时速400km高速铁路预应力混凝土简支梁竖向基频下限探讨

以24～40 m典型跨度简支梁为研究对象,通过有限元计算分析,确定不同跨度桥梁及不同列车荷载的简支梁容许动力系数.基于移动荷载列-桥梁动力仿真模型,探究列车移动荷载列形式、列车时速、简支梁跨度、竖向基频对梁体动力响应的影响规律.结合梁体振动加速度、容许动力系数和规范要求,确定时速400 km高速铁路预应力混凝土简支梁桥...     

铁路重载运输条件下钢筋混凝土涵洞受力特征试验研究

为掌握铁路既有线钢筋混凝土涵洞实际的受力特征,评估其对重载运输的适应性,理论分析涵洞活载储备量以及货车参数、冲击作用、疲劳荷载对涵洞受力的影响;通过某重载线路的大轴重列车试验,测试大轴重试验列车和运营列车通过时钢筋混凝土涵洞的静、动力响应。结果表明:30t轴重货车对涵洞的作用效应超过运营列车;大轴重列车通过时,理论上小跨度涵洞的活载储备量明显不足,但实测状态良好涵洞的受力水平较低,仍具备一定的承载潜力;涵洞跨中挠度、钢筋应变与大轴重货车的轴重、邻轴距直接相关,而与列车运行速度、货车长度关系较小;实测涵顶填土厚度大于1.0m的涵洞仍受到活载的竖向冲击作用,但动力系数并未随着货车轴重的增加而明显增加,且实测列车活载在涵顶填土中的扩散范围大于按现行铁路规范计算的结果。需要对铁路涵洞动力系数、荷载分布等的计算理论开展进一步研究,以使其进一步地完善;在既有线上开行大轴重列车之前,应对涵洞进行综合评估,以确定其合理的改造范围。     

高速铁路大跨度混凝土简支箱梁动力特性分析

研究目的:我国高速铁路桥梁以跨度32 m预应力混凝土简支箱梁桥为主,对于下部基础费用占比大的桥梁区段,采用大跨度简支梁可以显著降低工程费用,高速铁路大跨度简支梁是一个重要的研究方向,其在列车作用下的动力特性是设计需要考虑的关键因素。本文利用移动荷载列计算方法,分析车桥共振条件,提出不同跨度混凝土简支梁的方案设计,分析列车作用下大跨度简支梁的动力特性,为确定高速铁路大跨度简支梁的合理跨度提供支撑。研究结论:(1)共振速度与简支梁自振频率和车长相关;车长d与跨度L的比值是简支梁桥车桥共振的关键影响因素;(2)大跨度简支梁设计中,静活载作用下的梁端转角限值决定了简支梁的最小梁高;(3)当跨度逐渐接近动车组车长的2倍时,简支梁的动力系数和跨中加速度也逐渐增加;有限元分析的车桥共振现象与公式分析的结论基本一致;(4)本研究成果可指导高速铁路大跨度简支梁的工程设计。     

重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力的分布规律,建立6-32 m+40 m+6-32 m(30 t轴重)重载铁路简支T梁与轨道相互作用有限元模型,与13-32 m简支梁桥相对比,研究温度、竖向活载、列车制动及地震作用下系统的受力和变形特征,探讨非等跨简支梁(40 m简支梁)对系统的影响规律。研究表明,各类荷载作用下,钢轨应力峰值多集中在各简支梁相接处及跨中位置;地震作用下,钢轨和墩底承受着极大的纵向力;非等跨简支梁桥对伸缩力和挠曲力影响较大,将使钢轨伸缩拉应力增大70%、钢轨挠曲应力增大50%、部分桥墩墩顶挠曲力增大50%;非等跨简支梁桥对制动力和地震力影响较小。     

设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。     

双机重载牵引下既有铁路桥梁竖向动力响应研究

为分析桥上有砟轨道结构在重载列车作用下的竖向动力响应,基于ANSYS建立有砟轨道—桥梁系统动力分析有限元模型,将列车荷载简化为集中力,分析研究中—活载及和谐号双机重载列车移动活载作用下桥梁和轨道结构的竖向位移和加速度动力响应。研究结果表明:轨道和桥梁结构跨中竖向位移和加速度响应在HXD1+HXD3+C80作用下最大,最大值为12.60 mm和3.27 mm/s~2,挠跨比为3.94×10~(-4),均小于规范中40 mm,350 mm/s~2和2.5×10~(-3)的要求;行车速度对轨道桥梁结构竖向位移响应影响很小,竖向加速度随着行车速度的增大而增大;增大桥梁刚度可以降低轨道桥梁结构系统的竖向位移和加速度响应,提高行车稳定性和乘客的舒适度;对既有铁路有砟轨道桥梁,应限定行车速度,采取相应的加固措施提高刚度以保证车—轨—桥系统的安全。     

城际铁路常用跨度桥梁梁体竖向刚度限值研究

结合城际铁路设计荷载标准的制定,对城际铁路常用跨度桥梁梁体竖向刚度限值进行研究;根据城际铁路实际情况,开展车桥动力分析,并结合国外有关成果,提出满足城际铁路乘坐舒适度的梁体竖向刚度限值;指出梁部结构在ZK、ZC竖向设计静活载作用下,梁体的竖向挠度建议限值。结论指出:(1)挠度限值的制定应按设计荷载、运营荷载、梁体基频等综合考虑配套研究;(2)在运营荷载作用下,梁体动力加速度是梁体挠度限值制定的依据。     

公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁节段模型试验及活载作用效应研究

为研究公铁平层斜拉桥超宽幅钢箱梁受力特性和活载作用效应，以宜宾临港长江大桥宽度为63.9 m的超宽幅钢箱梁节段为研究对象，设计制作相似比为1∶10的全截面缩尺模型开展静载模型试验，并进行有限元计算分析，分别研究恒载状态、公路车辆荷载作用、铁路列车荷载作用及不同活载组合作用下超宽幅箱梁受力特性，纵、横向正应力分布情况及梁体变形特征。结果表明，该桥超宽幅钢箱梁横向弯曲受力行为显著，梁体在活载作用下表现为挑担式支撑梁力学特性和变形特征，其中梁体中箱在铁路列车荷载作用下表现为正弯矩简支梁受力特性，梁体两侧边箱在公路车辆荷载及人群非机动车辆荷载作用下表现为负弯矩悬臂梁受力特性，梁体横截面设计合理，活载作用机理明确，中、边箱结构传力清晰。研究成果为超宽幅钢箱梁的设计和施工提供了重要的参考和设计依据，并为类似桥梁设计提供指导。     

芜湖长江大桥斜拉桥的车桥耦合振动分析

针对芜湖长江大桥主桥180m 312m 180m的斜拉桥，分别采用空间杆系有限元模型与空间杆系-板-实体混合单元有限元模型分析了桥梁的空间自振特性，两种模型的计算结果取得了较好的一致。并采用空间杆系有限元模型，对该斜拉桥在列车活载和公路活载下实际运营中的车桥动力响应进行了分析，计算结果表明，尽管该垂头丧气闰桥在设计菏载（中一活载）下的挠跨比达1/587，列车通过桥梁时的舒适性与安全性仍能满足要求，桥梁具有足够的竖向与横向刚度。     

城际铁路常用跨度简支箱梁频率限值研究

根据目前城际铁路桥梁设计相关资料,拟定城际铁路常用跨度简支箱梁的截面尺寸,建立有限元模型,进行结构的竖向基频计算,根据设计荷载效应大于等于实际运营车辆荷载效应的原则,得出各跨度简支梁实际运营车辆最大容许动力系数。应用车辆-桥梁耦合振动分析理论,进行动力仿真分析,得到各跨度简支梁在实际运营车辆下的实际动力系数。通过比较得出,按照国际铁路联盟规定的桥梁结构频率下限值设计,能够满足结构安全及舒适性要求。     

铁路桥梁列车竖向活载的极大值估计

本文对现有运营列车竖向活载进行了统计分析，在预估列车活载发展的基础上，考虑装载量，车辆自重和偏载的不定性，提出了设计基准期内我国列车竖向活载考值。     

系列跨度高铁简支箱梁动力特性分析

研究目的:高速铁路大量使用了标准跨度混凝土简支梁桥,随着标准跨度40 m简支梁的应用,标准跨度之间的系列跨度简支梁应用需求增加.本文利用移动荷载列计算方法,分析系列跨度混凝土简支梁动力特性,掌握系列跨度简支梁车桥共振条件,确定系列跨度简支梁最小梁高,并给出工程应用建议.研究结论:(1)系列跨度简支梁在列车作用下的共振速...     

30t轴重下朔黄铁路桥涵结构强化技术试验研究

通过调研朔黄铁路桥涵结构的运营现状,分析30t轴重货物列车运营条件下各种跨度桥梁运营活载效应与设计活载效应比值,提出朔黄铁路大轴重重载运输强化改造设计活载图式,开展朔黄铁路30t轴重货车实车综合试验,根据各类桥涵结构特点和试验结果,得出大轴重重载列车对桥涵结构的作用规律。从钢筋混凝土简支梁、普通高度预应力混凝土梁、低高度及超低高度预应力混凝土梁、桥梁支座、钢筋混凝土涵洞及框构桥和墩台基础等方面,分析了大轴重重载运输条件下桥涵结构面临的主要技术问题,研发了预应力碳纤维板强化、辅助梁强化、小跨度桥涵强化等技术,研制了新型重载支座。各强化技术与措施经朔黄铁路工程实施与强化效果验证,可提高桥涵结构承载能力,能满足30t轴重货车运营要求。     

几内亚西芒杜40t轴重重载铁路专用线列车设计活载选用探讨

铁路列车荷载图示是铁路桥涵设计的重要依据和核心参数。几内亚西芒杜重载铁路专用线运行轴重40 t矿石车,其活载效应超出了我国现行设计规范的规定。为确定适用于本项目的列车活载图示,结合几内亚西芒杜重载铁路专用线的特点,在调查国内外重载铁路列车活载图示以及40 t轴重重载铁路机车及货车现状的基础上,分析对比不同列车荷载图示及40 t轴重矿石车的荷载效应,以及采用不同的活载发展储备系数对本项目投资的影响,得出40 t轴重重载铁路桥梁不宜采用ZH活载(Z=1.5)或Load Model 71(α=1.46)进行设计,可采用1.1倍的实际运营车辆荷载进行设计的结论,建议在制定40 t轴重重载铁路列车活载图示时同步开展40 t轴重重载运输条件下冲击系数的研究。     

不同荷载图式作用下桥上无缝线路纵向力研究

2016年客货共线设计活载采用ZKH荷载图式代替了中-活载图式,其与ZK荷载图式存在明显差异,但两者作用下的无缝线路纵向力差异鲜有研究。建立有砟轨道单线简支梁线桥模型,对比分析了ZK,ZKH荷载图式作用下的无缝线路纵向力,研究了荷载图式变化对无缝线路纵向力的影响,并对建议的墩顶线刚度限值进行探讨。研究结果表明:ZK荷载图式作用下的无缝线路纵向力明显小于ZKH荷载图式,不同荷载图式引起的无缝线路纵向力差别受桥梁跨度影响不大,荷载图式作用下的无缝线路纵向力与图式竖向荷载基本呈线性关系。设计活载较大的线路对应的墩顶纵向线刚度限值也越大。     

大轴重运输条件下小跨度板梁静动力适应性研究

大轴重运输条件下,重载铁路小跨度梁病害损伤频繁出现,致使其承载能力和使用性能逐渐降低,安全与稳定问题日益凸显。为研究常见类型小跨度板梁在大轴重运输条件下的静动力特性,以某重载铁路12.0 m跨度低高度整体式预应力板梁(简称整体梁)和并置式普通钢筋混凝土板梁(简称并置梁)为对象,基于现场试验和数值模拟方法,开展静力性能试验、动力性能试验、承载能力分析和提速、提轴条件下动力适应性分析,探索小跨度低高度板梁在大轴重运输条件下的差异性和适用性。研究结果表明：设计静活载作用下,小跨度并置梁和整体梁均处于弹性工作状态,2种类型板梁荷载-挠度、荷载-应变等关系曲线均呈线性变化,且应变和挠度实测数据均小于理论计算值;相同静力荷载作用下,实测整体梁跨中挠度、应变等关键参数均小于并置梁,整体梁具有更大的刚度和承载能力。正常运营列车和提速、提高轴重列车作用下,整体梁横向和竖向频率分别为27.26 Hz和11.21 Hz,其自振频率较并置梁有大幅提高;同时,相同动力荷载作用下,整体梁跨中横向振幅、横向加速度、竖向振幅、竖向加速度和动力系数较并置梁均有明显降低,整体梁具有更大的横向刚度和整体稳定性,满足35.0...     

重载铁路跨度12m钢筋混凝土简支T梁静动力适应性分析与试验研究

我国快速发展的经济对铁路运输能力的要求不断提高,既有铁路重载扩能运输改造进程不断推进,随之提高的列车轴重必然会降低既有铁路桥梁的活载储备量,从而导致T梁的整体刚度和耐久性下降。通过对不同跨径桥梁活载储备量的计算分析,进而选取跨度12 m混凝土T梁作为研究对象进行静力适应性分析,对梁体跨中截面主筋应力、梁体跨中截面上翼缘混凝土压应力及梁体跨中底板裂缝宽度进行检算;并且建立动力有限元模型,分析不同列车荷载作用对跨中横向加速度及横向振幅的影响规律,并与试验实测结果进行对比分析。研究结果表明:在270 k N和300 k N轴重重载列车作用下,梁体受拉钢筋最底部主筋应力均超过容许值;结构动力响应随着车辆轴重增大而增大; 12 m跨低高度简支钢筋混凝土梁横向动力适应性优于普通高度简支梁,两者均满足开行大轴重重载货车要求。     

高速铁路大跨度连续梁桥竖向共振现象研究

调研我国高速铁路典型桥梁的实测自振频率和运营列车的实测竖向加速度,发现在列车荷载的周期性作用下（40+56+40） m和（40+64+40） m连续梁可能发生共振,阐述了列车与桥梁结构之间的共振作用机理。以（40+64+40） m连续梁桥为例,基于实桥参数和通用图的设计参数分别建立车桥耦合动力模型进行仿真分析。结果表明：实桥自振频率通常高于设计值,导致列车实际共振速度与设计频率对应的共振速度存在差异,当实际桥梁的自振频率处于共振频率范围内时,需要根据实际桥梁的混凝土弹性模量、二期恒载等参数进行动力响应分析;运营车速范围内引起了连续梁桥的共振响应,但桥面振动加速度满足规范要求,轨道结构保持稳定,车辆并未受到周期性激励,未发生车辆共振,仿真分析结果与实测规律一致。     

时速400km及以上高速铁路24～64 m简支梁竖向频率限值

针对24,32,40,48和64m简支梁,以及CR400AF型中国标准动车组,建立移动荷载列-桥梁系统模型,开展动力仿真计算,分析不同时速的动车组驶过不同频率、不同跨度简支梁时的梁体动力响应,并综合容许动力系数要求与规范规定,进行时速400km及以上高速铁路更大跨度区间简支梁的竖向频率限值研究.结果表明:梁体动力系数从...     

高速铁路预制后张法预应力混凝土大跨度简支梁技术研究北大核心

我国高速铁路运营里程已经占全球1/2以上,预制架设的简支梁桥占我国高速铁路桥的绝大部分,研究预制架设大跨度简支梁对推动我国高速铁路桥梁技术进步十分必要。本文的研究及设计统计结果表明,对于高速铁路简支梁设计,跨度≤32 m由基频限值控制,随着跨度增大,梁端转角限值的影响越来越大。分析不同基频的简支梁在运营列车作用下的动力系数发现,大跨简支梁车桥动力效应不明显。40 m简支梁试设计证明梁体质量可以控制在1 000 t以内,因此目前的运架设备通过改造可以满足其运输架设要求。此外,在一定条件下使用40 m简支梁将带来巨大的经济效益。