基于线刚度识别的铁路桥梁下部结构服役性能动力评估方法

以下部结构实测整体或局部振动模态参数为目标值,采用模型修正技术和优化计算方法识别墩身刚度和基础约束刚度参数,进而计算桥墩横桥向和顺桥向水平线刚度。分析线刚度对桥墩各类病害的灵敏度,建立线刚度指数的概念,在此基础上提出下部结构服役性能评估准则和评估流程。对某高速铁路桥墩进行现场试验,并依据设计规范和本文所提出的评估准则对其工作状态进行评估。桥墩评估状态与现场勘查结果相符,从而证明本文所提评估方法的准确性和可靠性。     

朔黄重载铁路水中桥墩服役性能试验研究

以朔黄重载铁路一水中桥墩为对象,分析在重载列车作用下的横桥向振幅,利用冲击振动试验法测试了横桥向自振频率,并依据规范初步判断桥墩整体健康状态,进而采用模型修正方法对桥墩的病害位置和程度进行了定量评估。评估结果表明:水中3个桥墩的墩身质量良好,流水局部冲刷造成的基础约束弱化是桥墩横向刚度偏弱的主要原因。     

高寒地区高速铁路桥梁下部结构模态参数的变化规律研究

针对高速铁路多跨简支梁桥墩—梁间振动强耦合的特点,采用复合随机子空间模态分析方法和冲击振动试验法相结合的信号处理方法,对高寒地区高速铁路简支梁桥的下部结构在1个完整冻融循环周期内4次动力测试结果进行分析,并对桥梁下部结构的模态参数进行识别,分析冻融循环对桥梁下部结构模态参数的影响规律。结果表明:随着冻结深度的增加,桥墩各阶横向振动频率均会增大,且全桥横向交错振动频率的增大趋势最为显著,最大增幅达36.8%;墩身高度是影响桥梁下部结构模态频率的主要设计参数,墩高对全桥横向交错振动模态的影响大于全桥横向整体摆动模态,随着墩高的增加,全桥横向交错振动频率在3~9 Hz之间变化,全桥横向整体摆动频率在2~4Hz之间变化;冻融循环作用下地质条件对桥墩的模态频率几乎没有影响。     

一种基于频响函数相似性的铁路桥墩损伤识别方法

提出了一种基于模型修正理论和频响函数相似性的铁路桥墩损伤定量识别方法。该方法以自振频率和特定频率带宽内的频响函数相似性系数构造目标函数,以墩身损伤度和基础约束弹簧损伤度为识别指标,采用优化算法实现对铁路简支梁桥墩的损伤评估。结果表明:在包含第1阶和第2阶频率在内的频率段内,频响函数相似性系数对损伤比较敏感;利用损伤识别方法可对桥墩不同位置及程度的损伤进行精确识别,且计算效率较高,经过10次左右迭代即可达到收敛;模型桥墩损伤识别结果与假定损伤相符,进一步证明了所提方法的可靠性和实用性。     

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。     

桥墩横向变位和基础刚度变化对高速铁路行车安全性的影响

以高速铁路32 m多跨简支箱梁为研究对象,采用车桥耦合动力求解方法分析了桥墩横向变位和基础刚度变化对行车安全性的影响。结果表明,墩顶横向变位的安全限值为40 mm,桥墩单独发生变位对行车安全性的影响小于多墩横向变位。跨中横向振幅和墩顶横向振幅随车速的变化具有一定随机性,采用限制车速的方法可有效提高列车运行安全性。桥梁运营安全性指标相较于列车运行安全性指标更加敏感,高速铁路桥梁刚度储备较大,桥墩、梁体、支座等其他构件会减小局部损伤对行车安全性的影响,在日常检查中需重点关注基础局部较大病害。     

城际铁路双线圆端形实体桥墩设计研究

介绍某城际铁路双线圆端型桥墩设计,综合同类结构的应用情况,对该桥墩适用条件及有关注意事项进行总结。介绍了顶帽尺寸确定的要求,荷载取值、墩身受力计算的方法,提出了减小刚度限值的思路,对横向折角的计算办法进行了探讨。通过减小刚度限值、支座悬出墩颈等措施,实现了墩身尺寸的优化,并对顶帽受力计算提出了建议。     

预制拼装铁路重力式桥墩的抗震性能研究

为适应中国铁路建设向高烈度震区快速发展的需要,解决传统预制拼装桥墩墩柱及承台连接位置薄弱等问题,提出一种灌浆波纹管连接的模块化预制拼装桥墩体系,通过设置承台与墩身塑性区域共同浇筑及墩底局部无黏结段增强桥墩的抗震性能。制作1个局部无黏结整体现浇铁路重力式桥墩模型和1个局部无黏结预制拼装铁路重力式桥墩模型开展拟静力试验,并结合有限元分析,进行预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能研究。结果表明：局部无黏结预制拼装桥墩整体连接性能稳定,可通过墩底塑性区域破坏与墩身及节段间的摇摆实现共同消能,其破坏模式表现为墩底塑性区域的弯曲破坏,未发生破坏位置转移现象;局部无黏结预制拼装桥墩等效塑性区域高度比整体现浇桥墩降低,抗侧向水平承载力与耗能能力提升显著,位移延性能力良好,可适应更大加载位移,最终累积耗能增长64.3%;结构接缝位置连接稳定可靠,同等加载位移下等效刚度基本一致,抗震性能得到明显提高;预制节段划分对预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能的影响不大。     

铅芯隔震橡胶支座参数对连续梁桥地震响应的影响

采用有限元软件ANSYS建立4跨连续T梁桥有限元模型,基于非线性时程分析法研究了铅芯隔震橡胶支座参数对桥梁地震响应的影响规律。研究结果表明:桥墩的墩梁纵桥向相对位移最大值随屈服前刚度与屈服后刚度的增大呈逐渐减小的趋势;桥墩墩底纵桥向弯矩最大值随屈服前刚度的增大呈先减小后增大的趋势,而随屈服后刚度的增大呈先增大后减小的趋势;随着铅芯隔震橡胶支座等效阻尼比、铅芯屈服力的增大,桥墩墩底纵桥向弯矩最大值呈先逐渐减小后逐渐增大的趋势。     

新菏线跨京广铁路特大桥抑振加固实践

对新菏线跨京广铁路特大桥双柱式桥墩振动异常进行分析表明,桥墩墩身结构及软弱地基都可能会导致墩顶振幅过大.加固实践证明,单独加固基础或墩身都不能有效地抑制墩顶振动,对二者同时进行加固才能够达到预期的效果.     

罕遇地震作用下高速铁路简支梁桥抗震性能分析

简支梁桥在高速铁路中占到了极高的比例,其抗震性能值得深入研究。结合西部高速铁路中典型的简支梁桥结构形式,建立不同墩高的高速铁路多跨简支梁桥的全桥空间分析模型,在模型中采用纤维单元模拟桥墩,并对固定支座锚固螺栓在罕遇地震作用下可能被剪断的力学特性予以适当的模拟,采用非线性时程方法分析高烈度地震区内该类桥梁在罕遇地震作用下的弹塑性地震响应,讨论该桥的损伤模式。分析结果表明:相比纵桥向地震作用,墩高20 m以内的高速铁路大跨度简支梁桥在横桥向地震作用下的桥墩损伤程度更大;整体看来桥墩具有较好的抗震性能,而合理控制支座锚固螺栓被剪断后主梁所产生的较大位移将成为铁路简支梁桥抗震设计中的重点。     

高速铁路桥梁桩基础竖向动荷载测试

高速列车在桥梁墩台基础上产生的动荷载是计算桩基础累积沉降的重要参数。系统地测试了不同车速和车型在桥墩不同部位引起的动位移、加速度及墩身动应变,得到了不同跨度桥梁基础的动荷载参数。结果表明:桥墩动力响应(动位移和加速度)从梁端、墩顶到承台顶衰减显著。动位移与轴重、基础与地基土的整体刚度密切相关。桥梁支座具有降低加速度的作用。桥跨长度越长,动荷载越大,动荷载幅值约为动荷载峰值的20%~30%。动荷载可以用正弦函数模拟,频率与列车行驶速度和车厢长度有关。上述结论可为高速铁路桥墩基础的设计和计算作为参考。     

涂覆反射隔热涂料对高铁桥梁高墩日照温度效应的影响

以高速铁路78 m高空心圆端形桥墩为研究对象,利用ANSYS软件建立三维温度场和温度变形的分析模型,通过减小模型中桥墩表面短波辐射吸收率模拟桥墩表面涂覆反射隔热涂料的效果。计算结果表明:考虑反射隔热涂料的效果,日照辐射作用下的桥墩各处温度幅值明显降低,最大可达8.69℃。不考虑上部结构的约束,桥墩墩顶轴线处伸长最大可达到7.09 mm,而顺桥向、横桥向偏转最大可达到3.29、1.19 mm;涂刷涂料后桥墩顺、横桥向偏转位移值减小达60%以上,轴向伸长日变化值减小70%以上。考虑固定支座约束后,墩顶水平面内位移被约束在极小值,但桥墩轴向伸长不受影响,且涂刷涂层的控制效果与不考虑墩顶约束是一致的。说明在桥墩表面涂覆一层反射隔热涂料对于控制日照辐射下桥墩的温度效应的效果是显著的。     

铁路简支梁桥三维地震易损性分析

为了评估铁路简支梁桥在近场地震作用下的抗震性能,基于OpenSEES平台建立铁路典型5跨简支梁桥的易损性分析模型。从PEER数据库选取100条地震波作为三维地震动输入样本进行非线性动力时程分析,获得不同地震输入角度对应的桥梁地震响应数据。根据桥墩弯曲破坏和支座变形破坏的损伤状态方程确定相应的损伤指标。基于结构可靠度理论,建立桥梁三维易损性分析方法,从而获得了桥墩和支座构件的三维易损性云图。由云图可以得到:桥墩和支座均在顺桥向和横桥向输入方向上最容易发生损伤。研究结果表明:在近场地震作用下,铁路简支梁桥的易损性与地震动的输入角度密切相关;桥墩和支座的易损性随地震动输入角度的变化规律具有明显的区别。基于三维易损性云图,可以给铁路简支梁桥的抗震设计和震后损伤识别提供理论依据。     

临界参数法在重载铁路轻型桥墩加固中的应用

研究目的:重载运输快速发展引起桥墩振动加剧并影响列车安全运营,针对采用混凝土连接加固双柱式轻型桥墩中加固参数难以选择问题,本文提出一种基于双指标控制的临界参数法并完成实桥工程应用。研究结论:(1)墩身横向刚度和桥墩横向自振频率是临界参数法的两个双控指标,加固厚度和加固高度分别是固定参数和可变参数,在确定临界参数时需考虑加固效果、加固成本和后期维护便捷多种因素;(2)对于双柱式桥墩,加固厚度取大于墩身直径20 cm,60%的原始墩高为临界加固高度,加固后桥墩刚度和自振频率显著提高,增幅均在70%及以上;(3)采用临界参数法进行桥墩加固工程应用,加固后桥墩横向频率增幅接近100%,墩顶横向振幅降低50%以上,加固效果明显,而加固费用、施工难度和工期大大降低;(4)本研究成果可为进一步研究重载铁路轻型桥墩加固问题提供参考。     

铁路简支梁桥下部结构加固效果定量评估方法

研究目的:长期以来,铁路部门一般采用频率和振幅等动力指标定性评估桥梁下部结构的加固效果,不能建立与加固设计静力学指标的联系,导致设计和检测工作的脱节。为解决这个难题,本文研究将动力检测模态参数转化为静力设计线刚度指标的优化识别模型修正方法,建立基于线刚度的加固效果定量评估准则和评估流程。研究结论:(1)以实测频率和振型为输入,采用模型修正方法可识别下部结构的线刚度;(2)可以利用识别线刚度提高系数对桥墩的加固效果进行分级;(3)对墩身横、纵向等比例加固时,纵向加固效果更加明显;对桩基础进行加桩处理时,横、纵向加固效果显著;采用地基处理加固方案时,横、纵向的加固效果基本相同;对桩基础进行加桩处理时,加固效果显著;(4)通过对某普速重载铁路桥墩加固前后分别进行现场动力测试,对其加固效果进行了评估,结果表明本文所提方法具有较好的应用效果;(5)该研究成果可为铁路桥梁下部结构养护和维修加固工作提供参考。     

病害桥墩横向刚度加固方案探讨

针对铁路既有线提速后病害桥墩横向振幅超限问题,提出将两桥墩墩身增厚及整体联接的加固方案,经现场振动测试验证,加固方法良好,可有效提高病害桥墩横向刚度,改善其横向振动,从而确保了行车安全。     

基于增量动力分析方法的独塔斜拉桥地震易损性分析

斜拉桥是一种多次超静定柔性结构,其动力特性有别于常规桥梁。现行规范针对此类桥梁结构的抗震设计仅给出了基本设计原则。本文以一座混凝土独塔斜拉桥为研究对象,利用有限元软件OpenSees建立了该桥的有限元分析模型,并根据桥梁所处场地条件,从PEER强震数据库中选取16条地震波,基于增量动力分析方法建立了桥墩、主塔及支座的纵桥向地震易损性曲线。采用一阶可靠性方法对斜拉桥进行了整体地震易损性分析,对该桥的抗震性能进行了评估。分析结果表明:在地震作用下,辅助墩、主跨边墩和边跨边墩处支座相比其他构件更易受损,桥梁整体较易发生轻微损伤和中等损伤;斜拉桥整体易损性大于构件易损性;采用整体地震易损性分析结果来评估桥梁整体的抗震性能更加可靠。     

桥梁地震碰撞机理和抗震设计建议

地震时梁部碰撞直接导致梁体或桥台破损,严重时会出现落梁、支座破坏。利用Midas/civil软件,通过建立有限元模型,对简支梁、连续梁和连续刚构桥梁地震碰撞模拟分析,揭示了桥梁地震碰撞的机理以及简支梁、连续梁和连续刚构桥梁地震碰撞的特点:制约桥梁地震碰撞的最重要因素是墩身高度、墩底的基础刚度,其他因素则包括诸如梁体重量、梁体与桥墩之间的结合方式、以及制动墩的位置等。碰撞事件的发生主要取决于结构自身的振动特性,结构的振动特性总体控制了碰撞次数和碰撞强度。提出了碰撞缓冲液压装置等防止桥梁地震碰撞破坏的有关设计建议和方案。     

重载铁路Ц形浅基高桥墩振动分析及加固技术

研究目的:Ц形浅基高桥墩是我国既有重载铁路中的一种常见类型,具有"头重脚轻"和刚度偏低的典型特点,是铁路基础设施中的薄弱环节。本文以某重载铁路浅基高桥墩为研究对象,针对重载列车通行引起的桥梁结构振动异常现象,采用现场试验和理论分析等技术手段,研究大轴重运输条件下的桥墩振动特性和减振加固技术,并进行实际工程应用研究。研究结论:(1)单线重载列车通过导致双线Ц形桥墩基础受到较大的偏心冲击,进而引起本线和临线桥梁振动增大,尤其是临线桥梁振动明显增大;(2)随速度和轴重增加,两线桥梁振动均呈现增大趋势,地基薄弱、桥墩刚度不足和基础结构缺陷是振动异常根本原因,大轴重列车偏心冲击是直接外因;(3)可采用"增补桩基+增大基础+墩身连接"组合加固方法进行实桥加固,加固后墩顶振幅降低300%,桥墩横向自振频率增加3倍,效果明显;(4)本研究成果可为既有铁路病害整治以及扩能改造提供借鉴。