高速铁路简支箱梁日照温差的变化规律

考虑日照条件下混凝土箱梁热流密度边界的时变特征,建立高速铁路简支箱梁温度场参数化仿真分析模型,研究高速铁路标准跨径简支箱梁温差的分布特征及控制措施。结果表明:箱梁最大正、负温差均沿厚度方向呈负指数分布,最大正温差在数值上大于负温差;随着大气透明度系数的提高,箱梁顶板和底板的正、负温差及腹板的负温差增大,而腹板正温差随之减小;箱梁温差与混凝土短波辐射吸收率成正相关,涂刷浅色涂料和提高混凝土表面光洁度可有效减小箱梁温差;昼夜气温差对箱梁温差分布影响显著,日温差越大箱梁各个部位温差越大;增大梁顶覆盖层厚度可一定程度上降低箱梁顶板温差。     

铁路混凝土箱梁温度场及温度效应

运用试验方法,对铁路混凝土箱形梁的水泥水化、日照温度场及温度效应进行研究。结果表明,箱梁水化热温度峰值可达70℃以上,梁体浇筑后最大温升可达44℃,箱梁局部板件(如腹板)混凝土芯部与表面的温差可达10℃以上,箱梁内部混凝土温度与箱梁周围养护区内的环境温度差可达35℃;箱梁沿板厚方向受日照影响存在一定的温度梯度,对于无碴轨道箱梁,顶板的温度梯度超过10℃;箱梁沿梁高方向存在较大的温度梯度,有碴桥梁梁顶和梁底温差可达15℃,无碴桥梁梁顶和梁底温差可达20℃;当外界温度变化时,混凝土内部温度变化存在滞后现象。     

高速铁路槽形梁桥竖向温度分布模式研究

以沪昆高速铁路某槽形梁斜拉桥为工程背景,根据传热学和太阳物理学等相关理论,建立槽形梁横断面热力学分析模型,研究槽形梁内部的温度分布规律,探讨各类参数的影响,在此基础上提出日照作用下槽形梁横断面上温度分布模式。分析发现:不同时刻、大气透明度系数、混凝土表面辐射吸收率及梁高虽然会引起槽形梁温度场变化,但对槽形梁的竖向温差模式影响不大;槽形梁温差模式可按两部分进行拟合,截面顶缘温差22℃,采用指数函数和线性函数相结合模式进行拟合;下缘最大温差4℃,并线性变化至0℃。     

基于气象条件的客运专线简支箱梁日照温度场研究

分析日照作用下混凝土箱梁与环境的热交换机理,结合桥位气象条件,采用瞬态热流边界模拟日照温度条件、计算客运专线简支箱梁温度场,采用实测数据对该方法进行验证。以我国客运专线采用的无砟轨道32m标准跨径简支箱梁为工程背景,分析基于气象条件的客运专线标准跨径简支箱梁日照温度场分布特征,探讨大气透明度系数、覆盖层厚度及混凝土表面吸收率等参数对箱梁温度场的影响。研究表明:箱梁日照温度边界可采用瞬态热流边界进行模拟,计算渡越时间约为84h;箱梁最值温度与大气透明度系数正相关,且对顶板温度的影响最大;梁顶覆盖层能有效减小梁顶的温度变化幅度;提高混凝土表面的光洁度或采用浅色涂层以减小混凝土表面吸收率,可有效降低箱梁的温度变化幅度。     

高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道快速升降温模型试验研究

为深入系统研究高速铁路桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道温度场分布规律,制作无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁1/4缩尺试验模型,通过开展快速升降温试验,分析CRTSⅡ型无砟轨道二维温度场分布规律,提出轨道系统横、竖向温度三维分布形式。研究结果表明:高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道竖向温度及温差分布呈三段式阶梯形;横向温度分布呈抛物线形;CA砂浆层是影响轨道系统横、竖向温度场分布的最主要因素;轨道系统竖向负温差主要产生于轨道板;轨道板与CA砂浆层间竖向温度梯度最为显著,最高达4.5℃/cm;横向最大负温差为-4.4℃,最大正温差为5.5℃,分别产生于底座板上部和中部;轨道系统横、竖向温度三维分布呈三段式阶梯形曲面。研究结果可为高速铁路桥上CRTSⅡ型无砟轨道温度效应设计和研究提供参考。     

混凝土单箱双室磁浮轨道梁的日照温度场分布研究

日照作用下混凝土单箱双室磁浮轨道梁的温度场分布不均匀,易引起变形、开裂,影响轨道平顺性及行车安全性。基于传热学原理,结合上海夏季辐射和气温等气象资料,针对日照作用下混凝土双室箱梁的温度场分布展开有限元模拟分析,研究了不同时刻时轨道梁截面的温度分布规律,得到了箱梁在不同时刻的温度云图;提取最大竖向温差时刻腹板和最大横向温差时刻底板中线的温度值,拟合后得到横向与竖向的温度梯度曲线,与规范温度梯度对比后发现:竖向温度梯度峰值比规范值大,变化更加剧烈,且在底板附近存在反向温差,横向温度梯度峰值比规范值小,变化也更加剧烈且同样存在反向温差,双室箱梁的温度梯度模式与规范不一致。     

曲线组合梁在负弯矩和扭矩联合作用下受力性能的试验研究

以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)为参数,对2片钢-混凝土曲线组合梁进行了悬臂加载下的试验研究,得到了曲线组合梁在负弯矩与扭矩共同作用下的荷载-变形曲线、应变分布和钢梁与混凝土板间的相对滑移规律。试验结果表明:在负弯矩与扭矩共同作用下,曲线组合梁的抗弯刚度和抗扭刚度均随跨径比的增大而降低;切向应变沿截面竖向基本符合平截面假定;有横隔板处切向应变在曲线内侧小,外侧大,无横隔板处则相反;钢梁与混凝土板结合面上的切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大,在支座间或支座与加载端之间达到最大。     

大温差寒冷地区钢管混凝土构件温度场分析

为研究西北地区大温差条件下钢管混凝土构件截面的温度场以及钢管与混凝土的脱粘情况,通过模拟一典型地区一月份日平均气温度变化,在大气模拟箱中进行了钢管混凝土构件的温度场和脱粘情况测试。结果表明:在大气温度作用下钢管混凝土构件截面的温度呈非线性分布;钢管的存在会使核心混凝土表面的应力、应变相比素混凝土要大;大气温度降低产生的温差应力大于钢管与混凝土之间的粘结力时也会发生脱粘现象。     

东北极端低温条件下板式无砟轨道温度场特性

基于环境监测资料和热力学基础理论,建立CRTSⅠ型板式无砟轨道三维瞬态温度场模型,分析哈尔滨地区冬季极端低温气象条件下无砟轨道温度场分布规律和影响因素,确定东北严寒地区无砟轨道性能分析的温度参数。结果表明：无砟轨道温度场分布的影响因素包括极端气温、轨道板吸收率、风速等;无砟轨道内温度变化滞后于环境温度,轨道板板顶及板边的日温度变化幅度较大;沿轨道板板顶向下,温度场呈非线性变化,温度波动幅值不断缩小;轨道板吸收率越大,则板顶温度及温度梯度越高;风速越大,板顶温度越低,轨道板内正温度梯度越小,负温度梯度越大;建议东北极端低温条件下轨道板的温度参数取正温度梯度75℃/m,负温度梯度-25℃/m。     

株六复线新响琴峡大桥温度效应分析

新响琴峡大桥是新建株六铁路复线上一座大跨度预应力混凝土桥。在交付运营约2年后,该桥出现了混凝土裂缝和表面剥落等病害。为了查明病害产生的原因,运用有限元软件ANSYS建立有限元仿真模型,对该桥的温度分布和温度应力进行分析。分析结果表明:最大横向日照温度梯度出现在冬天,沿腹板板厚的最大温差为17.5℃,此时箱梁内侧的最大横向温度拉应力为2.34 MPa。可见,由日照引起的横向温度应力是该桥出现病害的主要因素之一。因此,在道砟桥面混凝土铁路桥梁设计中,应对日照引起的横向温度梯度和温度应力予以重视。     

混凝土开裂后连续组合梁刚度退化试验研究与数值分析

负弯矩区混凝土裂缝分布规律及开裂后主梁刚度退化是钢-混凝土组合连续梁变形和耐久性设计的关键问题。基于两跨连续梁模型试验,测试对称集中力作用下负弯矩区混凝土板的开裂特征、裂缝扩展和挠度变化规律。结合现有文献中负弯矩区混凝土裂缝分布的统计规律,构建考虑相邻裂缝间混凝土受拉加劲效应的裂缝模型。采用数值模拟方法对试验梁加载过程中混凝土板的开裂过程进行非线性分析,获得连续组合梁的刚度退化规律,探索钢-混凝土组合连续梁设计参数影响作用。研究结果表明：与现有规范相比,考虑裂缝间混凝土板作用计算的挠度值与试验值更接近,钢梁截面应力和纵筋的应力计算值与试验结果吻合较好,证明相邻裂缝间未开裂部分混凝土板对组合梁抗弯刚度有受拉强化作用。连续组合梁的刚度随荷载增大具有前期小幅退化、中期基本稳定、后期快速退化的规律,破坏前主梁刚度退化幅度最大约60%。钢梁高度对组合梁抗弯刚度的影响最大,钢梁腹板厚度次之,混凝土抗压强度和混凝土板内纵筋的配筋率有一定影响,而抗剪连接度的影响最小。研究成果可为钢-混组合梁连续梁设计和刚度计算提供参考。     

考虑部分剪力连接作用的简支组合梁桥受力特性的解析解法

组合梁桥中根据钢梁与混凝土板间接合刚度的不同,组合作用可分为完全组合和部分组合.部分组合梁桥与完全组合梁桥的受力特性具有显著差异.部分组合梁桥设计时采用目前常用的换算截面法计算是不准确的.鉴于此,对剪力键抗剪刚度沿梁长均布或三角形分布情况下部分组合简支梁桥的内力和变形计算进行了理论推导,得出了截面内力和主梁曲率方程.     

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。     

高速铁路高墩极值温度变形研究

为研究极值温度作用模式下高墩-梁轨体系的温度变形,需要获得混凝土高墩在日照作用下产生极值温度分布规律。基于昌赣铁路客运专线某高墩桥梁一年的温度监测数据,采用广义帕累托模型和时间序列加法模型分别对高墩100年重现期的极值温差分量和均匀温度分量进行了估计,并采用负指数函数对沿壁厚方向的温差进行拟合,获得了高墩极值温度组合。然后,采用热-力耦合的三维有限元模型计算了极值温度组合下的温度变形。结果表明:桥墩的地理位置东西侧温差为23.62℃,南北侧温差为6.91℃,且沿壁厚方向满足负指数函数分布时,为温度作用最不利情况;年均匀温度方程可获得每日均匀温度取值,并得到100年重现期内最大均匀温度可达51.2℃,最低为-9.8℃;通过极值温差和均匀温度分量的组合,可计算高墩在极值温度作用下的温度变形,为高速铁路桥梁设计和运营期内温度变形计算提供参考。     

高速铁路大跨度混合梁连续刚构设计关键技术研究

广湛高铁采用(109+2×200+109) m混合梁连续刚构跨越西江主航道,主梁采用预应力混凝土梁+钢混结合梁的混合梁形式,与预应力混凝土连续刚构相比,减轻了结构自重,降低了主梁弯矩和剪力,提高了桥梁跨越能力;跨中采用钢混结合梁,减小了因混凝土收缩徐变对结构后期变形的影响,改善了结构受力和高速行车条件。钢混结合段为钢主梁与预应力混凝土主梁的连接构造,是混合梁桥关键传力部位,根据刚构桥的钢混结合部受力模式,设置于主梁受力较小位置,采用有格室后承压板式结合部构造。通过对钢梁截面分析比选,采用符合结构受力特点、经济性较好的槽形钢箱混凝土结合梁,并对槽形钢梁超高腹板稳定性、空腹桁架式横隔板构造等关键技术进行研究。建造方案推荐采用挂篮悬臂浇筑混凝土梁,钢梁采用整体吊装安装,混凝土桥面板采用分块预制,可有效保证施工工期。     

装配式钢混工字组合梁桥荷载横向分布系数研究

以一座3×30 m装配式钢混工字组合梁桥为对象,选取跨中断面、四分点断面、支点断面为代表,分别采用4种简化计算方法和实体有限元模型计算汽车荷载横向分布系数,以有限元计算结果为基准,对简化计算方法进行校核与评价。结果表明:4种方法得到的钢混工字组合梁桥荷载横向分布系数差异较大,应结合桥梁构造特点选取不同的计算方法;桥梁支点断面推荐采用横向铰接板梁法或杠杆原理法;桥梁跨中断面和四分点断面推荐采用偏心压力法。     

预应力混凝土箱梁日照温差效应分析

预应力混凝土箱梁在日照作用下引起温度变化,形成较大的温度梯度。我国现有桥梁规范中的温度梯度模式只是笼统地考虑地域、时间和桥梁具体形式的影响。分析研究太阳辐射对预应力混凝土箱梁温度场的影响,提出具体到某个桥梁的温度场计算方法和基于ANSYS软件的日照温差下的温度应力与变形计算方法。通过实例验证,得出预应力混凝土箱梁的日照温差效应采用ANSYS软件分析速度较快、结果准确等结论。     

高铁大跨度斜拉桥主梁钢混结合段力学性能研究

为研究4线高速铁路混合梁斜拉桥新型钢混结合段的力学性能，以主跨672 m的安九铁路鳊鱼洲长江大桥主梁钢混结合段为背景，开展局部缩尺静力和疲劳模型试验，并结合有限元分析钢混结合段的应力分布、滑移开裂及疲劳性能。研究结果表明：最不利工况下，结合段钢构件应力沿横向分布不均且边箱处最大，沿纵向在承压板处产生突变，承压板传力作用显著；最大负弯矩工况下，钢构件的实测应力在1.8倍逐级加载过程中均呈线性变化。钢混间最大滑移仅为0.065 mm,结合段钢混间协同变形良好；挠度结果反映结合段具有良好的刚度并整体呈弹性受力状态；混凝土段顶板于1.4倍最大负弯矩加载时开裂，1.8倍加载下裂缝纵向分布形态表明结合段受力优于钢过渡段。活载最不利工况下，边箱顶板处为主要疲劳敏感区域，钢过渡段水平隔板在疲劳165万次后发生开裂，其余钢结构未开裂；混凝土在疲劳50万次后即开裂，但裂后劣化并不显著；剪力钉和PBL连接件抗疲劳性能良好。钢混结合段具有良好的承载能力及抗疲劳性能，传力合理，可为类似结构提供参考。     

组合梁斜拉桥稳定性影响因素研究

研究了桥面板剪力滞效应对结构极限承栽力的影响,计算结果显示某些阶段安全系数出现大幅下降,最大变化已达到42.4%;针对组合梁斜拉桥钢主梁(工字形加劲截面)横桥向抗弯刚度较小,桥面板还未安装时容易在横桥向发生局部失稳的现象,研究了钢主梁局部失稳对组合梁斜拉桥全过程的整体稳定性的影响,计算结果显示考虑局部失稳后结构的弹性稳定安全系数在某些阶段出现大幅下降,最大变化已达到24.0%.     

桥上CRTSⅡ型板式轨道结构竖向温度场预估模型

将桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构视为多层层状体系,基于传热学基本原理,考虑模型边界条件,建立轨道结构温度场分析模型,以日照时长、日辐射总量、日平均气温和日温差为自变量,回归分析提出轨道结构竖向温度分布预估模型,研究桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构的竖向温度场分布。研究结果表明:利用理论模型计算得到的轨道结构温度场分布与实测结果对比具有较好一致性;将各环境因素视为独立变量,轨道结构表面温度最值、轨道板温差随日照时长、日辐射总量、日平均气温、日温差成线性变化,轨道结构内部温度在当表面温度取最值时随深度成3次曲线线形变化;根据预估模型所得的轨道板表面温度最值、轨道板温差、轨道结构竖向温度预估值与实测值、理论值误差小于2%;利用温度场预估模型可根据气象数据快速计算得到轨道结构竖向温度分布,可为精确计算轨道结构温度效应提供参考。