一种新型铁路钢—混组合桁架桥的动力特性分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的新型铁路钢—混凝土组合桁架桥建立了有限元计算模型,分别采用空间梁单元、空间板单元及三维实体单元对混凝土槽形板进行模拟。计算分析了桥梁的自振特性和移动列车荷载作用下的动力响应。结果表明:采用三种不同单元模拟槽形板得到的结构主要振型及相应自振频率的计算结果较为接近,梁单元模型可在保证精度的前提下大大减少计算工作量;移动荷载作用下桥梁的竖向挠度和加速度响应较小,满足我国干线铁路行车要求。     

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。     

斜交薄壁连续钢箱梁桥设计与受力特性研究

以江苏省丹阳路齐梁路某(30+2×35)m跨线斜交钢箱梁为工程背景,通过比对斜交钢箱梁横隔板布置方式以及支座处隔板布置方式,提出斜交连续梁横向隔板的正交布置方式,得出中间墩支承处采用斜向双隔板布置更有利于结构受力与制造的结论。对箱梁的线型控制、截面总体布置、隔板、纵肋型式、纵肋布置方式和板厚等其他细节进行详细设计。分别建立单梁、空间梁格和板单元有限元模型对桥梁进行受力分析。对3种数值模拟方法计算得出的支座反力、挠度和应力等结果进行分析对比。研究结果表明:单梁法计算结果偏于不安全且无法进行横向计算,梁格法和板单元法均能够对模型进行横向计算,但梁格法计算偏安全,而板单元计算更加细致精确。同时,在同种工况下,斜交钢箱梁钝角区应力值大于锐角区应力值。采用板单元对轮压荷载进行局部分析,表明轮压荷载作用下应力、变形较小。验证了箱梁设计方案的安全合理。     

客运专线桥上无缝道岔空间力学特性的研究

为解决哈大客运专线红嘴河特大桥桥上无缝道岔受力和变形问题,根据道岔、桥梁结构和布置形式,建立桥上无缝道岔空间耦合模型,从温度荷载、竖向荷载、钢轨横向变形等方面对其空间力学特性进行分析.结果表明:温度荷载下钢轨的伸缩附加力最大值位于梁体活动支座端,受固定支座端至活动支座端距离影响较大;尖轨、心轨尖端相对于基本轨、翼轨的位移较小,处于外锁闭机构允许的伸缩量范围之内;连续梁半联满布荷载时,钢轨纵向位移、挠曲附加力及桥梁竖向挠度最大;单线直向满布荷载时,桥梁横向挠度、扭转最大;温度荷载对钢轨横向变形的影响较小,减载率、脱轨系数变化不大.但由于客运专线标准高、道岔与桥梁结构复杂等因素,对钢轨横向变形的影响不容忽视,建议设计客运专线桥上无缝道岔时考虑其空间力学特性.     

温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位的影响分析

我国在设计桥上无缝线路时,桥梁温度荷载按照相关规范规定采用均匀温度荷载,这与桥梁在自然环境中所受到的温度梯度荷载存在一定的差异。基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上CRTSⅢ型板式无砟轨道有限元模型,分别计算分析在均匀温度和竖向温度梯度作用下桥梁变形对无砟轨道结构几何形位的影响,有益于进一步深入研究桥梁温度荷载的合理取值。结果表明:与均匀温度荷载相比,竖向温度梯度荷载对桥上无砟轨道几何形位影响很大,且主要影响桥上无砟轨道的高低几何形位,对无砟轨道的水平几何形位也有一定影响,因此建议在设计桥上无缝线路时,考虑桥梁温度梯度荷载,并对桥上无砟轨道结构的几何形位进行限制。     

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。     

长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向变形研究

由于长大简支梁桥上无缝线路,在温度荷载和车辆荷载作用下的轨道和桥梁结构各项变形较大,简单的桥上无缝线路计算模型和检算项目已不满足要求。为了能够更好地分析其受力与变形,更详细地对其进行计算和检算,采用有限元方法建立了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合模型。所建立的空间耦合模型,充分考虑了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路各部分的细部结构和其对整体力学特性的影响。采用该模型可以计算钢轨附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度、梁端转角和梁轨相对位移等进行计算。计算结果详细,检算项目全面,方法便于设计与施工使用。     

杭州湾大桥梁上运梁过程仿真分析

对杭州湾大桥非通航孔滩涂区的50 m箱梁上运梁过程进行空间仿真分析。按照实际工况荷载,考虑预应力空间效应,施加等效节点力,并合理考虑支座等细部建模,建立精密的三维实体有限元仿真模型。混凝土的材料特性按现行公路桥梁设计规范取值,考虑最不利计算荷载,支座底部按刚性单元模拟,而与梁相接触层的弹性模量满足梁端回转变形时不出现拉应力,在结构离散时尽可能细分单元网格,由于梁端的应力相对复杂,采用比跨中更密的单元网格。计算承重箱梁整体变形和空间应力分布特性,结果为,由于载荷位置在支座附近,变形相对较小,最大挠度在反拱位移之内。支座截面的最大主拉应力发生在底板上表面侧,超过混凝土的开裂强度,因此,对该区域的混凝土应采取加劲处理,以防止混凝土拉裂;最大主压应力发生在架桥机肢腿处附近,小于混凝土的抗压强度。     

温度荷载作用下桥上CRTS Ⅱ型板式轨道纵向力学特性研究

利用有限元软件ANSYS建立温度荷载作用下桥上CRTS II型板式无砟轨道结构体系各部件纵向相互作用分析模型。模型中钢轨、轨道板、底座板、梁体、桥墩均采用梁单元模拟,各结构层之间的连接采用弹簧单元模拟。以一座高速铁路混凝土连续梁桥为例,分析桥梁温度荷载作用下,轨道及桥梁结构的力学特性,并针对相关因素对各结构层受力与变形的影响进行了研究。研究结果表明:当梁体温升幅度达到一定值以后,轨道结构纵向力不再明显增大;"分离板模型"能更好反映CA砂浆黏结状态对轨道和桥梁受力特性的影响;滑动层摩擦大数增大,将大幅度增加轨道与桥梁结构的受力;轨道板宽接缝开裂导致钢轨、底座板纵向受力以及轨道板位移的增大。     

小半径曲线斜拉桥温度效应研究

为探讨温度对受力复杂的曲线斜拉桥结构成桥使用舒适性及安全性的影响,以刚果布拉柴维尔滨河大道桥为工程背景,以9个不同曲率半径斜拉桥模型为例,分别计算其在季节温差和梯度温度工况下主梁竖向位移、支座反力的变化情况,分析温度荷载对曲线斜拉桥支座反力的影响规律。结果表明:梯度温度正温差工况下,曲线外侧主梁的竖向位移总是小于内侧,致使主梁发生向外翻转的趋势,且随着曲率半径减小翻转趋势越来越明显;曲线段外侧支反力大于内侧,其中过渡墩支座所受影响最大;整体升温效应会使全桥梁段产生向外扭转趋势,但影响小于梯度温度正温差,且整体升温还会使桥梁结构产生跨中上拱、边跨下挠的趋势。     

基于ANSYS的钢-混凝土叠合梁斜拉桥施工段索力控制

为了在施工过程中对设计索力进行精确控制,进而为二期恒载作用下的索力调节提供依据,利用ANSYS建立了斜拉桥三维空间有限元模型。计算分析时考虑每条斜拉索索力之间的相互影响,基于内应变能最小的原则,采用循环迭代的温度荷载法模拟施加斜拉索预应力。以一主跨为400 m的钢-混凝土叠合梁斜拉桥设计方案为依托,分析在最大单悬臂施工工段利用该方法施加索力的可行性。结果表明,当循环迭代37次后,索力误差已经控制在5%以内,在此基础上计算桥梁的竖向以及纵向最大位移分别为0.016,0.027 m,均能满足线形限度的要求。     

温度荷载对桥上无缝线路平顺性的影响分析

基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上无砟轨道无缝线路模型,桥梁温度荷载分别取均匀温度荷载、沿梁高的温度梯度荷载以及沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载3种工况,计算分析桥梁在不同温度荷载作用下桥上无缝线路的平顺性。计算结果表明:桥梁受沿梁高温度梯度荷载作用时对钢轨竖向位移的影响最大,线路的短波、中波高低不平顺均超过规范限值,长波高低不平顺未超限;桥梁在沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载作用下,线路的中波高低不平顺稍稍超限,短波高低不平顺接近规范限值,长波高低不平顺有较大余量;桥梁在均匀温度荷载作用下,线路的高低不平顺均远小于限值。     

特殊桥梁结构无缝线路附加纵向力计算方法

在温度荷载和列车荷载作用下,桥梁和轨道设计应考虑梁体与无缝线路相互作用而产生的附加纵向力。可以采用大型有限元软件建立三维空间耦合的简易实体模型,但对U形梁、变截面梁、钢桁梁等特殊复杂桥梁结构,建模难度大,且模型通常与实际桥梁结构差异较大,影响计算准确性。本文通过理论分析,基于有限元刚度法(位移法),建立无缝线路附加纵向力简易模型,直接加载位移,并利用梁、轨位移与纵向阻力间关系,计算无缝线路各种附加纵向力。选取城市轨道交通、高速铁路2个具体实例,将位移数据通过程序加载至无缝线路模型,求解出附加纵向力。该方法同样适用于其他一些特殊复杂桥梁,弥补了原有模型的不足,计算也更精准简洁。     

温度变化对大厚度沥青混凝土铺装层钢混结合桥力学性能的影响研究

以俄罗斯南萨哈林岛路易斯桥为研究对象,对处于温差大地区服役多年的小跨径钢混结合桥进行了荷载试验和有限元模拟,结果表明在沥青混凝土铺装层厚度较大时,沥青混凝土铺装层的温度由季节温度的变化而改变,从而影响主梁的力学性能。研究发现-5℃时试验荷载作用的实测数据与有限元模拟值误差很小;在相同荷载作用下,沥青混凝土铺装层温度由-24℃升高到+23℃时,主梁竖向位移增大了48.6%,上翼缘压应力增大了275%,下翼缘拉应力增大了25.4%。根据试验可以判断,在夏季温度最高时,桥梁承载能力最低,其研究方法和结果具有一定的参考价值。     

高速移动荷载作用对桥上轨道竖向动力特性的影响

以成灌铁路简支箱梁桥及轨道结构为背景,建立了移动荷载作用下桥梁轨道力学模型,推导了其竖向振动位移响应并编制计算程序,分析了荷载移动特性对桥上轨道竖向振动位移特性的影响。计算单个荷载以不同速度通过轨道时的竖向位移变化,得出即使没有轨道不平顺影响,高速移动荷载作用仍然会引起桥上轨道竖向振动,且振动频率与速度有关;与静荷载作用相比,轨道的竖向振动振幅大大增加,就成灌铁路而言,竖向位移最大值出现在速度350 km/h时。研究结果对深入了解高速列车通过桥上轨道时的动力特性有重要指导意义。     

温度及时效对隔震简支梁桥地震响应的影响

为了研究温度及时效对隔震简支梁桥的地震响应影响,主要介绍美国"AASHTO指导性隔震设计指南"提出的支座特性修正系数和调整系数,并结合国内隔震橡胶支座采用有限元软件ANSYS建立全桥模型进行力学数值仿真计算,根据桥墩高度不同共设置6种计算工况,地震动分析方法采用非线性时程法,从PEER地震动数据库中选取具有代表性的7条地震波进行抗震计算,并取计算结果平均值作为分析指标,分析结果表明:温度及时效作用会降低桥梁结构的基本周期,并会使隔震橡胶支座的剪力变大而位移变小;当桥梁结构基频较大时,温度及时效作用使墩顶位移、墩底弯矩及剪力值大幅增加;当桥梁结构基频较小时,可忽略温度及时效对墩顶位移产生的影响;同时,温度及时效在矮墩处对墩顶位移、墩底弯矩及剪力值的增大作用较明显,因此,建议对低温地区简支梁桥进行隔震设计时应采用隔震效果较好的支座,尽可能延长结构周期,同时在布置桥梁结构形式时应尽量避免出现矮墩,以减小温度及时效对桥梁结构产生的地震响应。     

预应力混凝土曲线梁桥支座病害成因分析

近年来采用空间杆系模拟曲线梁结构受力时假定梁单元形心与剪切中心重合,无法计算约束扭转效应及翘曲和畸变,结构计算结果与实际受力存在偏差,因此,应采用实体有限元进一步模拟结构真实受力。本文在对预应力混凝土曲线连续箱梁常见支座病害分析的基础上,采用实体有限元建立结构计算模型对主梁施工阶段支座反力的变化进行分析,并与杆系计算结果比较。研究结果表明:曲线梁桥扭转效应和平面内变位是其支座病害出现的直接原因,宜在设计中通过合理设置主梁支座及限位来消除其对结构的不利影响;相对来说,采用实体有限元比采用杆系有限元计算曲线梁结构受力更趋合理。     

双塔双索面斜拉桥施工索力分析与优化

赣江二桥为主跨400 m的双塔双索面钢混凝土叠合梁斜拉桥,为了实现施工过程中设计索力的精确控制,为二期恒载作用下的索力调节提供依据,基于ANSYS平台建立了斜拉桥三维空间有限元模型;考虑每条斜拉索索力之间的相互影响,基于内应变能最小的原则,采用循环迭代的温度荷载方法模拟斜拉索预应力的施加;最大单悬臂施工工况下的索力分析结果表明,当循环迭代37次后,索力误差已经控制在5%以内,在此基础上计算桥梁的竖向以及纵向位移均能满足限度的要求。这为钢混凝土叠合梁斜拉桥施工过程索力的调整提供了一种方法,对类似工程的实施具有参考价值。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特性,利用有限元分析方法,采用梁单元模拟钢轨,实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁,弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料,计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型,得到最大温升和列车制动力值,计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

高海拔山区铁路钢-混凝土结合梁温度场和温度效应研究

铁路结合梁温度荷载过大会危及列车行驶和桥梁结构安全.为研究高海拔山区高辐射、大温差环境对铁路钢-混凝土结合梁的影响,以典型32 m钢-混凝土结合梁为研究对象,建立有限元模型进行计算分析,得到高海拔山区下铁路钢-混凝土结合梁温度场和温度效应,同时与GB50917—2013《钢-混凝土组合桥梁设计规范》规定的设计温度梯度下...