is derived. In the subcritical speed regime, the magnitude of the impact force is shown to be directly related to the geometry of the flat, whereas in the transcritical speed regime a fictitious or effective flat depth exists, which decreases with the second order of the speed. In this domain, the position of impact shifts towards the end of the flat with increasing speed. The impact force increases with the second order of the speed in the subcritical speed regime and approximately the first order of the speed in the transcritical speed regime. The magnitude of the impact force is inversely proportional to the minimum circumferential curvature of the wheel tread defect in the subcritical speed regime, and to the effective minimum curvature in the transcritical case. The variation with the flat depth is less; the impact varies with the square root of the flat depth. The presented theory is in accordance with measurements reported in the literature and explains characteristic features in them.     

The role of the contact geometry in wheel–rail impact due to wheel flats

A thorough investigation of wheel–rail impact due to wheel flats is presented, together with a quantitative characterization of the main mechanisms and parameters. A criterion for the speed with respect to contact loss between wheel and rail is derived. In the subcritical speed regime, the magnitude of the impact force is shown to be directly related to the geometry of the flat, whereas in the transcritical speed regime a fictitious or effective flat depth exists, which decreases with the second order of the speed. In this domain, the position of impact shifts towards the end of the flat with increasing speed. The impact force increases with the second order of the speed in the subcritical speed regime and approximately the first order of the speed in the transcritical speed regime. The magnitude of the impact force is inversely proportional to the minimum circumferential curvature of the wheel tread defect in the subcritical speed regime, and to the effective minimum curvature in the transcritical case. The variation with the flat depth is less; the impact varies with the square root of the flat depth. The presented theory is in accordance with measurements reported in the literature and explains characteristic features in them.     

An analytical mathematical method for calculation of the dynamic wheel–rail impact force caused by wheel flat

The simplified method to determine a vertical impact force of wheel with flat and rail interaction is presented in this article. The presented simplified method can be used to identify maximum contact force and its distribution in the contact length between the damaged wheel and the rail. The vertical impact force depends on geometrical parameters of the rail and wheel with flat, speed of vehicle and the angle of deviation of rail. This article demonstrates the influence of wheel with flat geometrical parameters, speed of vehicle to maximum contact force and its distribution in the contact zone. The obtained values of the simplified method for determination of a vertical contact force are compared with the results obtained from field measurements.     

温度变化对粗粒硫酸盐渍土路基变形影响分析

粗粒硫酸盐渍土路基在环境温度变化下易出现盐胀、沉陷等变形问题，其对路基正常使用造成的影响不容忽视。针对此问题，依托伊朗德黑兰-库姆-伊斯法罕高速铁路项目，在施工现场选取试验段，开展路基温度、水分的长期监测，分析路基温度和含水率随时间的变化规律。在此基础上，利用自主设计的温度变化试验装置，采用现场路基填料，开展室内温度变化循环试验，对粗粒硫酸盐渍土的变形特性进行研究。结果表明：监测期间，试验段路基温度的敏感深度为0.22 m，深度为1.0 m以内的路基含水率变化较大；在9个周期的试验过程中，试样深度在20 cm范围内的温度和含水率随时间的变化更为显著，且随着试验温度的变化，试样温度的变化存在一定的滞后性；含盐量为1.5%的土样在第1，2次温度变化循环试验中表现为盐-冻胀变形，其最大盐-冻胀变形量为0.128 mm，而含盐量为3%的土样在前6次循环试验中均表现为盐-冻胀变形，其最大盐-冻胀变形量为0.232 mm；由于受到温度、冰盐相变、含盐量、土颗粒组成、试验周期等多重因素的影响，9个试验周期后，不同含盐量的试样最终均呈现沉陷变形，其中，含盐量为1.5%试样的最终沉陷变形量为0.585 mm，是含盐量为3%试样最终沉陷变形的5.42倍。该研究结果可为相关工程提供一定的技术参考和借鉴。     

GZ25宁夏段黄土路基纵向开裂成因及防治方法研究

为了探讨湿陷性黄土地区高速公路的建设方法和经验,以GZ25宁夏段黄土路基纵向开裂破坏为实例,以室内试验及现场破坏路段解剖试验数据为依据,研究了湿陷性黄土的时空变化规律,并提出了湿陷性黄土地区道路线位选择的合理方法和湿陷路基的有效治理方案。研究认为:选择合理的路线线位,设计有效的排水系统,是避免路基湿陷性破坏的关键;湿陷性黄土的渗透规律是纵向大于横向,先期大于后期,野外实测值明显大于室内试验值,所以,对于路基湿陷性破坏评价和防治措施,应主要参考野外实测值;避免路基湿陷性破坏应以预防为主,治理黄土湿陷的关键是治水。