基于实测数据的悬索桥钢箱梁温度场特性研究

为明确大跨度悬索桥扁平钢箱梁温度和温度梯度特征,以南溪长江大桥正交异性钢箱梁为研究对象,基于健康监测系统中温度传感器的长期实测数据,采用分段函数描述环境温度和日照辐射共同作用下钢箱梁日温度变化曲线。在此基础上,采用高斯混合模型描述钢箱梁年温度多峰概率分布,并引入赤池信息判别准则(AIC)和贝叶斯信息判别准则(BIC)确定最优高斯分量数。统计钢箱梁一年日温差极值并进行参数评估,得到钢箱梁年温差极值分布模型。对年温差极值分布函数进行外推,得到设计基准期温差的极值分布函数并计算温差标准值。引入相关系数分析法对各温差组进行相关性分析,剔除实际不存在的温差模型。研究结果表明:相比正弦函数,分段函数能更准确地描述太阳辐射作用下箱梁截面日温度变化特征;当高斯分量数为3时,混合高斯模型拟合钢箱梁年温度概率分布最优;外推设计基准期模型能够较好地计算设计基准期温差标准值;通过相关性分析剔除了4组不存在的温差模式;得到顶板和腹板各8组温差模式;最后与《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中钢混结构竖向正温差设计值进行对比,一、二级温度梯度与设计规范分别相差4.2℃和2.3℃。     

跨海长桥风致行车安全研究

基于风作用下车辆模型行驶极限状态分析获得了相应的安全行驶临界风速,应用概率统计方法建立了桥位风速统计和极值风速概率分布模型,桥面风环境测速风洞试验给出了自然风与桥面行车风环境的关系,进而评估了自然风作用下车辆不同车速条件下的桥面行驶安全性。采用上述评估方法针对杭州湾跨海大桥的研究,表明了风障措施提高桥面行车安全的有效性。     

考虑风速风向联合分布和地形效应的山区桥梁设计风速确定

为研究风向对基本风速的折减,以及其与地形效应对山区桥梁设计风速确定的共同影响,以一座山区大跨度桥梁为研究背景,采用风速风向联合分布函数和计算流体力学软件FLUENT对桥址区的风场进行数值计算。首先利用桥位附近气象站的风速资料,在风速观测数据不足的情况下,采用极值Ⅰ型分布获得了风速的月极值分布和年极值分布的关系,并由此计算出不考虑风向影响的百年一遇基本风速。再应用风速风向联合分布函数,计算考虑风向影响时各个风向的百年一遇基本风速,探讨风速风向联合分布对基本风速的折减效应;并应用FLUENT软件对2种情况下的桥位区风场进行数值模拟计算,分别得到不同风向下桥位处的最大风速（即设计风速）。研究结果表明：风速风向联合分布和地形效应会对设计风速的确定产生影响。若不考虑风速风向联合分布的作用,当该地区最大基本风速的风向与地形放大效应最大的方向不一致时,会使设计风速值偏于保守。最后基于研究成果提出了可用于山区桥梁设计风速确定的分析流程,该方法更具合理性和工程实用性,可为山区桥梁设计风速的确定提供依据。     

长安街西延永定河大桥斜拉索风雨振及减振措施研究

为明确长安街西延永定河大桥斜拉索的风雨振特性,提出有效的减振措施;进行斜拉索风雨振计算分析,并通过风洞试验分析风速和雨强对斜拉索风雨振的影响;研究不同阻尼比和斜拉索表面缠绕双螺旋线的减振效果。结果表明:该桥大部分斜拉索在不采取减振措施的情况下有发生风雨振的可能;斜拉索风雨振的振幅随着风速的增大先增大后减小,随着雨强的增大逐渐减小;增大阻尼比能有效减小斜拉索风雨振的振幅。建议该桥斜拉索安装阻尼器时,阻尼比不小于0.9%;当螺旋线的直径为1.2mm时,单根螺旋线的间距取6倍的斜拉索直径;当单根螺旋线的间距为12倍的斜拉索直径时,螺旋线的直径取2.0mm。     

公路桥梁车辆荷载截尾分段概率模型及应用

为了准确描述实际公路桥梁车辆荷载多峰厚尾的分布特征,利用分段函数结合多个高斯分布函数,并采用数据拟合方法,求得了车辆荷载的概率密度函数和概率分布函数表达式,建立了车辆荷载的分段截尾的多重混合高斯概率分布模型,并进一步推导了基于EM算法的多重混合高斯分布模型求解方法。根据中国实测车辆荷载的轴组特征,获得了各典型地区该分段截尾车辆荷载模型的概率分布参数。分析结果表明:该分布函数模型的拟合精度较高,能准确反映荷载分布的多峰厚尾特征;各典型地区车辆荷载轴质量分布呈现不同特点,但各地区单轴质量的首峰分布基本一致,各轴组荷载普遍超载,特别是贵州、湖北和湖南地区超载较严重;各地区双联轴、三联轴的平均轴质量超出汽车国标规定值约2倍,双联轴平均轴质量超出现行公路工程规范标准值的15%以上;实测数据显示三联轴在95%保证率下的平均轴质量约为50t。     

高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟

为探明高铁连续梁桥龙卷风荷载特征,采用计算流体动力学手段,开展了高铁连续梁桥龙卷风荷载数值模拟研究。首先,以Ward型龙卷风发生装置为物理原型,按照原理相仿和等效替代的原则建立了相应的数值模型。然后,基于上述模型开展龙卷风场数值模拟,并与文献提供的风洞试验结果进行对比,验证了数值龙卷风场的准确性。在此基础上,以某大跨度高铁连续梁桥为工程背景,将该桥三维模型建于上述数值龙卷风场中心,研究龙卷风作用下高铁连续梁桥结构表面风压的分布规律。研究结果表明：数值模型可较好地模拟龙卷风场的基本特征;龙卷风袭击高铁连续梁桥时,风场受主梁和桥墩的干扰较大,涡核结构发生明显变化,其中,主梁底部风场的涡核半径增大,形成较大范围的高风速区;桥梁结构表面存在较大压差,正负风压极值之差约为负风压极值的2.5倍;负风压出现在主梁跨中的较小范围内,且主梁顶面的负压绝对值高于主梁侧面和底面;正风压极值出现在主梁端部迎风侧,且桥墩迎风侧也承受较高的正风压作用。上述极端不均衡的风荷载在桥梁设计时应予以重视。     

公路桥梁车辆荷载概率模型研究(二)——计重收费地区和强制治超地区

为了解我国近年公路桥梁车辆荷载的情况,对非治超地区、计重收费地区和强制治超地区的车辆荷载数据进行了统计分析。分析表明,通过所有路段的车辆荷载服从多峰分布。本文用4个正态分布的加权和对非治超地区和计重收费地区车辆荷载的概率分布进行模拟,用6个正态分布的加权和对强制治超地区的车辆荷载的概率分布进行模拟。另外,为准确描述对桥梁安全起控制作用的重型车辆的荷载,采用分段函数模拟非治超地区车辆的概率分布。车辆荷载在不同时段内的最大值概率分布均可由极值I型描述。     

公路桥梁车辆荷载概率模型研究(一)——非治超地区

为了解我国近年公路桥梁车辆荷载的情况,对非治超地区、计重收费地区和强制治超地区的车辆荷载数据进行了统计分析。分析表明,通过所有路段的车辆荷载服从多峰分布。本文用4个正态分布的加权和对非治超地区和计重收费地区车辆荷载的概率分布进行模拟,用6个正态分布的加权和对强制治超地区车辆荷载的概率分布进行模拟。另外,为准确描述对桥梁安全起控制作用的重型车辆荷载,采用分段函数模拟非治超地区车辆的概率分布。车辆荷载在不同时段内的最大值概率分布均可由极值I型描述。     

中小跨径桥梁挠度监测数据的分析与应用

为挖掘中小跨径桥梁挠度监测数据的价值,研究了桥梁挠度监测数据的处理方法,提出了基于挠度监测数据的桥梁性能评价流程,并在一座装配式预应力T梁桥的监测项目中进行了应用。结果表明,监测周期内T梁最大挠度远小于荷载试验结果和规范限值;挠度概率分布与对数正态分布吻合较好,以荷载试验结果作为抗力标准的桥梁刚度可靠度指标大于3.0;各T梁实际冲击系数均值高于理论计算值,且呈现从超车道向应急车道方向依次增大的规律,冲击系数的概率分布不拒绝服从于广义极值分布;挠度沿横桥向变化曲线基本呈直线,变化规律与刚性横梁法的理论假定基本吻合;各T梁实际荷载分担系数明显小于理论横向分布系数,桥梁表现出较好的整体性。     

基于监测数据的斜拉桥伸缩缝服役性能评估

为掌握斜拉桥伸缩缝服役状况,摸清斜拉桥服役性能影响因素,评估斜拉桥伸缩缝服役性能,以某斜拉桥伸缩缝一年的监测数据为对象,研究伸缩缝服役性能,并提出伸缩缝运营监测方法。首先,分析了伸缩缝位移与温度的相关关系,并采用多元混合高斯模型建立了伸缩缝位移的概率分布模型;然后,采用线性回归的方法建立了温度—伸缩缝位移相关关系表达式,并基于回归关系剔除温度效应,得到随机荷载作用下的伸缩缝位移,同时分析了随机荷载作用下伸缩缝位移的概率特性,建立了概率分布模型;最后,基于伸缩缝位移概率分布结果,提出改进的均值控制图方法,将其用于伸缩缝异常值检测。研究结果表明,温度荷载对于伸缩缝位移的影响具有长周期、大幅度的特点,随机荷载引起的伸缩缝位移具有短周期、小幅度的特点;多重荷载耦合作用下的伸缩缝位移呈现多峰高斯分布特性,随机荷载作用下的位移分布呈现单峰正太分布的特点;提出的改进的均值控制图方法能够适应伸缩缝位移数据强随机的特点,相较于传统均值控制图方法,既能够识别得到数据丢包的异常情况也能识别得到更多的位移异常值。提出的伸缩缝监测方法能够用于实际斜拉桥伸缩缝异常值检测。     

银西高铁宁夏段荒漠化特征及肥水状态研究

通过银西高铁宁夏段近5年的气象资料,从降雨量、蒸发量、月均温度、极值风速等方面进行分析研究,结果显示:宁夏段干燥度为4.4～6.7,全年最大温差达到34℃,极值风速达到20.8 m/s,整体表现为荒漠化加剧的特征;选取该段高铁路基中6个试验段,对其土壤的含水率、pH值及土壤养分进行现场监测试验研究,结果表明:该区域土壤...     

兰新铁路第二双线预制箱梁混凝土的浇筑与养护

结合兰新铁路第二双线的施工经验,探讨了高速铁路大型预制箱梁的混凝土浇筑、养护施工方法和注意事项、对梁场的施工组织和预制箱梁的施工工艺进行了总结、可为同类工程的施工提供参考     

戈壁地区高速铁路路基填筑工艺研究

戈壁地区的路基填料以粗颗粒、低含水量为主要特点,国内外关于戈壁地区填料用于高速铁路路基的研究很少。为给兰新高速铁路第二双线的修建提供技术支持,通过试验段柴窝堡工点的现场试验,分析了填料的性质,提出了戈壁地区高速铁路路基填料碾压工艺等一整套的填筑方法以及施工中应注意的问题。     

高速铁路声屏障在列车风致脉动力与自然风荷载下的数值模拟

基于三维、定常、不可压缩、粘性流体的RANS方程和κ-ε两方程模型,运用计算流体力学软件Fluent,对在列车风致脉动力与自然风荷载联合作用下的高速铁路声屏障进行数值模拟,分析在不同的风向角及风速下,自然风荷载对声屏障所受列车风致脉动力的影响。结果表明:自然风荷载对声屏障所受的脉动峰压影响较大,在对声屏障进行结构静力学设计时必须考虑自然风荷载的影响。     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

兰新高速铁路戈壁土路基填料压实特性研究

通过兰新高速铁路第二双线路基试验段戈壁土现场填筑试验及室内土工试验,研究了戈壁土的颗粒组成、颗粒级配、粗颗粒含量P5、细颗粒含量、含水率控制对压实效果的影响。结果表明,对于高速铁路路基填料,其不均匀系数:基床以下路堤Cu≥15、基床底层Cu≥20为宜;随着填料中粗料含量P5的增大,填料的干密度增大,当粗料含量在70%左右时达最大;含水率大小对粗粒土的压实效果的影响,主要由填料中细粒含量(d≤0.075mm)的多少而定。     

Measurements of car-body lateral vibration induced by high-speed trains negotiating complex terrain sections under strong wind conditions

Assessment of the vibration of high-speed trains negotiating complex sections of terrain under strong wind conditions is very important for research into the operation safety and comfort of passengers on high-speed trains. To assess the vibration of high-speed trains negotiating complex sections of terrain under strong wind conditions, we performed a field measurement when the train passes through typical sections of complex terrain along the Lanzhou–Xinjiang high-speed railway in China. We selected the lateral vibration conditions, including the roll angle and lateral displacement of car-body gravity centre through two typical representative sections (embankment–tunnel–embankment and embankment–rectangular transition–cutting) for analysis. The results show that the severe car-swaying phenomenon occurs when the high-speed train moves through the test section, and the car-body lateral vibration characteristic is related significantly to the state of the terrain and topography along the railway. The main causes for this car-swaying phenomenon may be the transitions between different windproof structures, and the greater the scale of the transition region between different windproof structures or landform changes, the more obvious the car-swaying phenomenon becomes. The lateral vibration of the car-body is relatively steady when the train is running through terrain with minor changes in topography, such as the windbreak installed on the bridge and embankment, but the tail car sways more violently than the head car. When the vehicle runs from the windbreak installed on the embankment into the tunnel (or in the opposite direction), the tail car sways more intensely than the head car, and the head car runs relatively stable in the tunnel.     

自动化监测技术在天津地铁3号线金狮桥站—天津站站盾构穿越高速铁路工程中的应用

为解决对盾构施工影响范围内的高速铁路沉降监测问题,以天津地铁3号线金狮桥站—天津站站盾构施工为依托,对既有城际铁路进行自动化监测。主要研究内容及结论为:1)介绍该工程穿越城际铁路情况及高铁监测特点和需求,说明高铁监测中必须实施自动化监测手段;2)高铁监测项目较多,对路基及钢轨沉降自动化监测重点项目进行研究;3)结合铁路特点进行静力水准和自动全站仪2套自动化系统的测点布设以及在实施过程中的注意事项,说明只有充分考虑环境特殊性才能有效发挥每种自动化监测手段的预期效果;4)通过数据比较,发现两者稳定性较好,说明采用智能型电子全站仪加棱镜监测手段解决目前钢轨自动化监测难题的手段是可靠的,为以后的高铁钢轨自动化监测提供一种新思路。     

水泥砂浆桩处理某高速铁路软基沉降变形分析

高速铁路对路基工后沉降提出了严格的要求,某高速铁路路基段存在大范围软土地基,采用水泥砂浆桩进行地基加固处理。通过对地基处理后一年多的路基沉降变形观测分析及预测表明:各观测点的沉降量-时间曲线均已经收敛,路堤荷载作用下路基面沉降已经稳定,沉降板预测最大工后沉降ΔS'为4.8mm,路基面观测桩双曲线法预测路基面最大残余沉降为2.3mm,沉降完成比例St/S∞最小为92.4%,均满足高速铁路沉降控制标准。因此,水泥砂浆桩处理高速铁路软土地基是可行的,可以在较短时间内满足工后沉降的要求。