铁路桥梁金属耗能防落梁装置力学性能研究

针对目前铁路桥梁钢防落梁装置缺乏缓冲耗能能力的问题，提出一种金属波纹钢耗能防落梁装置，采用Ansys软件建立多种类型金属波纹钢耗能元件有限元模型，对比研究各耗能元件的滞回性能，比选出最优方案，推导建立金属耗能防落梁装置关键力学参数计算理论和装置力-位移骨架曲线计算方法，建立金属耗能防落梁装置设计方法并编制了装置设计软件，进行耗能防落梁装置力学性能试验验证，开展波纹钢厚度、波纹钢幅值、钢材硬化比、半波弦长等参数对耗能防落梁装置力学性能的影响分析。研究结果表明：建立的铁路桥梁金属耗能防落梁装置设计方法正确，算法精度高，满足工程应用的要求，推荐采用正弦波纹钢和半圆波纹钢作为耗能防落梁装置的耗能缓冲元件，研发的耗能防落梁装置可用于高烈度地震区铁路桥梁抗震及减震，具有良好的经济性和适用性。     

减震榫对近场高烈度区大跨铁路连续梁桥抗震性能影响分析

为研究减震榫在近场地震下对高墩大跨铁路连续梁桥抗震性能的影响,基于弹塑性力学、材料力学等理论,建立减震榫本构模型与力学性能指标计算方法,以近断层高烈度区某典型高墩大跨非规则连续梁为工程背景,开展典型铁路桥梁抗震性能研究,利用Midas软件建立考虑减震榫的非规则桥梁空间有限元模型,研究减震榫设计参数对大桥地震响应的影响。研究结果表明:在近场地震作用下,减震榫可使大跨连续梁桥墩底内力和墩顶位移的减震率达到35%,能较好地耗散地震能量,有效降低桥墩内力并起到限位作用,减震榫对高墩大跨铁路连续梁桥具有良好的适应性。     

减震榫在高烈度地震区高速铁路连续梁桥中的应用研究

为探明减震榫在高烈度地震区高速铁路连续梁桥中的适用性,有效提高桥梁抗震性能,开展三向限位减震榫在高烈度地震区高速铁路桥梁抗震效果的对比分析及性能试验研究.以渝昆高铁某典型三跨混凝土连续梁桥为工程背景,对比分析普通支座、减隔震支座、减隔震支座+减震榫3种不同减震措施下桥梁的抗震性能.在此基础上,通过开展三向限位减震榫的足尺性能试验研究,获得了减震榫的滞回耗能曲线,以等效黏滞阻尼系数为耗能指标,获得其耗能能力与延性变形规律.研究结果表明:三向限位减震榫可有效降低固定墩的墩底内力,耗能能力随着榫顶位移增大而增大.相关成果可为处于强震区的铁路混凝土桥梁减震设计提供参考.     

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。     

分离式减震榫力学性能影响因素分析

以新型分离式减震榫为研究对象，利用ABAQUS有限元软件对分离式减震榫进行仿真分析，考虑材料非线性，研究尺寸误差以及传力方式对分离式减震榫力学性能影响规律。研究结果表明：减震榫尺寸改变对其承载能力和位移能力有不利影响，尺寸改变5%以内，等位移下耗能段应变增大42.9%,承载能力降低15%;等应变下位移能力降低25%,承载能力降低15.4%,需尽量避免因制作工艺对尺寸产生影响。由于组合传力的变移性，荷载分布和理想情况存在偏差，合力点距设计点越远越无法满足等应变要求，合力点改变10%以内，等位移下耗能段应变增大21.5%,承载能力降低4.3%;等应变下位移能力降低17.9%,减震榫承载能力降低4.9%。     

薄层UHPC中MCL形组合榫连接件力学性能研究

抗剪连接件正常使用阶段的力学性能是影响钢-混组合梁桥结构变形的关键因素。针对薄层超高性能混凝土(Ultra-high Performance Concrete,UHPC)及改进螺旋线(Modified Clothoide,MCL)形组合榫连接件组合形式中组合榫连接件力学性能研究不足的问题,研究UHPC对MCL形组合榫连接件抗剪刚度的影响,探索适用于薄层UHPC中MCL形组合榫连接件的抗剪刚度计算方法。设计并开展薄层普通混凝土(Normal Concrete,NC)以及薄层UHPC中的MCL形组合榫连接件推出试验;建立精细化的ABAQUS有限元数值模型,并通过试件试验结果验证所建立的有限元数值模型的适用性和有效性;基于推出试验数据及有限元数值模拟结果,采用组合榫三弹簧刚度模型,推导出薄层UHPC中MCL形组合榫连接件的抗剪刚度计算公式。研究结果表明：1)UHPC试件中的组合榫连接件抗剪刚度较NC试件有大幅提高;2)MCL形钢榫厚度的增加将使组合榫连接件抗剪刚度显著增大;3)提出的抗剪刚度计算公式能够准确计算薄层UHPC中MCL形组合榫连接件的抗剪刚度。研究成果可为带有MCL形组合榫连接件...     

九度强震区高铁简支箱梁减隔震体系研究

为提出适用于9度强震区高速铁路简支箱梁的合理减隔震体系,基于核密度估计的地震易损性分析方法,以某高速铁路9度区32 m跨度简支箱梁为工程背景,采用时程分析法建立5种减隔震方案下桥梁结构地震易损性曲线,研究5种减隔震体系对桥梁抗震性能的影响。分析结果表明：球型钢支座与减隔震支座限位能力不足,不能满足9度地震区铁路简支梁桥抗震需求;采用减隔震支座、弹塑性限位耗能装置与钢防落梁组合减隔震体系后,9度区铁路简支梁地震损伤破坏发生概率最低,罕遇地震下桥墩完全破坏发生概率可控制在8%,金属弹塑性限位耗能装置具有耗能减震效果,可降低墩底内力,保护桩基础,同时钢防落梁发挥限位作用,罕遇地震下支座发生完全破坏的损伤概率小于10%,有效防止了落梁震害;推荐双曲面减隔震支座+弹塑性限位耗能装置+钢防落梁方案作为9度区铁路简支梁的组合减隔震体系。     

注浆式榫槽接头关键构造参数影响研究

装配式地铁车站结构注浆式榫槽接头的不同几何构造影响接头的力学性能,进而制约整个结构的力学行为。针对注浆式榫槽接头关键构造参数——榫长、榫宽、接头高度、接头宽度、槽顶壁宽、槽底壁宽、榫头内缩长度,基于榫头占比率、槽壁榫宽比、榫头倾角、榫长榫宽比和内缩率5个指标进行接头构造设计要求研究。结合各个指标对接头承载性能、制作和施工便捷性的影响,提出一套接头构造设计步骤及要求,明确关键几何构造参数具体取值范围：榫宽w与截面高度H的比值宜大于0.28,各榫头之间的净距宜为0.5～1.5倍单个榫宽w,槽壁厚度t与榫宽w比值不宜小于0.4,榫头倾角α宜为75°～85°,长接头和短接头榫长l与榫宽w的比值宜分别为0.5～0.8和0.2～0.5,内缩率宜为20%～50%;研究成果可为同类装配式结构构件连接设计提供参考。     

低屈服点钢阻尼器在高速铁路简支梁桥中的应用研究

高速铁路简支梁桥应用低屈服点钢阻尼器,可以大幅度提高结构的抗震性能.选择三种墩高的典型高速铁路简支梁桥为研究对象,进行了罕遇地震下设置减震榫时的非线性时程反应分析及不设置减震榫时的线性时程反应分析.研究结果表明,减震榫有优异的减震性能,应用该装置可以大幅提高桥梁的抗震性能,解决了我国高速铁路桥梁刚度大,配筋率低,难以出现塑性铰的技术难题.     

大跨度中承式铁路拱桥缓冲限位耗能装置研究

为研究适用于大跨度中承式铁路拱桥的限位减震耗能装置,保证高速列车的行车安全。基于弹塑性力学、材料力学等计算理论,建立大跨铁路桥梁缓冲限位耗能装置的简易设计方法,并运用MATLAB软件开发相应的设计软件。以郑万高铁某大跨中承式拱桥为工程背景,开展该桥限位耗能装置的关键设计参数研究,并利用ANSYS建立装置实体有限元模型,分析其力学性能及滞回耗能曲线。研究结果表明:建立的缓冲限位耗能装置简化设计方法正确,设计过程简便;设计的装置能够较好地控制列车牵引制动力引起的梁端位移,满足高速铁路对行车安全的要求。     

高地震区铁路简支梁桥墩延性计算

介绍了铁路工程抗震规范提供的钢筋混凝土桥墩延性设计计算方法;并以昆明地铁6号线某桥为工程实例,对比铁路工程抗震规范提供的钢筋混凝土桥墩延性设计简化计算方法及时程分析法,能为今后8度地震区同类桥梁设计提供一定的借鉴。     

铁路简支梁桥三维地震易损性分析

为了评估铁路简支梁桥在近场地震作用下的抗震性能,基于OpenSEES平台建立铁路典型5跨简支梁桥的易损性分析模型。从PEER数据库选取100条地震波作为三维地震动输入样本进行非线性动力时程分析,获得不同地震输入角度对应的桥梁地震响应数据。根据桥墩弯曲破坏和支座变形破坏的损伤状态方程确定相应的损伤指标。基于结构可靠度理论,建立桥梁三维易损性分析方法,从而获得了桥墩和支座构件的三维易损性云图。由云图可以得到:桥墩和支座均在顺桥向和横桥向输入方向上最容易发生损伤。研究结果表明:在近场地震作用下,铁路简支梁桥的易损性与地震动的输入角度密切相关;桥墩和支座的易损性随地震动输入角度的变化规律具有明显的区别。基于三维易损性云图,可以给铁路简支梁桥的抗震设计和震后损伤识别提供理论依据。     

铁路简支梁桥减隔震支座设计参数的优化研究

运用结构最优化理论建立了考虑地震时车辆运行安全性的铁路简支梁桥减隔震体系优化设计模型,采用ANSYS中的一阶优化方法,在优化过程中考虑结构Rayleigh阻尼系数的变化对减隔震体系的影响及土和基础的相互作用,实现了对铅芯橡胶支座动力设计参数的优化设计.通过计算分析,得出了铅芯橡胶支座动力参数对桥梁地震响应的影响规律：在应用LRB对不同场地条件下的铁路简支梁桥进行减隔震设计时,屈服后刚度与屈服前刚度比α对结构地震响应有重要影响.因此,可以采用改变屈服后刚度与屈服前刚度比α的简化设计方法,满足桥梁地震响应的要求.为了提高系统的优化效率,在进行减隔震支座优化时,行车安全性的约束可以在优化过程外考虑,即在支座参数优化解确定后,再进行车辆地震输入谱密度强度SI值的验算.     

基于挠度的铁路双线简支钢桁梁桥杆件损伤程度识别研究

以梁桥节点最大位移改变率作为损伤程度伤识别指标,分别采用广义回归神经网络(GRNN)算法和ε-支持向量回归机(ε-SVR)算法,进行损伤程度识别研究。通过对一座铁路双线简支钢桁梁桥某杆件的损伤程度识别研究发现:(1)GRNN损伤程度识别模型具有一定的抗噪能力,不具有泛化性。(2)SVR损伤程度识别模型具有很强的抗噪能力和很好的泛化性。(3)以桥梁节点最大位移改变率作为损伤程度识别指标时,数据回归算法不能采用GRNN算法,应采用ε-SVR算法。     

西成客运专线跨郑西客运专线桥式方案研究

西成客运专线跨越郑西客运专线同时跨越福银高速公路,公路与郑西客运专线斜交角度仅为14°。主桥位于第四层立交处,施工场地条件极为苛刻,既有客运专线运营对施工要求高,因此设计施工难度大。为取得合理的桥式方案以确保既有客运专线安全运营,解决本桥设计施工中技术难题,采用拟定各桥式结构尺寸、有限元分析、动力仿真分析等方法,对4种桥式方案进行对比研究。通过适用、经济、施工、安全等方面的比选,确定采用132 m简支钢桁梁顶推施工方案,本桥式施工方案缩短了施工周期,对既有高铁运营影响较小,顶推施工保证了施工安全。     

64 m跨简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态

研究目的：随着列车速度的提升，对铁路钢桥的要求越来越高，一些既有线路的老式钢桥是否能够满足现有规范的设计要求是一个迫切需要解决的问题。本文通过对64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态进行分析以得出它是否满足新规范的要求。 研究方法：通过比较铁路桥梁钢结构设计的新旧规范，找出它们之间的主要差异。然后通过理论计算，分析老式钢桥是否满足新规范的要求。 研究结果：得出新规范在纵向联结系的长细比限值、中心压杆轴向容许应力折减系数、各种构件疲劳容许应力的检算和横向刚度的规定等诸多方面更加严格的结果。通过进一步分析得出64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥主要杆件的内力、构造和整体结构的横向自振频率等方面无法满足新规范要求，而强度也几乎达到新规范的临界值的结果。 研究结论：随着高速铁路的发展和列车运载量的提升，需要对老式钢桥进行加固处理，以满足列车安全运营的要求。     

单线大跨度简支钢箱梁系杆拱设计研究

钢管混凝土拱桥在钢管拱肋混凝土灌注过程中存在爆管的可能性,当邻近既有线施工时须考虑其风险。为研究单线大跨度拱桥拱肋内不灌注混凝土的可行性,以丹佛(丹灶-佛山)西站联络线上一160 m简支钢箱梁系杆拱为研究对象,建立空间有限元模型对大跨度简支钢箱梁系杆拱桥进行静力和动力计算,分析结构的受力情况和变形状态。结果表明,该桥的静力和动力特性均满足规范要求。该桥为邻近既有线的单线铁路桥,可选择拱肋内不灌注混凝土,从而使得施工更加方便。     

基于移动模架的蒙华铁路40m简支箱梁施工工艺

以新建蒙华铁路三门峡黄河公铁两用大桥北引桥40 m预应力混凝土简支箱梁为背景,介绍了基于移动模架的铁路简支箱梁施工工艺。依据线路的具体布置,开发了适应于曲线段以及公铁合建段过孔的ZQMS1200上行式移动模架,并详细介绍了该移动模架的结构。从移动模架的提升、预压以及特殊工况下的过孔角度出发,对移动模架的制梁技术进行说明。该工程实践结果表明新开发的移动模架能够保证梁体混凝土的浇筑质量。     

铁路混凝土桥梁加固施工技术

通过对包神铁路桥梁加固中时桥梁情况进行详细分析,采用了体外预应力加固法、粘贴钢板加固法,并引进了低曰缩锚具、聚合物混凝土等新材料,大大提高了桥梁的整体刚度和稳定性,达到了预期效果。     

钢桁梁整节段架设技术方案比选

武广客运专线跨越武汉长江,新建武汉天兴洲公铁两用斜拉桥,首次采用主跨为504 m的钢桁梁.钢桁梁弦杆节点与横梁、公路桥面正交异性板、主桁的连接采取焊接方式,工期紧,施工难度大,对施工安全要求高.为加快建桥速度,满足工期要求,针对钢桁梁结构特点,经对架设方案的论证,拟采用整节段架设方案.在阐述钢桁梁采用整节段架设能保证工程质量、施工安全和进度,减少对通航的影响的基础上,并与采用单根杆件架设方案进行经济性比较和评价.结果表明,钢桁梁整节段架设方案优于单根杆件架设方案,并节省成本166万元.实施后达到了预期目标和效果.