重载运输条件下铁路下承式钢桁梁力学行为分析

以下承式铁路钢桁梁为研究对象,采用理论分析与现场试验相结合的方法,对重载列车作用下64 m单线简支、64 m双线简支和64 m双线连续下承式钢桁梁各杆件的力学特性进行分析。得知,中-活载作用下双线简支下承式钢桁梁重车侧结构杆件挠度和应力最大,单线简支下承式钢桁梁次之,双线连续下承式钢桁梁最小;运营重载列车作用下双线连续下承式钢桁梁横向振幅和横向加速度最小,双线简支下承式钢桁梁桥次之,单线简支下承式钢桁梁桥最大。     

大跨简支钢桁梁桥-轨道系统地震响应特性研究

客货共线铁路大跨简支钢桁梁桥具有跨度大、活载重等特点,本文以156m简支钢桁梁桥为例,建立考虑相邻桥梁、路基和梁轨间非线性滞回特性的大跨简支钢桁梁桥-轨道系统仿真模型,分析纵向行波效应和竖向地震作用下大跨简支钢桁梁桥-轨道系统动力响应特征,探讨震前温度变化对系统地震响应的影响规律。研究表明:行波效应使钢桁梁桁架轴力、梁端相对位移及钢轨应力显著增大,对大跨简支钢桁梁桥和桥上无缝线路的抗震均有不利影响,轨道结构的存在进一步增大钢桁梁桁架轴力响应;桁架轴力响应对视波速极为敏感;钢轨应力随视波速增大而逐渐减小,并趋于一致激励下响应;震前温度变化对轨道应力影响显著,应予以考虑;对本桥而言,与顺桥向激励相比,竖向激励下桁架最大轴力增大1.5倍(拉)和0.8倍(压),钢桁梁段钢轨应力最大值减小42%。     

空间薄壁结构应力测试与分析

研究目的:以焦柳线4 m×128 m连续钢桁梁桥荷载试验为依托,论述空间薄壁结构应力测试的理论和方法,在理论计算和试验数据的基础上,分析主桁杆件的受力性能、传力特点、应力状态以及次应力影响。研究结论:通过分析表明:钢桁梁桥的主桁杆件主要承受轴向力作用,受力性质与设计理论一致;桥梁的空间传力作用与杆件间的连接刚度、杆件的位置以及荷载的作用点有关,按杠杆原理简化计算2片主桁间的荷载分配是偏于安全的;按空间梁单元模型计算的下弦杆应力比平面模型计算应力小9.9%~16.4%,"桥检规"中按平面杆系模型计算统计的结构校验系数通常值仅具有参考意义;主力组合下各测试杆件的实际应力小于设计允许应力,并有一定的强度储备;杆件的次应力与节点板和杆件本身的刚度成正比。     

城市大跨度钢桁拱桥抗震体系对比分析

以某城市大跨度钢桁拱桥为工程背景,以结构抗震体系及抗震性能评价为研究重点,建立了全桥空间有限元模型,采用时程反应分析方法对该桥进行了地震反应分析。结果表明:采用传统抗震体系,主拱拱脚横桥向地震反应控制主拱上部结构设计。采用传统抗震体系,在E2地震作用下桥跨下部结构保持轻微损伤很难,下部结构抗震设计困难,工程投资大幅增加。采用减隔震支座后,主拱控制截面的地震应力减震效果显著。同时该体系显著降低了V撑及桩基础的地震内力,明显降低了配筋率需求,显著提高了结构的抗震性能,工程投资节省显著。     

铁路钢桁梁桥结构校验系数研究

以2座铁路钢桁梁桥的试验数据为基础,介绍钢桁梁结构校验系数通常值的适用条件及其特点,研究桥梁的理论内力和变形与平面、空间计算模型的相关性,分析钢桁梁挠度实测校验系数,杆件和纵、横梁应力实测校验系数的特征,提出利用实测的应力、挠度和结构校验系数定量评价桥梁强度和刚度的方法。研究结果表明:钢桁梁桥检定试验宜采用空间模型计算杆件的内力和结构变形,并由此得到结构校验系数;现有简支钢桁梁的结构校验系数通常值不适用于连续钢桁梁;采用结构校验系数换算求得设计活载下的杆件应力和桥梁挠度,可较为准确地评价桥梁结构的强度和刚度。研究结论可供相关单位桥梁检定和规范修订时参考。     

支点高差对多跨钢桁梁落梁施工应力影响分析

为明确拖拉落梁施工时支点高差对钢桁梁杆件应力的影响,以一座多跨简支钢桁梁桥为工程背景,利用MIDAS/Civil软件建立空间模型进行数值模拟。研究结果表明:两跨端部主桁出现支点高差引起的钢桁梁杆件应力呈线性变化;支点高差对钢桁梁端斜杆应力影响最为明显;通过调整钢桁梁首尾端支点高差的方法可实现临时连接水平杆件的零应力拆解;落梁作业时,不同步落梁产生的杆件应力大体呈现线性增加的趋势,其中,对角不同步落梁对杆件应力影响最大。     

基于车桥耦合动力分析的桥梁动应力计算方法

为充分反映列车与桥梁的动力相互作用,建立三维车辆模型及桥梁有限元模型,依据轮轨接触关系形成车桥耦合动力系统模型;考虑轨道不平顺的随机激励作用,求解车桥系统动力方程,得到桥梁节点的振动响应。在此基础上,计算桥梁构件单元的动应力响应时程。以CRH2型动车组通过某跨度为80m的下承式钢桁梁桥为例,计算分析各局部杆件的动应力时程及不同杆件的应力动力放大系数。结果表明:所给出的计算方法考虑了桥梁横向振动的影响以及轨道不平顺激励,能够真实反映列车荷载作用下桥梁局部构件的动应力响应;在列车荷载作用下下承式简支钢桁梁桥各类杆件中的危险杆件并不一定出现在桥梁跨中,动应力响应沿桥跨方向呈现出与位移响应幅值不同的空间分布趋势;不同类型杆件的应力动力系数不相同;现行规范中关于运营动力系数的计算不能真实反映不同车速下桥梁杆件应力的动力放大效应。     

悬挑公路面公铁两用铆接钢桁梁桥次应力分析

钢桁梁设计中常将节点简化为完全铰接状态，但实际节点具有一定约束能力，在杆端会产生一定的次应力。本文以京九铁路赣江南桥悬挑公路面公铁两用的铆接钢桁梁桥为例，建立有限元模型，通过调整节点连接刚度（约束），分析次应力的变化对杆件受力的影响。有限元分析结果表明：随着节点刚度的增强，各杆件产生的轴向应力随之减小而次应力随之增大，在荷载作用下竖杆产生次应力，以面外弯曲应力为主，其余杆件则以面内弯曲应力为主。同时，荷载试验结果与有限元分析结果一致。虽然竖杆实测次应力系数较大，但考虑次应力系数后承载能力仍能满足设计要求。     

非规则公路桥梁弹塑性地震响应分析

研究目的:桥梁工程作为震区交通线的重要枢纽工程,其抗震性能关系到抗震救灾工作的大局。多次破坏性地震一再显示了桥梁工程遭到破坏的严重后果,也一再显示了对桥梁工程进行正确抗震设计的重要性。因此,有必要对桥梁结构的抗震问题进行详尽的分析和论述。研究结论:以京良路改建工程上跨京广铁路立交桥为工程背景,对该桥进行了模态分析并验算了E1地震作用下的结构强度以及E2地震作用下的结构变形。经过验算与分析,本项目结构在E1地震作用下,结构满足强度要求;在E2作用下,塑性角区域的最大转角验算均满足规范要求;墩顶最大位移为2.59 cm,发生在人工波3激励下的5号墩墩顶并小于位移容许值;各桥墩的剪力设计值也远远小于容许剪力值。本项目结构满足设计的安全性和可靠性,为实际工程中桥梁结构的抗震验算提供了一定的参考依据。     

大跨度钢桁梁桥静动力性能试验研究

以某铁路64m单线栓焊下承式钢桁梁桥为研究对象,采用数值模拟分析和现场试验相结合的方法,进行提速和扩能条件下的大桥静动力性能试验研究。结果表明:静载作用下,实测大桥杆件应力和跨中挠度均小于理论计算值,挠度、应力校验系数略大于规范通常值,挠度和应力相对残余均满足要求,上下游两片受力较为均匀;不同速度列车作用下桥梁运营性能指标基本满足规范要求,但实测数据均较大,且大于同类型双线钢桁梁桥,空重混编列车引起桥梁更大振动;桥梁基本满足承载能力和使用条件要求,结构处于良好的弹性工作状态,但桥跨结构整体刚度偏弱,安全储备较小,建议对桥梁整体刚度进行加强并对桥梁动力响应进行实时监测。     

连续梁桥抗震性能分析与评价

研究目的:为满足<铁路工程抗震设计规范>中对连续梁桥进行三水准抗震设计的要求,本文通过具体算例对连续梁桥进行多遇地震弹性、罕遇地震弹塑性地震反应分析,分别从强度、延性和抗剪等方面实现对连续梁桥抗震性能的总体评价.研究结论:提出了连续梁桥在多遇地震作用下强度及稳定性验算方法、罕遇地震作用下延性验算方法,弥补了<铁路工程抗震设计规范>计算方法不能详细反映此类桥梁抗震性能的不足,为铁路连续梁桥抗震性能评价和抗震设计提供了理论基础.     

辽阳新运大桥弹性及弹塑性地震反应分析

辽阳新运大桥主桥为四跨大跨径连续箱梁桥,针对该桥,依据《公路桥梁抗震设计细则》,采用谱分析方法和Pushover分析方法,并考虑支座连接形式和桩土相互作用,对其进行弹性及弹塑性分析,通过分析得出结构在地震作用下的屈服性能以及塑性铰的屈服状态,验证了结构在E1和E2作用下的强度和变形满足要求,为类似工程的抗震设计提供参考。     

长联大跨公铁两用桥减隔震设计研究与应用

公铁两用桥通常位于跨越大江大河的咽喉位置,是重要的生命线工程。不同于斜拉桥和悬索桥等柔性结构本身具有长周期的特点,长联大跨公铁两用连续梁桥质量大、刚度大、抗震设防类别高、抗震设计困难,且超出了现行规范的适用范围。为研究这类结构的抗震设计方法及减震效果,以郑济铁路黄河公铁两用桥为项目背景,从概念设计的角度确定结构的抗震体系,研究长联大跨公铁两用连续钢桁梁桥的减隔震设计方法。通过减隔震设计和地震位移控制,安全评估地震作用下,中墩基础剪力反应减小40%以上,弯矩减小50%以上,支座地震位移约250 mm。实现了功能评估地震作用下保持正常使用状态,安全评估地震作用下保证生命安全、震后可恢复的性能目标。     

重载铁路钢桁梁桥疲劳寿命预测方法及应用研究

对朔黄铁路一座64 m单线下承式钢桁梁桥的疲劳寿命进行评估。基于运营列车的编组和运量,采用有限元软件计算得到评估杆件的应力历程,利用雨流计数法统计得到不同杆件的应力频谱,并采用合理的系数对应力幅进行修正,结合Miner线性累积损伤原理对钢桁桥的疲劳寿命进行评估。结果表明:下弦杆、斜杆和次横梁的理论剩余疲劳寿命在50年以上;吊杆高强度螺栓连接构造的理论剩余疲劳寿命为35年;纵梁跨中下翼缘高强度螺栓连接构造的理论剩余疲劳寿命已截止,其他构造理论剩余疲劳寿命均不足10年。对于开行重载运输的钢桁梁桥,纵梁及其连接部位是薄弱环节,应重点关注。     

重载条件下单双线钢桁梁桥静动力性能对比试验研究

为研究64 m跨度单双线钢桁梁桥在重载运输条件下的差异性和适用性,采用静力分析计算、静载试验和运营性能试验相结合的方法,开展钢桁梁桥静动力性能对比研究。结果表明:重载运输条件下,单双线钢桁梁桥活载作用下的安全储备量均有所降低,单线钢桁梁桥应力及挠度校验系数大于双线桥,单双线桥的竖向刚度都较小,安全储备不足;单双线钢桁梁桥均产生较大的振动和变形,单线桥跨中横向振幅、加速度以及动挠度均大于双线桥;单双线钢桁梁桥的静力、动力性能指标基本上都满足相关规范要求和目前重载条件下的运营要求,但竖向和横向刚度偏弱,安全储备低,振动加剧,需进行加固改造以适应30 t及以上轴重重载运输要求。     

基于增量动力分析方法的非对称独塔斜拉桥H形桥塔抗震性能评估

为研究空间异形斜拉桥桥塔在地震作用下的破坏过程和抗震性能,本文以天水市藉河非对称独塔斜拉桥为工程背景,采用增量动力分析方法(IDA,Incremental Dynamic Analysis)对该斜拉桥进行有限元动力弹塑性分析,得到了在顺桥向、横桥向地震作用下桥塔潜在的塑性铰区域和关键部位的IDA曲线。结果表明:由于桥塔采用保守的弹性设计,在罕遇地震作用下桥塔处于弹性状态;在极罕遇地震作用下桥塔虽不能完全保持弹性,但屈服后仍具有一定的安全储备,抗震性能较好。     

钢桁梁腹杆插入式节点杆端应力分析与探讨

研究目的:为便于制造与安装,大跨钢桁连续梁桥往往在采用整体节点,腹杆与主桁节点连接时,腹杆插入节点板中,采用高强螺栓两面连接。由于仅连接杆件的两个面,另外一面(或两面)不直接承受节点板传递的荷载,必然存在剪力滞效应。通过建立钢桁梁腹杆的几种典型截面的有限元模型,研究两面连接腹杆端部的应力分布,从而掌握腹杆端头板件应力分布的规律并用于指导钢桁梁桥节点设计。研究结论:杆件端部最大正应力均发生在螺栓群末端;一般来说,杆件板厚越大,螺栓连接沿杆件长度方向的排数越多,最大正应力与名义正应力的比值越小;截面形式变化、板件厚度变化不会对最大剪应力的发生部位产生影响;杆件中部,截面应力趋于均匀,剪力滞效应不显著。     

隧道衬砌结构地震响应的三维数值分析

运用Ansys软件对盾构隧道在不同地质条件下的水平、竖向耦合地震的响应进行三维数值模拟，分析隧道衬砌结构的不同部位上应力和位移的分布状况，探明了盾构隧道在地震作用下衬砌结构的动力响应规律，找出了衬砌衬砌结构的受力最薄弱部位，研究可对盾构隧道的抗震设计提供理论参考。     

E2地震作用下减隔振桥梁的抗震设计

以某减隔振桥梁为例,建立该桥的三维有限元模型,考虑桩-土相互作用的影响,并根据混凝土和钢筋的材料特性,选取适宜的动力弹塑性本构模型,同时模拟了弹塑性减隔振球型钢支座,并采用人工拟合的3条地震动时程曲线对该桥进行了E2地震作用下的弹塑性时程分析,验算该桥在E2地震作用下的强度及变形。经过详细的验算与分析,验证了本桥设计的安全性和可靠性,并为实际工程中的非规则桥梁在E2地震作用下的抗震验算提供参考依据。     

高烈度震区铅芯橡胶支座隔震桥梁抗震性能分析

高烈度震区桥梁在地震作用下的结构响应较为复杂,传统的抗震设计很难实现桥梁的抗震性能目标。通过对1座位于9度震区的桥梁进行E1地震作用下的多振型反应谱分析以及E2地震作用下的非线性时程分析,计算结果表明,在E1和E2地震作用下采用铅芯橡胶支座隔震桥梁的地震响应较未隔震桥梁均有大幅减小。因此,对于位于高烈度震区的桥梁可通过合理的减隔震设计使结构地震响应大幅减小,从而可提高结构的抗震安全性,实现桥梁抗震性能目标。