常用跨度无砟轨道铁路桥梁动力性能试验研究

通过遂渝线常用跨度无砟轨道铁路桥梁的动力性能试验,测试CRH2型动车组和120 km.h-1速度等级试验货物列车通过时的24和32 m预应力混凝土箱梁的自振特性和动力响应。试验结果表明,24和32 m箱梁可以满足这2种列车通过桥梁时的安全性要求;梁体的竖、横向自振频率符合相关规范要求。在这2种列车作用下,梁体跨中挠跨比、挠度动力系数、跨中横向振幅、跨中竖横向加速度、墩顶横向振幅、梁端转角、支座横向动位移、梁缝两侧钢轨支点的竖横向相对位移均符合相关规范要求,但是部分测点的梁体应变动力系数超出设计规范要求。梁体竖横向阻尼比和跨中竖向振幅也均正常。实测24,32 m箱梁跨中挠跨比分别为1/11436和1/12 386,但设计规范值和设计采用值只有1/1 200和1/4 000,且梁端转角只有规范要求的1/10左右,由此可见梁体竖向刚度设计过于保守。     

运营高铁箱梁顶升平移纠偏关键控制参数及结构稳定性分析

受周边环境变化及人类工程活动等多种因素影响，部分高铁桥梁地段出现了较大的横向偏移。为获得运营高铁箱梁顶升平移纠偏施工中的关键控制参数，通过建立轨-梁-墩实体数值模型，分析不同工况下轨道结构的应力变化规律，提出单次最大顶升及平移量；同时选取施工期间最不利工况，检算不同偏移量下轨道结构的稳定性。研究表明：随着顶升高度和平移量增加，轨道结构应力逐渐增大，为尽量减小纠偏施工对轨道结构的影响，建议最大顶升高度和单次最大平移量为10 mm,单个“天窗点”累计平移量控制在20 mm以内；箱梁和桥墩应力以及支座反力随支座支撑状态和偏移量的增大逐渐增加，以箱梁拉应力和支座反力作为控制条件，在不降速运行情况下，为保证轨道结构的稳定性，可实施的最大纠偏量为80 mm。本研究成果可为运营高铁箱梁顶升平移纠偏施工提供关键控制参数及理论依据。     

高速铁路桥梁运营条件下支座更换技术研究

通过分析现代铁路桥梁支座更换技术的现状,依托沪宁城际(高铁)虹桥联络线特大桥支座病害治理工程,提出了一种在正常运营条件下的高速铁路桥梁支座更换技术。通过支座病害的现场调研,方案比选、理论分析及有限元计算,得到了梁体在支座更换过程中的受力状态,制定了正常运营条件下的高速铁路桥梁支座更换的施工方案。结果表明:采用新型支座更换技术,在正常运营条件下,线路中心线位置最大竖向位移约0.7 mm,梁体支座局部第一主应力(压应力)6.0 MPa,第三主应力(压应力)23.3 MPa,均小于规范值33.5 MPa,完全满足正常运营条件下的支座更换要求。     

900t大型预制箱梁早期张拉抗裂性能研究

运用数值方法和现场测试,研究900 t大型预制预应力混凝土双线简支箱梁在预、初张拉过程中的应力、变形状态及抗裂性能。采用通用有限元分析软件MIDAS/Civil,按弹性支撑计算模型,对预、初张拉阶段箱梁的应力和变形状态进行模拟计算,分析基础刚度、箱梁翼板有效宽度及混凝土弹性模量关键参数对计算结果的影响。在箱梁跨中截面内埋设钢弦式应变计,在梁顶面布置观测标,监测预、初张拉阶段的混凝土应变和梁体变形。研究结果表明,900 t大型预应力混凝土双线简支箱梁跨中截面在预、初张拉阶段未出现拉应力,初张拉后箱梁明显上拱。采用只受压弹性连接模拟箱梁与台座之间的接触关系进行箱梁受力状态分析,能够模拟出梁体在预应力束逐批张拉下梁体逐渐起拱以及梁体自重逐渐参与作用的实际情况,梁体上拱变形的计算结果与实测结果符合较好。     

独柱双支撑连续箱梁桥横向抗倾覆稳定性分析

以三跨独柱单、双支撑连续箱梁为基本结构,针对不同曲线半径、不同边墩支座间距的桥梁建立有限元模型,研究2种结构边墩支座最小反力变化规律,进而分析独柱双支撑连续箱梁桥横向抗倾覆性能及相对于独柱单支撑的改善情况。数值仿真结果表明:边墩支座间距越大,独柱双支撑式桥梁横向抗倾覆能力越强;相对于独柱单支撑式桥梁,独柱双支撑能够很大程度增强梁体的横向抗倾覆稳定性,桥梁曲线半径较小且边墩支座间距较小时效果明显;合理使用独柱双支撑结构形式,适当增大边墩支座间距,可较大程度地提高桥梁横向抗倾覆性能。     

高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究

以设计速度350km.h-1、跨度32m的预应力混凝土箱梁为例,在分析梁体基频、刚度和变形的设计值与实测值差异成因的基础上,进行高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究。结果表明,对于铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的32m预应力混凝土双线整孔箱梁,实测梁体的自振频率约为设计值的1.4倍,其竖向刚度为设计值的1.7倍,混凝土弹性模量提高、二期恒载降低及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体基频提高约4.9%～19.9%,4.8%～10.5%和3.6～5.7%;混凝土弹性模量提高、支座摩阻及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体刚度提高10.1%～43.7%,5.9%～17.7%和7.4%～11.8%。鉴于梁体频率实测值比设计值高出较多,建议设计时梁体频率可取规范限值的0.9;梁体刚度虽可以进一步降低,但应严格控制预应力混凝土梁体的残余徐变变形,确保长期变形不大于现有箱梁的设计值。鉴于跨度32m以上简支梁桥的车桥动力响应显著降低,建议对更大跨度简支梁开展研究。     

高速铁路专用新型桥梁检测维修车的研制

针对高速铁路桥梁维护设备不能满足新型箱梁结构使用要求的现状,开发了一种新型高速铁路专用桥梁检测维修车,该车在不影响列车正常通行的情况下,实现对梁体的检测,为更多高铁桥梁检测维护设备开发提供借鉴和参考。     

火灾后铁路预应力混凝土箱梁运营性能评定

铁路混凝土桥梁火灾属于偶发特殊事件,但火灾极易对桥梁结构造成损伤,甚至影响线路正常运营。以一孔铁路桥预应力混凝土简支箱梁受火灾损伤为例,系统地介绍了火灾后混凝土结构物的评估方法,并根据梁体损伤检测评估结果和运营性能评定结果对结构进行了鉴定评级。该箱梁火灾后预应力钢铰线和混凝土性能没有受到明显影响,损伤鉴定为Ⅱb级;跨中动挠度、自振频率符合规范要求,进行局部修补和表面涂装防护即可。混凝土结构火灾后的评估方法对于铁路桥梁具有普遍意义,应根据铁路桥梁在结构、构造、运营等方面的特殊要求,借鉴国内外土建行业成熟做法,完善技术体系,为铁路桥梁养护维修提供更全面的技术支撑。     

重载铁路桥梁支座顶升更换施工技术

在深厚软土地区,桥下堆载与重车通行易引起桥墩沉降及倾斜,致使桥梁支座纵向位移超限。以大丽铁路某特大桥为工程依托,开展铁路桥梁支座顶升更换施工技术的应用研究。考虑运营铁路天窗期施工作业时间短、作业面狭窄、涉及专业施工内容多和安全风险高等特点,提出了用两台千斤顶同步顶升更换既有铁路桥梁支座的方案,并计算分析了千斤顶的选取、桥墩局部承压和梁缝缩小值等技术参数。结果表明:(1)采用两台DYG200型号的千斤顶,单台起重量2 000 k N,满足顶升重量要求;(2)既有桥墩顶帽C25钢筋混凝土局部承受压应力为12. 526 MPa,局部压力为885 k N,满足规范要求;(3)调整支座的梁体顶升高度为20 mm,更换支座的梁体顶升高度为88～92 mm,顶升高度满足现场施工需要;(4)顶升更换既有铁路桥梁支座施工技术对铁路桥梁支座纵向位移超限病害控制效果明显。     

高速铁路常用跨度简支箱梁支座设置方式研究

以时速250 km客运专线(城际铁路)有砟轨道预制后张法预应力混凝土简支整孔箱梁及其配套的圆端形实体桥墩为基础,通过横向压缩0.4 m箱体及桥墩和拉伸0.6 m箱体及桥墩的方式形成支座横向间距为4.0 m和5.0 m的组合结构。以3种不同支座横向间距的梁体、支座、桥墩组合体为研究对象,分析梁体、支座、桥墩受力情况。研究表明,支座横向间距不大于5 m的简支箱梁可以设置双固定支座。设置双固定支座时,梁体、桥墩设计须考虑附加横向应力影响,支座选取须考虑附加水平力影响。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

重载车桥耦合作用下48 m钢桁梁桥动力性能

研究目的:随着社会经济发展和人们需求的提高,铁路货运能力亟待进一步提高,在既有铁路网基础上加大铁路列车轴重是有效提高铁路运能的主要途径之一。列车轴重增大后车桥振动效应将增加,既有铁路网中的钢桥能否适应铁路轴重的提高成为列车轴重能否增加的关键问题。本文为分析重载列车作用下钢桥动力性能,选取既有线中常用跨度48 m钢桁梁桥为研究对象,通过轮对与轨道接触处的力与位移相互关系建立空间重载铁路车-桥系统耦合振动分析模型,在与实测结果对比基础上,对影响重载铁路钢桁梁桥动力性能的轨道不平顺、列车轴重和列车速度等因素进行系统分析。研究结论:(1)轨道不平顺功率谱、列车轴重和列车速度均对重载列车作用下的钢桁梁桥的动力性能有着重要影响;(2)美国六级轨道不平顺与桥上实际线路不平顺更加接近;(3)重载铁路运输中27 t轴重列车通过48 m钢桁梁桥时建议对列车运行速度进行限制。     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥动力试验及车桥耦合振动分析

对跨径140 m的铁路钢管混凝土劲性骨架提篮拱桥进行全桥动力试验。采用脉动法测试其自振特性;动载试验中试验列车分别以不同速度匀速通过桥面及以一定速度在指定位置处制动,测试各工况下桥跨结构的应变、位移、加速度的时程响应,并将实桥测试结果与该桥的车桥耦合振动计算结果作比较分析。结果表明:该桥具有良好的竖向和横向刚度及结构强度,整体动力性能良好,而通过列车对桥跨结构有一定的冲击作用;实测动力响应及其动力系数结果与理论计算结果相符较好,两者随着列车运行速度的增大而呈现相同的规律性;列车运行具有较好的安全性与舒适度;该类型桥梁适用于大跨度铁路桥梁。     

四线铁路刚架系杆拱桥静动力性能试验研究

以广州枢纽四线铁路主跨160m刚架系杆拱桥为研究对象,对大跨度刚架系杆拱桥进行静动力性能试验,了解结构在荷载作用下的实际工作状态。静载试验选取该桥关键断面进行截面应力、挠度测试,通过有限元软件进行模拟仿真和试验验证,试验结果与理论分析相符;动载试验在列车以不同速度过桥时,对关键截面的横、竖向动力响应进行量测,并与相关规范进行对比,动力响应指标符合相关规范要求。结果表明:桥梁在列车荷载作用下,结构静动力特性良好,具有足够的强度和刚度。     

考虑非一致地震输入的车-桥系统动力响应分析

针对地震对列车在高速铁路桥梁上走行安全性的影响,将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来,建立可考虑行波效应影响的长大跨度桥梁—列车耦合系统的地震反应分析模型。利用车—桥系统地震反应分析程序,对高速列车在不同特征地震荷载作用下通过某高速铁路连续梁桥进行仿真分析,研究列车速度和地震波行波效应对车—桥系统动力响应的影响。研究结果表明:地震波行波效应对车—桥系统的振动响应有重要影响,并不总是地震波行波速度越大,车辆的动力响应的计算结果越接近一致激励时的相应值;在进行大跨度连续梁桥车—桥系统的地震反应分析时,应按桥址处的实际场地土特性考虑地震波行波效应的影响;地震荷载作用时车体的横向振动加速度以及各项安全评价指标均随列车速度的提高而增大,在评价地震作用下高速铁路连续梁桥上列车的走行安全性时,必须考虑列车运行速度的影响,给出了确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值。     

大跨度铁路桥梁刚度统一描述方法探讨

研究目的:本文在已建成的桥梁基础上,进一步开展了大跨度铁路桥梁刚度描述方法和预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度的限值研究,以提出一种大跨度铁路桥梁刚度问题的统一描述方法。研究结论:采用设计荷载下的梁端横向、竖向、扭转角及非梁端处横向、竖向、扭转角的变化率(即曲率)描述桥梁刚度,推导了大跨度铁路预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度设计参考限值。该方法不但能方便地描述简支梁的刚度问题,与现有规范相衔接,而且在描述规范所不能涵盖的大跨度桥梁、特殊桥梁结构刚度问题时也非常方便。研究方法和研究成果有利于提高桥梁刚度研究和设计水平,为发展更大跨度桥梁提供技术支撑。     

针对列车提速的32 m梁加固方案比选

研究目的：为避免发生桥梁结构的局部疲劳损伤以及车桥共振现象,保证桥梁结构具有足够的整体刚度和安全运营性能,同时满足列车舒适度的要求,有必要对现有桥梁进行加固。 研究方法：针对影响结构自振频度的因素并结合桥梁的实际情况,提出了几种不同的桥梁加固方案.在采用有限元方法进行模态分析之后,考虑了施工的可行性,对各方案进行了比选,提出了较为合理的加固方案。 研究结果：桥梁在车辆动荷载作用下将发生振动,目前既有线上的铁路桥梁是基于修建时设计时速进行动力设计和评估的.当列车速度提高以后,车辆激振的频率发生变化,桥梁结构的响应也相应改变.通过测试发现提速后现有桥梁的主要问题在于一阶横向自振频率偏低,桥梁横向振幅偏大。 研究结论：从影响桥梁结构固有频率的因素出发,通过有限元计算可以知道扩大横隔板和增加支架对于提高横向频率来说都是有效的加固手段.从整体效果而言,方案二的加固效果最好,而将混凝土支架替换为角钢与混凝土结合的支架同样能满足要求,同时在既有桥梁上完成这样的加固也是可行的,因此,建议使用第五种方案进行加固。     

南京大胜关长江大桥主梁加速度响应的长期监测与分析

针对现有规范对铁路桥梁的振动加速度限值不适用于大跨度高速铁路桥梁的情况,本文通过分析南京大胜关长江大桥桥梁结构健康监测系统长期监测得到的桥梁结构响应数据,研究列车过桥工况下主梁振动加速度峰值的变化规律,并与车速、轴重进行相关性分析。研究结果表明:在单一列车过桥工况下,主梁加速度峰值集中在固定的变化区间,且服从正态分布;桥梁振动加速度峰值与车速不存在线性相关性,与列车轴重存在线性相关性;动应变响应有叠加交汇工况下,加速度峰值约为单一列车过桥工况的1.4倍;现有运营条件下,大胜关桥梁振动加速度响应正常,能保证列车的行车安全。     

超大跨度铁路桥梁列车加载长度研究

加载长度对千米级超大跨度桥梁截面尺寸及造价投资起重要作用,需对主跨或主桥联长大于1 km以上的桥梁列车加载长度分析。通过研究,拟找到中-活载及ZK荷载等不同荷载形式下超大跨度桥梁荷载合理加载模式。研究结论:城际铁路及客运专线可按照450 m加载长度加载,普通客货共线铁路及货运专线加载长度根据本线的货车编组情况,可按所设计到发线有效长度作为超大跨度桥梁加载长度;对于主桥联长小于3 km的桥梁,全桥范围内可仅采用1个加载长度加载。