收缩徐变效应对高速铁路大跨度混凝土斜拉桥运营状态的影响

大跨度混凝土斜拉桥具有造价低、刚度大、施工方便、养护工作量小等优点,已在公路市政工程中广泛应用,却较少在高速铁路建设项目中采用,关键原因在于铁路高速行车对轨道铺设完成后桥梁的徐变变形提出了严格的要求。本文依托广汕铁路跨增江主跨260 m混凝土斜拉桥,通过对有限元模型进行多个连续时间段的收缩徐变效应计算分析,系统总结了收缩徐变效应对高速铁路混凝土斜拉桥斜拉索索力、桥塔截面弯矩、变形等影响,梳理了主梁的内力、变形和截面正应力在30年运营期内的变化情况,全面展现了收缩徐变效应对大跨度高速铁路混凝土斜拉桥受力状态的影响,为类似工程设计提供可供参考的意见。     

重载铁路大跨刚构桥-轨道系统碰撞效应研究

为研究碰撞效应对重载铁路大跨连续刚构桥与轨道系统地震响应的影响,建立考虑碰撞的重载大跨连续刚构桥与轨道系统一体化仿真模型。以某4-32 m简支梁+(108+180+108)m连续刚构桥+4-32 m简支梁为例,研究碰撞效应对系统受力特性的影响,并探讨地震强度、碰撞单元刚度、梁端间距和小阻力扣件布置方案对碰撞效应和系统受力特性的影响。研究结果表明:钢轨地震应力最大值发生在简支梁与刚构桥交接处,刚构桥桥墩承受较大的墩顶水平力,考虑碰撞时的墩顶水平力最大值较忽略碰撞减少34.2%;增大地震强度,可显著增强碰撞效应,同时也使钢轨应力和墩顶水平力增大;增大碰撞单元刚度使梁体间的碰撞力增大,同时钢轨应力也有小幅度的减小;增大梁端间距使碰撞次数减小,但钢轨应力和墩顶水平力最大值均增大;布置小阻力扣件会减弱桥与轨道的非线性约束,碰撞效应加强,布置小阻力扣件路段的钢轨应力迅速减小,全线布置小阻力扣件较全线有砟轨道钢轨应力最大值减少了42.0%。     

周期温度作用下轴心受力混凝土结构徐变效应分析

为研究长期变温环境下考虑徐变效应时高速铁路纵连板式无砟轨道体系的结构内力，建立两端固定的轴心受力素混凝土板简化模型，设置假设条件，在已有的恒温徐变模型及变温徐变计算方法的基础上建立递推公式，分析温度参数和周期时间对徐变作用的影响，以及徐变对结构内力和变形的影响。结果表明：与不考虑徐变效应或考虑徐变系数恒定相比，考虑徐变系数随温度变化时结构受力更不利；预测结构整体内力变化趋势时，可不考虑日升降温对徐变效应的影响，只需考虑季节性升降温影响；长期受周期季节性温度变化作用，随周期温度作用循环次数的增加，结构最大拉应力增大，自第二循环起结构最大压应力减小。     

大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路相互作用研究

研究大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路的相互作用问题,采用非线性弹簧单元模拟梁轨接触,以某桥(82.9+172+82.9)m连续梁拱桥为例,建立考虑拱肋、横撑、斜撑、吊杆、主梁、轨道以及相邻路基梁轨相互作用模型,系统分析温度荷载、活载、制动力、风荷载、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降作用下连续梁-拱桥无缝线路纵向力的分布规律。研究结果表明:钢轨在跨中位置对梁体升温敏感程度大于梁端位置;单线活载与制动或牵引作用下,钢轨应力在中间加载时比左、右侧加载大;纵向风力达到1 k N/m以上的地区,须考虑风荷载的影响;同时,混凝土收缩徐变在降温荷载工况下,对钢轨应力有不利影响;支座沉降作用下,钢轨最大应力为4.9 MPa,设计时应予以考虑。     

高速铁路大跨连续刚构柔性拱组合桥梁设计

研究目的:以商合杭铁路淮河特大桥(112+228+112) m连续刚构-柔性拱桥为工程背景,研究大跨连续刚构-柔性拱桥的总体及构造、拱肋及吊杆的受力、大跨刚构体系桥梁主墩的受力、桥梁变形对铺设无砟轨道的适应性、车桥耦合动力分析等,系统研究和总结大跨连续刚构-柔性拱桥特点,为大跨度连续刚构-柔性拱桥在高速铁路中的应用提供参考和借鉴。研究结论:(1)连续刚构-柔性拱桥刚度大,受力性能和经济性能优良;(2)通过优化纵向预应力钢束布置并在柔性拱的辅助作用下,能够控制主梁的徐变位移,为无砟轨道的铺设创造良好条件;(3)在考虑主梁徐变、温度等各种位移工况下的主梁附加不平顺后,车桥耦合动力响应分析表明桥梁能够满足列车高速行车的安全性和乘坐舒适性要求;(4)本研究成果可应用于高速铁路大跨度无砟轨道桥梁设计。     

大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律研究

拱桥在我国高速铁路中应用日益广泛，而不同形式大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律仍有待探明。以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24)m系杆拱桥及(52+382+52)m钢箱拱桥4种不同形式拱桥为例，建立考虑轨道、梁体、吊杆和拱肋的拱桥-轨道系统精细化仿真模型，深入分析钢轨伸缩调节器对纵向力的影响，揭示复杂温度、竖向活载、列车制动及地震作用下大跨度拱桥与轨道相互作用规律，探讨加载历史对拱桥-轨道系统受力特性的影响。研究结果表明，在温度荷载、竖向活载、列车制动和纵向地震作用下，钢轨应力极值均出现在梁端附近，在梁端设置钢轨伸缩调节器能有效降低钢轨应力；与挠曲力、制动力相比，梁体温度变化引起的伸缩力为主要控制性荷载，吊杆和拱肋的温度变化对拱桥上钢轨纵向力影响较小；地震作用下梁端附近钢轨应力极值达到635.5 MPa;检算墩顶水平力时，应采用考虑加载历史影响的分析方法，计算结果更安全。     

实测温度下大跨度桥上纵连无砟轨道受力研究

研究目的:既有桥上纵连板式无砟轨道研究多考虑桥梁整体温度变化而忽略温度梯度的影响,为探明高速铁路大跨度桥上纵连板式无砟轨道系统受力规律,本文基于长期实测温度场数据,利用统计方法获得结构具有概率保证的非线性温度模式,建立考虑钢轨-轨道板-底座板-梁体-桥墩的空间一体化有限元模型,选取沪昆客运专线某大跨连续梁桥工程实例,计算分析实测非线性温度模式下桥上各层轨道结构相对位移以及钢轨纵向附加力的分布规律。研究结论:(1)只考虑轨道板及底座板实测温度模式时,钢轨附加应力基本为0;(2)桥梁温度梯度会引起梁缝处钢轨附加应力的急剧增大,在研究桥上纵连板式无砟轨道时需考虑桥梁温度梯度的影响;(3)大跨度连续梁桥固结机构处水泥沥青砂浆变形会超过其实测极限变形位移,建议在连续梁固结机构上方同样设置剪力钢筋;(4)无砟轨道断板会导致钢轨附加应力急剧增大,因此应严格限制纵连板式无砟轨道断裂的发生,若需更换轨道板及底座板时,应在合龙温度范围进行更换;(5)本研究结果可为大跨度桥上纵连板式无砟轨道的设计与改进提供参考。     

连续刚构桥跨中下挠的影响因素分析

以高速公路连续刚构桥贺坪峡大桥和高速铁路连续刚构桥南庄特大桥为例,利用有限元计算分析软件Midas/Civil对两桥进行模拟计算分析,对混凝土收缩徐变及梁体箱梁上下缘应力差与两类刚构桥跨中下挠关系进行研究,得出收缩徐变及上下缘应力差对高速公路、高速铁路桥跨中长期下挠的影响规律。     

城市轨道交通大跨度连续刚构桥徐变时效分析与控制研究

混凝土徐变对预应力混凝土连续刚构桥梁长期服役下的变形及受力有非常重要的影响.推导了基于龄期调整的有效模量法的徐变轴力和徐变弯矩计算公式.以广州地铁4号线连续刚构桥沙湾大桥为工程背景,采用CEB-FIP(MC90)的徐变模型,按龄期调整的时效分析有限元法,对成桥初期到3年后该桥的徐变效应引起的桥梁变形、内力进行了计算分析,得出了连续刚构桥收缩徐变的发展变化规律;利用近3年实桥现场观测结果验证了该理论分析结果.     

温度荷载作用下大跨度桥梁与无砟道岔相互作用研究

将道岔、轨道板、梁体和墩台视为一个相互耦合的系统,建立了计算温度荷载作用下桥梁与无砟道岔相互作用的有限元力学模型。根据变分原理和形成矩阵的"对号入座"法则建立了模型求解的非线性方程组。研究了大跨度桥梁上铺设无砟道岔时,钢轨与墩台温度力与位移的规律。计算结果表明:无砟道岔铺设于大跨度桥梁上时,必须设置钢轨伸缩调节器;无砟道岔铺设于连续梁桥上并设置钢轨伸缩调节器时,岔区内钢轨位移增大;采用连续刚构桥,有利于减小岔区内钢轨位移。     

扣件支承模拟方式对车辆-轨道动力学行为的影响

针对车辆-轨道耦合动力学模型中扣件支承的模拟方式,建立了车辆-轨道动力学精细化空间实体模型,研究了扣件支承方式分别为单点支承、多点支承以及连续支承时,轮轨相互作用力、钢轨振动加速度、钢轨受力变形等动力学行为的差异。结果表明:(1)轮轨相互作用方面,扣件模拟为单点支承时轮轨垂横向力最大,连续支承时轮轨垂横向力最小,多点支承时轮轨垂横向力介于两者之间。(2)单点支承模型的钢轨和轨道板振动加速度明显大于多点支承和连续支承。(3)钢轨在单点支承条件下,由于轨底局部支承应力较大,钢轨的动弯应力和动位移均大于多点支承和连续支承情况。因此,在建立精细化的车辆-轨道动力学模型时采用多点支承形式来模拟扣件系统是较为合理的。     

连续刚构桥桥墩刚度对桥上无缝线路的影响

基于梁轨相互作用原理,通过改变连续刚构桥墩的刚度值,计算不同桥墩刚度对钢轨伸缩附加力、梁轨快速相对位移和墩顶位移的影响。分析可得:有砟轨道结构中,刚构墩刚度取值的大小对梁轨快速相对位移影响最明显,在温度跨度较大的连续刚构桥中,应考虑到桥墩刚度对梁轨快速相对位移的影响。对于(64+4×116+64)m和(72+3×116+72)m刚构桥,桥墩刚度不宜小于750 kN/cm/线。对桥梁结构进行优化设计时,梁跨应尽可能对称布置,以降低桥墩刚度对钢轨纵向附加力的影响。     

大跨径连续刚构桥中跨合龙顶推力研究

总结大跨度连续刚构桥合龙段施工的影响因素及中跨合龙顶推力计算方法,并针对黔江某特大预应力连续刚构桥进行顶推力及顶推位移计算。采用有限元分析方法,分析中跨顶推合龙施工对该桥梁在恒载作用和10 a收缩徐变作用下的主梁跨中挠度、主梁应力、主墩的弯矩及应力状态的影响,证明顶推合龙施工的合理性及正确性。分析结果表明:顶推施工能改善桥墩长期受力状态,避免桥墩墩底出现拉应力,配合预拱度设置,能够有效解决跨中下挠的病害。最后,验证了针对本桥所计算出来的顶推力及顶推位移能满足安全施工及运营阶段的正常使用。     

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明：横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s²;采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道计算软件开发及应用

在考虑了钢轨、板、桥梁和墩台相互作用的各种影响因素的基础上,以大型有限元软件ANSYS为计算平台,利用其自有的APDL语言进行二次开发,编制了桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道计算软件.该软件可用于分析计算各种桥型,在制动、降温、混凝土收缩徐变、断轨、断板等荷载作用下的梁-板-轨纵向相互作用,为轨道和桥梁设计提供了理论指导.     

短线法简支转连续刚构桥收缩徐变效应分析

以某四跨一联简支转连续刚构桥(跨径(38+40+40+38)m)为例,采用Midas-civil建立连续刚构桥全桥分析模型,对主梁分别采用不同存梁期预制梁的连续刚构桥,计算其桥墩和主梁的相关变形及内力。研究结果表明:预制梁混凝土早期自收缩发展较快,同时由于收缩徐变效应与混凝土龄期直接相关,存梁期对结构内力和变形影响较大,建议施工中采用存梁期大于90 d预制梁。由于收缩徐变作用,与30 d存梁期相比,90 d和180 d存梁期成桥墩顶内力分别减小11.8%和20.2%,成桥跨中挠度分别减少19.2%和31%。在主梁施工控制时必须考虑实际存梁期来调整结构线形。分析结构体系转换后主梁内力及变形可知,主梁收缩徐变内力重分布及变形基本在3 a内完成,后期变化逐步平稳,但边墩受收缩徐变影响时间相对较长,验证了本桥型边墩施工顺序及采用柔性设计的合理性。     

轨道结构与桥梁共同作用力学计算模型的研究

轨道结构与桥梁共同作用的力学计算模型是解决轨道纵向位移阻力与梁轨相对信移相互作用计算问题的关键。本文采用平面杆系建立轨道结构与桥梁共同作有的力学计算模型，将轨道结构、梁体、支座、墩台、基础作为整体来考虑。桥梁和轨道的联结采用性梁单元模拟，其材料弹性模量和屈服应力通过轨道纵向位移阻力与梁轨相对位移关系的双折线化确定；同时为考虑梁跨挠曲对无缝线路钢轨受力的影响，梁跨高度采用刚臂模拟。通过对梁轨相互作用模型结构的试验结果和《铁路无缝线路》（1995年修订版）一书中桥上无缝线路钢轨力的钢轨变形微分方程解计算算例作比较，证实这一力学计算模型的合理性。     

(48+80+48)m连续梁桥与轨道系统地震响应规律研究

为研究高速铁路连续梁桥-轨道系统地震响应规律,采用非线性弹簧模拟线路纵向阻力,建立考虑轨道及下部结构的(48+80+48)m连续梁桥-轨道系统仿真模型,分析温度、活载和制动作用下桥上无缝线路梁轨相互作用纵向力分布规律,在此基础上,研究地震作用下连续梁桥-轨道系统动力响应特性。研究表明:温度、活载及列车制动作用下梁轨相对位移、钢轨应力等均在桥台附近取得极大值,地震频谱特性对梁轨系统动力响应有很大的影响。     

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。     

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下：在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。