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。     

重载条件下单双线钢桁梁桥静动力性能对比试验研究

为研究64 m跨度单双线钢桁梁桥在重载运输条件下的差异性和适用性,采用静力分析计算、静载试验和运营性能试验相结合的方法,开展钢桁梁桥静动力性能对比研究。结果表明:重载运输条件下,单双线钢桁梁桥活载作用下的安全储备量均有所降低,单线钢桁梁桥应力及挠度校验系数大于双线桥,单双线桥的竖向刚度都较小,安全储备不足;单双线钢桁梁桥均产生较大的振动和变形,单线桥跨中横向振幅、加速度以及动挠度均大于双线桥;单双线钢桁梁桥的静力、动力性能指标基本上都满足相关规范要求和目前重载条件下的运营要求,但竖向和横向刚度偏弱,安全储备低,振动加剧,需进行加固改造以适应30 t及以上轴重重载运输要求。     

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。     

大轴重条件下既有铁路桥梁适应性分析及对策研究

为评价既有铁路常见跨度桥梁在大轴重运输条件下,安全储备和适应性,基于我国铁路设计标准和重载运输发展历程的系统总结和分析,采用数值模拟、工程应用实践和试验检测等手段,深入分析不同设计标准、不同跨度条件下,铁路桥梁在21～30 t轴重列车作用下的荷载效应和活载储备量,并结合工程实际开展桥梁结构重载化强化改造技术研究。研究结果表明：随着轴重增加,桥梁结构的荷载效应逐渐增加且活载储备量下降;25 t及以上荷载作用下,按照中-Z和中-活载荷载标准设计的小跨度梁活载储备量最低达到-23.97%,中等及以上跨度桥梁活载储备量最低达到-13.90%,结构安全储备存在一定程度不足;刚度偏低、强度偏小、稳定性偏弱和耐久性较差是既有铁路桥梁结构面临的主要技术问题;通过采用更换、加固、应用新型结构体系等强化改造措施,可整体提高结构承载能力和使用性能,满足大轴重运输要求。     

朔黄铁路西留肖中桥病害整治方案研究及施工技术探讨

现场调研及试验研究表明,朔黄铁路西留肖中桥梁体存在大量裂缝,梁跨中竖向挠度超过《铁路桥梁检定规范》规定的挠跨比通常值,梁体竖向刚度不足,难以满足大轴重重载运输要求。对比分析了换梁与改建方案,推荐采用顶进框构桥的方案对该桥进行改建。论述了桥梁改建的总体施工方案及施工控制措施,改建后的桥梁满足大轴重重载运输要求。     

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。     

30t轴重重载货车作用下常用跨度预应力混凝土简支梁动力响应的试验分析

对朔黄铁路线上7座常用跨度预应力混凝土简支梁桥,在30 t轴重重载货车作用下梁体的动力响应进行了实测,取得了大量数据。通过分析得到以下结论:实测梁体动力响应均在通常值范围内,满足安全限值要求;实测梁体挠度、应变与大轴重列车加载效应直接相关,实测值与轴重等级呈线性增长趋势,而梁体竖、横向振幅及加速度与列车轴重关系不明显;实测结果验证部分和理论分析成果为大轴重重载技术研究提供了数据支持,试验数据的处理方法可为类似试验提供参考。     

大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应研究

研究目的:为研究大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应,本文以30 t大轴重列车和重载铁路线上常用跨度32 m预应力混凝土简支T梁为研究对象,结合现场实测数据,基于多体动力学理论和有限元法建立大轴重列车-轨道-桥梁三维耦合精细化有限元模型,并验证有限元模型的准确性。通过计算大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应,分析大轴重列车编组长度、列车轴重、列车运行速度以及桥墩高度等因素对桥梁结构动力响应的影响规律。研究结论:(1)当列车编组数达到6节以后,列车编组数增加仅影响桥梁结构的动力响应持续时间,不会对桥梁结构的动力响应峰值产生影响,在计算长大编组列车通过中小跨度桥梁时可简化为6节编组进行计算;(2)桥梁结构的动力响应与重载列车的轴重有较明显的相关性,桥梁跨中竖向位移和跨中横向位移均随着列车轴重的提高而增加,增幅呈近似线性增加的趋势;桥梁跨中竖向加速度和跨中横向加速度均随着列车轴重的提高而逐渐增加,且增幅越来越大;(3)桥梁结构的动力响应均随着列车运行速度的提高而增加,跨中加速度响应随列车运行速度的提高增幅比跨中位移响应增幅大;(4)桥梁墩高的变化对桥梁结构的竖向动力响应影响较小,而对横向动力响应影响较大;(5)本研究成果可为重载铁路桥梁的设计和既有线铁路桥梁强化改造提供参考。     

梁端斜裂缝对重载铁路32m跨度简支T梁受力性能影响研究

以重载铁路32 m跨度简支T梁为研究对象,采用数值仿真分析和现场试验相结合的方法,开展梁端斜裂缝对桥梁受力性能影响研究。结果表明:重载运输快速发展引起桥梁结构主梁结构横向、竖向和纵向受力大幅增加,振动和疲劳加剧,简支T梁端部位置出现大量45°斜向裂缝并迅速发展,斜裂缝引起桥跨结构竖向和横向自振频率降低,桥梁整体承载能力下降,危及行车安全,通过采用粘贴钢板等措施能够达到病害处治的目的。     

快速复合方法加固铁路桥梁的力学性能研究

研究目的:针对既有线32 m简支T型梁桥在列车提速时横向刚度不足、振幅过大以及重载列车过桥时承载力不足的问题,提出通过预制混凝土横隔板及体外预应力钢绞线对桥梁进行横向和纵向复合快速加固方法,通过ANSYS和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)进行桥梁加固前后静力性能以及车桥耦合动力性能分析。研究结论:(1)提速列车过桥时主要问题是横向振幅过大,而横向加固能够有效提高梁体的横向刚度,使桥梁的横向一阶、扭转一阶自振频率显著提升,减小列车过桥时的动力响应;(2)重载列车过桥时主要问题是承载力不足,竖向挠度过大,竖向加固在提高承载力和竖向一阶自振频率的同时,会导致梁体的横向自振频率变小,需在纵向加固同时进行横向加固;(3)证明了车桥系统共振理论推导公式计算结果的正确性以及桥梁加固后发生共振时桥梁的安全性;(4)加固后桥梁能够满足提速列车以及重载列车运营要求;(5)此加固方法适用于工期紧张且不能中断运营的铁路既有简支桥梁的加固。     

先简支后结构连续梁桥现场静载试验与评估

为评价一座先简支后结构连续梁桥的承载能力和工作性能,选取其14~#跨和15~#跨进行静载试验,基于荷载试验方法,测试了各工况下控制截面的应变和位移,并与理论计算值进行了比较。研究结果表明:T梁各控制截面上测点的应变校验系数和挠度校验系数均1,结构整体刚度较大;各荷载工况的挠度和应变实测值与理论值变化规律基本一致,除偏载工况中5~#T梁挠度和应变实测值受桥梁荷载横向分布系数影响略大于理论值外,其余截面各测点的实测值均小于理论计算值,桥梁的实际状况较好;各测点相对残余应变和变形均未超出规范限值20%,满足结构刚度要求;T梁测试截面受力状况无异常,桥梁结构整体承载能力及刚度满足设计荷载(公路-Ⅰ级)正常使用要求。     

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。     

我国既有铁路桥涵对大轴重货车开行适应性分析

国内外重载运输经验表明,货物列车轴重的增加能够有效提高运输效率,具有较好的经济性.我国既有铁路开行重载货物列车能够有效缓解运输压力,但加大了作用于铁路基础设施上的荷载.通过介绍我国铁路桥梁设计活载标准、货车发展历程,对运行不同轴重货车条件下1~200 m 跨度的桥梁储备量进行对比分析,结合既有研究成果分析了既有桥涵开行大轴重货车需要解决的关键问题,并提出了我国既有线开行的货车轴重和参数建议值.     

钢-混凝土连续组合铁路桥梁综合动力性能试验研究

通过对某客运专线的钢-混凝土连续组合板梁铁路桥和连续组合箱梁铁路桥的综合动力性能试验,测试在高速列车通过时钢-混凝土组合连续梁桥的自振特性、动挠度、竖横向振幅、竖横向加速度、墩顶横向振幅、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轨道力等动力响应和安全指标。采用车桥耦合振动理论对2座组合梁桥进行动力仿真分析,对桥梁的动力性能、试验列车运营的舒适性和安全性进行预测,结合已有相关规范,分析实测资料并综合评价2种类型组合梁铁路桥体系的各种性能。试验结果表明,在高速列车荷载作用下,2座组合梁桥梁体及墩身应力增量很小,支座位移也很小;实测梁体竖向自振频率符合相应的规范要求;在高速列车荷载作用下,梁体跨中挠度、横向振幅、竖横向加速度和墩顶横向振幅以及桥梁中跨跨中的脱轨系数、轮重减载率和轨道力符合相应的规范要求。     

提速状态下预应力混凝土简支梁受迫振动试验研究

通过对不同车速、不同编组情况下塑黄铁路小唐河大桥预应力混凝土简支梁桥动力性能的检测试验,研究列车提速条件下桥梁的动力特性及其动力响应。研究结果表明:列车以70和75 km.h-1速度运行时,其横向强振频率与桥梁横向自振特性相近,发生共振现象,PCT梁抑振措施应以提高梁体横向刚度为主;车速超过60 km.h-1时,PCT梁最大横向振幅均超过安全限值;PCT梁的横、竖向振动加速度值都不大,均在《铁路桥梁检定规范》规定的限值以内;PCT梁的跨中横向振动频率明显偏低,只有参考值的40%~50%;跨中竖向自振频率较大,竖向挠跨比小于《铁路桥梁检定规范》中的跨中竖向挠跨比通常值,说明梁体具有足够的竖向刚度。车辆编组方式对PCT梁的横向振幅影响较大,C64编组方式时梁体横向振幅最大,C64K编组方式时梁体横向振幅较小。     

分离模型预应力混凝土梁数值模拟

运用ANSYS进行空间曲线布筋的变截面预应力混凝土梁在静力荷载作用下的有限元全过程分析,并将计算结果与试验结果相对比。结果表明,数值模拟的荷载挠度曲线与试验结果吻合较好,此外计算的混凝土梁顶应变以及中和轴位置变化也较好地符合了预应力混凝土梁静载过程中的变化,说明该模型能较真实地反映静载下预应力混凝土梁的力学性能,为模拟实际工程中的预应力混凝土梁受力变化提供了可靠有效的方法。     

重载铁路桥梁动力响应的随机性分析及最大值估计

为评估现有桥梁通行大轴重列车的可行性,基于某重载铁路桥梁的现场试验数据,对不同轴重列车以不同运行速度通过桥梁时桥梁动力响应的随机性进行分析,并且结合3倍标准差原理进行动力响应最大值估计。结果表明:在60~80km·h~(-1)的速度范围内,列车速度对桥梁的竖向挠度和横向振幅影响不大;随着列车速度的提高,桥梁的竖向振幅缓慢增加,而且桥梁跨中的横、竖向强振频率和振动加速度也呈逐渐增大趋势;随着货车轴重的增加,桥梁的竖向挠度呈近似线性增加趋势,振幅和振动加速度也不断增大;25t轴重运营列车引起的桥梁动力响应的概率密度离散程度较大,而试验列车的离散程度较小;在相同列车速度条件下,跨中的横向响应比竖向响应的随机性大,振幅和振动加速度的随机性相当,竖向挠度的随机性最小;对1座孔跨布置为2-24m的低高度预应力混凝土T型简支梁桥的动力响应最大值估计的结果表明,该桥能够通行75km·h~(-1)速度以下的30t轴重列车。     

预应力混凝土梁在应力传递时的反挠度计算与应用

根据“荷载平衡”的概念,把预应力混凝土梁中的预应力筋简化为作用于混凝土梁体上的荷载,由静力平衡分析给出“平衡荷载”和梁在应力传递阶段的“反挠度”的计算方法,并通过实测验证,揭示反挠度在预应力混凝土梁的设计和施工中的应用。     

铁路跨度12m低高度钢筋混凝土板梁桥试验研究

为研究跨度12 m低高度钢筋混凝土板梁桥对开行25 t轴重C80货车的适应性,对朔黄铁路上行线(重车线)上两座12 m低高度混凝土桥梁(西留肖中桥与跨新沧保公路大桥)的动力性能进行了测试与对比分析。研究结果表明:西留肖中桥梁体横向振幅过大的主要原因是未设置横向限位装置;梁体竖向刚度满足使用功能与行车安全要求,竖向刚度的劣化对桥梁梁体结构的使用功能与行车安全影响较小;实测主筋应力小于钢筋疲劳抗力与活载作用下主拉应力增量,梁体在线弹性范围内工作;该类梁体结构可适应25 t轴重C80货车的重载运输要求。     

重载铁路混凝土梁常见病害分析及处理对策研究

以朔黄铁路近2000孔混凝土梁为研究对象,开展重载运输对既有铁路混凝土梁的影响分析、常见病害统计及原因分析,并提出相应的加固处理对策。结果表明:重载运输导致桥梁结构主梁、墩台基础、支座等结构横向、竖向和纵向受力大幅增加,活载储备量降低,振动和疲劳加剧,进而引起混凝土梁体开裂、挠度过大、横向振动加剧、梁端顶死等一系列病害大量出现并迅速扩展,轴重和运量的大幅提高是病害快速出现和发展的直接原因,通过采取体外预应力加固、辅助钢梁加固和裂缝灌封等措施,可以达到提高混凝土梁结构承载能力、抗裂性能和耐久性能的目的。