极限状态法与容许应力法铁路大跨连续梁设计对比分析

铁路桥涵设计规范的基本理论正在从容许应力法向极限状态法转轨,通过对主跨100 m连续梁采用极限状态法和容许应力法进行正截面抗弯强度、正截面抗裂性和斜截面抗裂性等结构控制因素的对比分析,校核铁路桥涵极限状态法设计规范的适用性,并对铁路桥涵极限状态法设计规范的部分内容提出修改建议。对比结果表明:两种方法的安全储备基本接近,采用容许应力法进行设计更为保守。研究结果对铁路规范的转轨工作具有一定的参考作用。     

铁路路基浅埋式桩板结构极限状态法荷载组合与配筋设计研究

我国铁路工程设计正从容许应力法向极限状态法转轨,2019年实施的《铁路路基设计规范(极限状态法)》缺少桩板结构极限状态法设计的荷载组合和配筋相关规定。桩板结构作为应用广泛的地基处理方式,有必要研究其极限状态法设计方法,为铁路路基设计全面转轨提供基础。通过系统研究浅埋式桩板结构极限状态法与容许应力法的荷载组合与配筋设计理论,采用有限元方法对瑞九铁路典型浅埋式桩板结构的荷载组合与配筋进行计算分析对比,主要结论为：(1)浅埋式桩板结构采用铁路桥涵极限状态法与铁路桥涵容许应力法荷载组合存在较好对应关系,设计方法转轨衔接流畅;(2)铁路桥涵极限状态法计算正截面承载力控制的板配筋量比铁路桥涵容许应力法计算配筋量多出约23%,安全余度存在较大差别;(3)浅埋式桩板结构采用建筑极限状态法设计存在组合值系数不明确、板抗剪安全余度低和裂缝控制配筋量低的问题,可靠度存疑,不建议采用。     

基于极限状态法的高铁桥上双块式无砟轨道配筋设计研究

为使我国铁路设计技术更好地与国际设计方法接轨,针对高速铁路桥上双块式无砟轨道结构,依据Q/CR9130-2018《铁路轨道设计规范(极限状态法)》,结合有限元和数值计算的方法,运用极限状态法对道床板和底座进行配筋设计研究。结果表明:极限状态法中正常使用极限状态计算弯矩结果与容许应力法基本一致,承载能力极限状态计算结果较大;道床板和底座极限状态法的配筋数量略低于容许应力法。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯设计

对我国铁路桥涵设计规范TB10002.3—2005,美国铁路工程协会标准AREMA和欧洲桥梁设计规范EN1992—2:2005中,铁路桥梁钢筋混凝土构件受弯的承载力计算方法进行了比较。分析表明,美国AREMA的使用荷载设计法,与我国铁路规范的容许应力法概念上是相同的,但规定的容许应力小于我国规范。AREMA荷载系数设计法与欧洲规范的设计表达式相近,不同点是荷载系数设计法采用统一的强度折减系数,而欧洲规范分别采用混凝土和钢筋的强度设计值。美国规范使用荷载法较荷载系数法保守。     

不锈钢钢筋混凝土梁受弯性能的试验研究

基于三根不锈钢钢筋混凝土梁和一根普通钢筋混凝土梁的试验结果,对不锈钢钢筋混凝土梁的受力性能进行了较为系统的分析和研究.结果表明,与普通钢筋混凝土梁相比,不锈钢钢筋混凝土梁的极限承载力和裂缝宽度为0.3 mm时的对应荷载值均有所提高,但增加幅度较小,而梁的挠度值却有较大程度的增加.因此建议不锈钢钢筋混凝土梁的裂缝宽度和极限承载力可按现行混凝土结构设计规范计算,但挠度计算需要适当修改.     

国内外钢筋混凝土铁路桥梁设计方法比较分析

在介绍了工程结构设计方法的演变历史之后,对我国铁路桥涵设计规范TB 10002.3—2005,美国铁路工程协会标准AREMA和欧洲桥梁设计规范EN 1992-2:2005中,钢筋混凝土铁路桥的设计方法和荷载组合进行了比较。分析表明,各规范考虑的主要设计荷载相同,但采用的荷载组合方法有所不同。我国铁路桥梁设计规范采用的是容许应力法;美国铁路工程协会标准采用两种方法,其中的使用荷载法与我国规范的容许应力法概念上相同;欧洲规范采用以概率论为基础的极限状态设计法,该方法能更合理地反映结构和构件的安全水平。各规范对裂缝和变形的控制和计算方法不同,我国铁路规范TB10002.3—2005裂缝和变形计算均采用荷载的标准值,美国铁路规范AREMA通过限制纵筋应力实现裂缝控制,不具体计算裂缝的宽度,变形计算采用未乘系数的荷载,欧洲规范EN 1991-1-1:2004裂缝和变形计算采用荷载的准永久组合。     

铁路路堑边坡设计极限状态法和容许应力法的对比

铁路路堑边坡设计方法正由容许应力法向极限状态法转换,本文依据Q/CR 9127—2018《铁路路基设计规范(极限状态法)》对银西(银川—西安)高速铁路路堑边坡用极限状态法进行试设计分析,并将结果与传统的容许应力法设计结果进行比较,验证极限状态法设计理论的正确性及分项系数取值的合理性,并提出铁路路堑边坡分项系数的优化意见,为规范的修编提供参考。极限状态法设计需要大量样本数据,本文研究结论尚需进一步验证和修正。     

基于极限状态法的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构设计研究

基于可靠度理论的极限状态设计法已经成为国际工程结构设计的主流方法。目前CRTSⅢ型板式无砟轨道主体结构设计采用传统的容许应力法,基于极限状态法的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道结构设计还需更多深入研究,以便我国铁路技术更好地与国际接轨。本文以商合杭铁路某工点为例,研究分析了基于极限状态法的CRTS Ⅲ型板式无砟轨道底座板配筋设计过程,结果表明:底座板配筋设计时,起控制作用的为裂缝宽度要求而非承载力要求,与长期采用容许应力法得出的设计经验一致。由目前规范给出的极限状态法表达式设计的配筋稍低于容许应力法配筋,但总体差别不大。     

钢筋钢纤维高强混凝土梁的抗弯性能试验研究

通过6根钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯性能试验,研究普通钢筋高强混凝土梁掺入钢纤维后的破坏特征和受力性能,分析纵筋配筋率和钢纤维体积率对钢筋钢纤维高强混凝土梁抗弯极限承载力、抗裂弯矩、最大裂缝宽度及截面刚度的影响。试验结果表明:与普通钢筋高强混凝土梁相比,钢纤维的掺入可以有效约束裂缝发展,显著提高梁的抗弯承载力、整体刚度和极限变形能力。结合本文试验结果以及现行规范计算方法,提出抗弯承载力计算公式和最大裂缝宽度计算公式,计算结果与试验结果吻合较好,可为实际工程应用提供参考。     

双向偏心受压下圆端形重力式桥墩台极限承载力的计算

在承载力极限状态计算中,需要解决双向偏心受压下铁路桥涵重力式桥墩台的承载力计算问题。在该极 限状态下,不考虑截面受拉区材料参与工作,按受压区为矩形应力图形的假定进行承载力计算。这种计算假定 对双向斜偏心受压情况下的圆端形截面的承载力计算是相当复杂的。为了简化计算,引入了一个类似于在容许 应力法计算中应力重分布系数的承载力折减系数,文中给出了利用图解法求解该承载力折减系数的原则和步 骤。通过多元回归分析,给出了一组简单、实用且能满足工程精度要求的圆端形重力式桥墩台极限承载力折减 系数实用计算公式,该组公式适用于目前铁路桥涵重力式墩台常用的设计范围。     

体外预应力高强混凝土三跨变截面连续梁试验研究

简要介绍了四片体外预应力高强混凝土变截面连续梁的设计与制作过程,由静力测试结果可知,在承载能力极限状态下,连续梁裂缝宽度随预应力比率即PPR取值的增大而增大,其数量随PPR取值减小而增多;普通钢筋可以有效地限制裂缝的发生和发展;体外预应力筋的应力增量与中跨中挠度变化近似成线性关系,可用三折线刚度折减的办法,按弹性理论计算试验梁的挠度及预应力筋的应力增量。     

无腹筋部分预应力UHPC薄腹梁抗剪性能试验研究

为研究高强钢筋无腹筋部分预应力UHPC薄腹梁的抗剪性能,对7根不同剪跨比和预应力度的试验梁进行抗剪试验,验证其平截面假定,并对其承载力、延性、斜裂缝倾角及宽度、预应力筋应力增量和挠度等进行分析。研究结果表明:试验梁不完全满足平截面假定;梁的极限承载能力随剪跨比的增加而减小、随预应力度的增加而增大,延性的变化规律与之相反;斜裂缝倾角和宽度均随剪跨比和预应力度的增加而减小;同级荷载下预应力筋的应力增量随剪跨比的减小和预应力度的增加而减小。弹性阶段预应力度越大,梁的反拱值越大,挠度越小;弹塑性阶段剪跨比越大,梁的变形越大,刚度退化越快。提出高强钢筋部分预应力UHPC梁抗剪承载力计算的建议公式。     

钢筋混凝土单筋矩形梁正截面承载力分析

研究目的:通过引入经济配筋率,分析配筋率、梁截面尺寸与抗弯承载力之间的关系,推导出按正截面承载力要求进行梁高估算的直接公式,并提出综合考虑抗弯承载力及挠度验算的方法来进行单筋矩形梁正截面优化设计,从而町简便地确定合理的截面尺寸及纵向配筋量.并探讨纵向配筋率的变化对挠度及最大裂缝宽度的影响,以及配筋率与极限弯矩、荷载效应标准组合弯矩值之间的关系.研究结论:利用正截面承载力估算梁高的直接估算式,能在满足梁正截面承载力要求及经济配筋的同时,结合满足挠度控制要求的跨高比限值进行截面设计.又可对某些大截面尺寸受弯构件采用正截面承载力及挠度控制的方法进行优化设计.对常用的配筋率范围ρ∈[0.6%,1.5%],在梁截面尺寸、材料强度等级不变的情况下,当荷载增加时,按极限承载力设计的配筋率随之增加,此时尽管梁的刚度有所提高,但其跨中挠度值也增大.因此,在进行最大裂缝宽度计算时,虽由于荷载的增大会导致相关参数变化,但配筋率的增大能较好地控制裂缝宽度.     

粘贴碳纤维布加固桥梁的抗弯承载力计算方法与应用

为完善公路钢筋混凝土桥梁抗弯加固设计理论,针对我国《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》(JTGD62—2004)的要求,建立了碳纤维布加固桥梁的抗弯承载力计算公式和应满足的条件,可应用于桥梁的加固设计计算。     

有轨电车线路土质路基段单元式无砟轨道结构设计

参考铁路客运专线无砟轨道计算方法,对有轨电车线路土质路基段轨道承受的荷载作用进行了分类和组合。建立了无砟轨道的"梁-板"有限元模型,采用极限状态法对车辆荷载下的道床结构进行了设计,并基于容许应力进行了安全性复核。复核结果显示,道床正截面受弯承载能力、正常使用极限状态下的道床裂缝、道床强度等均满足规范要求。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗剪设计方法分析比较

对我国铁路桥涵设计规范TB10002.3—2005,美国铁路工程协会标准AREMA和欧洲桥梁设计规范EN 1992-2:2005中,铁路桥梁钢筋混凝土构件受剪承载力设计方法进行了比较。分析表明,我国规范和AREMA使用荷载法的设计方法与容许应力的规定基本相同。AREMA荷载系数法采用定角桁架模型,剪应力由混凝土和箍筋共同承担,欧洲规范采用变角桁架模型,受剪承载力由箍筋屈服时剪力和混凝土压杆压碎时剪力的较小值确定。按美国AREMA使用荷载设计法和荷载系数设计法计算的构件受剪承载力基本持平。     

混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长规律

使用CFRP(Carbon Fiber Reinforced Polymer)筋代替高强钢筋作为预应力筋,环氧涂层钢筋作为非预应力筋,可避免因预应力筋锈蚀而引起的结构物承载力下降和耐久性降低。把握无黏结CFRP筋应力增长规律是准确计算无黏结CFRP筋预应力混凝土梁(板)刚度、裂缝开展宽度及抗弯承载力的基础。针对无黏结预应力混凝土梁板在承载过程中无黏结CFRP筋不符合变形平截面假定的特点,应用等刚度法及弯矩-曲率非线性分析法,编制可用于分别考察正常使用极限状态和承载能力极限状态无黏结CFRP筋应力增长规律的计算程序。基于大量电算分析结果,得到受拉区非预应力筋配筋指标、预应力筋配筋指标、CFRP筋弹性模量、加载形式、跨高比、预应力筋合力点至受压区边缘的距离、受压区非预应力筋及受压翼缘等参数对正常使用阶段及正截面承载能力极限状态下连续梁板中无黏结CFRP筋应力增长的影响规律;建立部分预应力混凝土连续梁板中无黏结CFRP筋在正常使用阶段和正截面承载能力极限状态下应力增量的计算公式。     

采用极限状态法和容许应力法进行铁路路堤边坡稳定性分析的对比

针对铁路路基设计理论从容许应力法向极限状态法转轨的需求,依托银西(银川—西安)高速铁路,分别采用容许应力法和极限状态法,以Q/CR 9127—2015《铁路路基极限状态法设计暂行规范》中给定的计算表达式和分项系数为基础,对持久状况下多种路堤边坡高度和坡率进行路堤边坡稳定性计算,通过对比分析容许应力法和极限状态法的计算结果,验证出边坡稳定性极限状态法计算结果是可靠的。同时对极限状态法的分项系数进行研究和优化,提出了在满足安全要求的前提下,为使结构设计更加经济,Q/CR 9127—2015中边坡稳定性计算表达式中的分顶系数可提高0.348%。     

极限状态法和容许应力法对高架车站轨道梁设计的影响分析

按目前规范的要求,轨道交通高架车站结构需要采用极限状态法和容许应力法两种不同的方法进行计算。设计人员对这两种方法的本质及计算结果的差异往往缺乏足够的认识。为厘清两种方法对设计结果的影响,以钢筋混凝土轨道梁为研究对象,对两种计算方法的计算结果进行比较分析。另外,对规范给出的基本公式进行推导,以期得到适用性更广泛的结论。结果表明,容许应力法的计算结果更为保守。计算结果的差异与配筋率和材料强度有关,当配筋率较大时,计算结果差异随配筋率增大而增大;当钢筋强度不变时,计算结果差异随混凝土强度的增大而减小。研究成果有利于简化高架车站轨道梁等受弯构件的设计,同时也为将来铁路规范的修订提供参考。     

铁路路基地基处理极限状态法试设计分析

我国铁路工程地基处理技术目前还停留在容许应力法的设计阶段,这种方法在设计过程中计算简便,积累了多年的设计经验,已经形成了稳定可靠的设计体系。但容许应力法无法反应各种因素对路基安全的真实影响程度,存在一定的局限性,制约地基处理技术的发展与应用。随着现代化铁路的建设和科研水平的不断发展与进步,我国铁路行业编写了极限状态法设计暂行规范。通过运用两种不同设计方法,对实际工点进行复合地基承载力、复合地基工后沉降、整体稳定性计算,并对计算结果进行比较,提出两种设计方法的优缺点以及向极限状态法转变的可行性与必要性,为铁路路基极限状态法设计暂行规范中地基处理部分的修改完善提出相关建议。