金海公铁两用斜拉桥方案设计

研究目的:本文以金海特大桥跨磨刀门水道主跨480 m公铁两用斜拉桥方案设计为背景,针对大跨度公铁两用混合梁斜拉桥设计所应考虑的各项因素,建立不同形式的主桥空间有限元模型,目的是对比不同跨度辅助墩、不同塔高以及主梁类型对该结构力学性能的影响,从而确定合理的结构布置形式。研究结论:(1)主跨480 m斜拉桥采用公铁同层建造,具有结构合理,分建过渡时灵活方便,结构刚度大,车桥动力性能好,抗风、抗震性能好等优势,能够按照规范满足各种设计荷载组合下的结构强度、刚度等要求;(2)边跨必须设置辅助墩,以提高结构刚度,减少索、梁疲劳,而边跨布墩的多少、辅助墩之间的间距大小将取决于边跨的施工方案及整体结构的造价;(3)分离式扁平钢箱梁截面的扭转刚度较大,抗风稳定性好,经风车桥耦合振动分析,主梁结构能够提供较高的舒适性和安全性;(4)本研究成果对今后公铁合建斜拉桥结构选型工作具有一定的指导意义。     

基于桥梁基准有限元模型的列车-桥梁空间耦合振动分析

以武汉天兴州公铁两用大桥为研究背景,基于大桥通车前环境振动试验得到的模态识别参数对依据设计图纸建立的桥梁初始有限元模型进行修正,建立反映桥梁真实动力行为的基准有限元模型。基于该基准有限元模型,建立大桥列车—桥梁空间耦合振动方程,采用模态综合法,进行单线行车、双线并行和双线对开工况下的列车—桥梁空间耦合振动分析,并对车辆运行的舒适性和安全性进行评估。结果表明,在上述各工况下,列车通过该桥时,车辆的各项动力学性能指标值均满足规范规定要求,列车行驶的安全性和平稳性均较好;桥梁中跨跨中最大横向位移为1.52 cm,最大竖向位移为10.5 cm,相应的竖向、横向挠跨比分别为1/4 800和1/33 158,均满足铁路桥梁检定规范要求,说明该桥具有足够的横向和竖向刚度。     

波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验研究

波纹钢腹板组合箱梁对混凝土和钢材和的受力特点进行了综合利用,具有明显的优势,已在铁路上投入到实际应用中。在波纹钢腹板连续组合箱梁静载试验的基础上,对波纹钢腹板连续组合箱梁的结构受力性能进行了深入研究。研究结果表明:波纹钢腹板连续组合箱梁的边跨梁的变形具有滞后现象,中跨弯曲变形随荷载的增加呈线性增加。试验梁各观测截面测点纵向应变符合"拟平截面假定"。随着荷载等级的增加,试验梁的体外预应力增量呈线性增加,变化趋势与中跨跨中挠度趋势相似。试验梁中跨观测截面界面剪切滑移值基本相同,中跨1/4截面剪切滑移值大于中跨跨中截面,且中支座截面剪切滑移值接近于零。研究结果可为波形刚腹板连续组合箱梁的工程应用提供技术参考。     

大跨度公铁两用斜拉桥极限承载力计算方法

结合有限元软件Ansys的分析功能和斜拉桥结构体系自身的特点,考虑结构的几何非线性和材料非线性,采用最小荷载增量准则为失效分析理论,对公铁两用斜拉桥(112+182+504+182+112) m 结构体系方案进行极限承载力分析,得到该斜拉桥的极限荷载和最薄弱部位的失效顺序.分析结果表明:在与实际结构受力体系紧密结合的前提下,最小荷载增量准则能有效地进行结构体系失效树的分析;该斜拉桥方案中主梁的刚度很大,由活载引起的竖向挠度较小,满足公铁两用斜拉桥对竖向刚度的有关规定;该结构的极限荷载为2.6117倍铁路中—活载,其薄弱环节在斜杆单元;为使各杆件的安全储备基本相同,建议进一步优化杆件的截面.     

三索面三主桁公铁两用斜拉桥建造技术

同类桥梁之最 天兴洲大桥是世界首座双塔三索面公铁两用斜拉桥,在当今世界同类型大桥中拥有"跨度、速度、荷载、宽度"4项第一:它的斜拉桥主跨504米,比目前已建成的丹麦厄勒海峡大桥(主跨490米)还长14米;可以同时承载2万吨的荷载,荷载量最大;可满足列车250公里的运行时速要求;主桁宽度30米,为同类桥梁之最.     

横风环境下跨海大桥列车-桥梁系统耦合振动仿真研究

基于计算流体力学及弹性体在多体系统中的耦合理论,将计算流体力学、多体系统动力学及有限元结合起来,构建横风环境中列车-桥梁系统耦合振动的仿真平台,并以平潭海峡大小练岛水道斜拉桥为研究对象开展研究。列车-桥梁系统的气动模型构建采用局部动态层网格方法,计算列车-桥梁系统在不同风速和车速下的气动荷载。基于有限元方法和多体系统动力学方法建立列车-桥梁系统多体动力学模型,以时间激励方式施加气动荷载,仿真计算双线会车时不同风速和车速工况下列车-桥梁耦合系统的动力响应。研究结果表明:(1)随着风速的增大,桥梁主跨跨中竖向位移变化很小,而跨中横向位移显著增大,跨中竖向和横向振动加速度亦明显增大。风速和车速分别在30 m/s与300 km/h以内时,桥梁的挠度和振动加速度均能满足要求。(2)横风环境下列车在桥梁上运行时,头车的动力特性最为不利。随着风速和车速的增大,车辆的动力学指标均呈增大趋势。(3)列车行至桥梁跨中时轮重减载率出现最大值,两车交会时车体横向加速度发生突变且出现最大值,部分动力学指标不满足要求。(4)双线会车时,风速在10、20、30 m/s时的临界安全车速分别为296、256、147 km/h,临界舒适车速分别为166、150、106 km/h。     

新型铁路涵洞病害整治技术研究

既有铁路部分混凝土涵洞的劣化变形严重影响线路运行,威胁铁路运营安全。针对铁路涵洞出现的掉块、露筋、腐蚀等问题,依托朔黄铁路一涵洞病害整治工程,从涵洞净空、经济性以及工期的角度,提出了一种适用于铁路涵洞严重病害整治的新技术——波纹板加固技术。首先建立涵洞与波纹板共同作用的三维有限元数值模型,分析波纹板结构在列车动荷载作用下的受力、变形;然后采用现场实测的方法,对涵洞加固前后盖板的钢筋受力及挠度进行测试,对整治效果予以验证。结果表明:经波纹板加固技术整治后,列车动荷载作用下涵洞竖向挠跨比约为1/18 000,远小于钢筋混凝土梁竖向挠跨比通常值1/4 000;跨中顶板钢筋应变降低了45.4%,盖板挠度降低了91.4%,整治效果显著。     

五峰山长江大桥4号墩承台施工关键技术

新建连镇铁路五峰山长江大桥为主跨1 092 m单跨悬吊钢桁梁悬索桥,是目前世界上首座重载、高速、大跨超千米级公铁两用跨江悬索桥。主桥设计荷载约17万吨,加劲梁上层为八车道高速公路,下层为四线高速铁路。因巨大的设计荷载,故两岸主墩承台设计的结构尺寸亦非常庞大。针对大桥双塔之一的4#塔承台处地质条件复杂以及超大体积承台施工质量控制要求高的难点,介绍了其施工的关键技术,可为类似工程提供借鉴。     

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。     

行波及相干效应对超千米跨度斜拉桥多维多点随机地震响应的影响

为了研究行波及相干效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响,基于通用有限元软件ANSYS,借助高效的虚拟激励法分别得到考虑两种效应的结构地震响应值,通过对比研究,结果表明:(1)仅考虑行波效应时,在视波速取500 m/s工况下,主梁纵向位移和竖向位移出现最大均方根值,行波效应对主梁纵向位移响应影响最为显著;(2)仅考虑相干效应时,主梁纵向位移和横向位移在部分相干工况下出现最大均方根值,主梁跨中横向位移的均方根值为0.274 m,较一致激励(完全相干)增大了126.4%;(3)两种效应对结构1号边墩、2号辅助墩和3号主塔的不同地震响应的影响程度存在较大差异,需具体响应具体分析。通过各具体工况下的结果对比,得出超大跨度斜拉桥地震响应分析考虑行波和相干效应十分必要的结论。     

三塔超大跨公铁两用斜拉桥活载加载标准研究

为探究公路铁路活载对三塔超大跨公铁两用斜拉桥结构的影响,以某公铁长江大桥为研究背景,建立有限元全桥模型。利用影响线确定活载最不利加载位置,分析铁路活载和公路活载对主梁、主塔、斜拉索的影响。研究结果表明:随着铁路和公路活载加载长度的改变,桥梁结构响应在主梁竖向位移、主梁压应力、主塔顺桥向位移、主塔顺桥向弯矩、斜拉索索力增幅等方面表现出一定的规律性,铁路活载引起的桥梁结构响应是公路活载的3.2~4.2倍;对于主梁和主塔,当铁路活载加载长度分别增加5.4%、22.2%、18.2%,结构响应对应增大35.90%~36.90%,8.27%~13.07%,4.40%~8.38%;对于斜拉索,活载作用下索力最大增幅位于跨中附近;按照偏安全的到发线长度加载比按照列车可能最大长度加载,在桥梁设计上更具有安全冗余度。研究成果可为超大跨度铁路桥、公铁两用桥的设计提供参考。     

大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥结构体系研究

甬舟铁路富翅门公铁两用跨海大桥采用主跨388 m高低塔公铁平层挑臂式钢箱梁斜拉桥，为世界上最大跨度的高低塔公铁平层合建斜拉桥。为研究适用于大跨度高低塔公铁平层合建斜拉桥最优结构体系，结合富翅门公铁大桥结构不对称的特点，对5种不同类型半飘浮体系、塔梁约束体系进行比选研究。通过对5种约束体系在静、动力荷载作用下的桥塔弯矩、桥塔位移、主梁位移对比分析，推荐采用高塔侧设置固定支座、矮塔侧采用活动支座的约束体系，该体系抵抗纵向荷载能力强、释放体系温度变形差，与常用的半漂浮体系相比，在静、动力荷载作用下桥梁总荷载效应小，具有良好的静动力性能，其中静力作用下两桥塔塔底总弯矩降低15%,两侧梁端总位移降低51%,两塔顶位移减少29%;动力作用下两桥塔塔底总弯矩相当，两侧梁端总位移降低76%。     

大跨度斜拉桥-无砟轨道系统力学特性

以昌赣客运专线主跨300 m混合梁斜拉桥为研究对象,考虑结构层间非线性约束特征,建立桥塔、斜拉索、梁体、支座、墩台、剪力钉、底座板、限位凹槽弹性垫板、减振弹性垫层、道床板、扣件、钢轨等全要素大跨度斜拉桥-无砟轨道系统精细化有限元模型,研究附加荷载作用下结构附加力。基于Miner准则,探讨列车动载、无砟轨道设计参数以及时变温度作用下无砟轨道动力疲劳特性。结果表明：在斜拉桥端部设置钢轨伸缩调节器并采用小阻力扣件可满足钢轨强度要求,挠曲荷载下钢轨最大拉应力位于桥塔附近,制动荷载下钢轨最大拉应力位于主梁跨中;列车动载下轨道结构间相对位移最大值均不超过1.0 mm。主梁跨中道床板板底受拉,最大拉应力0.74 MPa,桥塔处底座板板底受拉,最大拉应力1.15 MPa;提高弹性垫层刚度可有效提高道床板疲劳寿命,增大扣件竖向刚度可增强钢轨与道床板间连接,提高钢轨寿命,列车时速增加会增大轨道结构动应力幅,降低疲劳寿命;时变温度作用下最大温度梯度发生在道床板,耦合列车动载后底座板结构受力更显著,但仍满足混凝土抗拉强度设计要求。     

铜陵公铁两用长江大桥船撞引起列车脱轨分析

研究目的:准确测算船撞作用下桥梁的结构动力响应,对评估因船—桥碰撞后桥梁响应而引起的列车脱轨分析具有重要意义。本文围绕铜陵公铁两用长江大桥论述船撞桥墩引起列车脱轨分析的一般流程,首先通过ANSYS/LS-DYNA非线性有限元软件模拟10 000 t级与5 000 t级船舶在最高、常规以及最低通航水位下满载正撞和侧桥向20°撞击桥梁的主塔和辅助墩,得出在各船撞工况下碰撞力-时程曲线。然后将船舶撞击时程曲线作为动力荷载输入至整桥有限元模型中,计算桥梁结构关键部位尤其是主梁的横向位移和加速度响应。研究结论:(1)在最高通航水位下,船舶满载正撞桥墩产生的撞击力最大;在该最不利工况下,撞击作用对桥梁结构动力响应以及列车的脱轨风险具有较大影响;(2)当3#主塔受到10 000 t级船舶撞击时,导致2#桥墩墩顶主梁的横向加速度达到0.922 m/s2,未超过列车脱轨加速度临界限制1 m/s2,列车脱轨概率极小;(3)通过简化的风险标准导出脱轨概率公式计算表明,该桥遭受到船舶撞击时,其列车的脱轨概率为9×10-5~1.5×10-4;(4)本文的研究结果可供航道上铁路桥梁因船舶撞击导致列车通行安全性研究参考。     

城际铁路三塔斜拉桥刚度参数分析及应用

研究目的:三塔双主跨斜拉桥相较常规大跨斜拉桥而言,具有一定的经济优势,但也存在竖向刚度低、拉索疲劳应力幅高等缺点,目前在铁路上尚未得到广泛应用。本文以广佛江珠城际(72+96+336+336+96+72) m三塔斜拉桥为背景,对影响刚度的结构参数进行分析,进而拟出合理结构尺寸,并对结构进行力学计算,得出在城际铁路中推广三塔斜拉桥的可行性。研究结论:(1)竖向刚度随主梁高度增加而增大,但增幅低于梁高增幅,主梁采用钢箱梁时,通过增加主梁梁高来提高竖向刚度会较不经济,综合考虑后梁高取4.5 m;(2)索塔高度取96 m,塔柱截面取7 m×4 m;(3)斜拉索采用双索面扇形空间布置,索塔锚固间距2 m,斜拉索在主梁上锚固间距为8 m,斜拉索与主梁夹角为30.3°～78.3°;(4)辅助墩位置选择距离主塔96 m;(5)三塔斜拉桥在城际铁路荷载作用下受力良好,具备推广的价值。     

火荷载下混凝土箱梁温度场分布与变形分析

混凝土箱形截面梁随火灾场温度的升高,高温度区会穿透混凝土薄壁层,致使箱梁的有效区域完全破坏,混凝土箱形截面的等温线分布比实心截面等温线偏高;整跨受热模式下钢筋混凝土简支箱梁跨中挠度时程曲线随荷载等级的增加呈非线性变化趋势,挠度时程曲线增大的程度随保护层厚度增加而减小,延火时间对钢筋混凝土简支梁跨中挠度有较大影响.因此,控制火灾时间或者提高混凝土保护层厚度,可有效控制火灾高温场钢筋混凝土桥梁的挠度值.     

千米级主跨公铁两用桥上特殊梁-轨相互作用关系研究

为研究复杂环境下因千米级主跨公铁两用桥梁结构特殊性引起的梁-轨相互作用问题，建立可考虑桥塔及索缆影响的无缝线路-悬索桥空间耦合模型，分析了公路车辆、横向风、主梁温差作用下的梁-轨相互作用变化规律。研究结果表明：对于千米级主跨公铁两用桥上无缝线路，公路车辆及横向风荷载虽然对线路的平顺性影响较小，但对钢轨纵向附加力及梁-轨相对位移的影响不容忽视；梁体整体降温15℃计算出的伸缩力比考虑板桁温差效应的结果偏大54.5%;上、下游主桁温差导致线路全线存在梁-轨相对位移，是千米级主跨桥上无缝线路不存在传统意义上的“固定区”的重要原因之一。因此，在千米级主跨公铁两用桥上无缝线路设计及运维过程中，建议考虑上述特殊梁-轨相互作用带来的影响。     

世界首座高速铁路悬索桥南主塔成功封顶

正35月15日,由中国铁路上海局集团有限公司建设的世界首座高速铁路悬索桥——五峰山长江大桥南主塔成功封顶,标志着连云港至镇江铁路关键性控制工程建设取得重大阶段性胜利。五峰山长江大桥作为连镇铁路跨越长江的公铁两用大桥,也是国内首座公铁两用悬索桥。大桥全长6.409 km,主跨1 092 m一跨过江,下层为四线高速铁路,设计时速250 km;上层为双向八车道高速公路。此次封顶的大桥南     

朔黄铁路超低高度梁辅助钢梁法加固试验

对超低高度预应力混凝土梁采取辅助钢梁技术进行加固,并在加固前后及加固过程中进行相关动载试验。加固过程中监测试验保证了加固施工安全,验证了辅助钢梁承担部分恒载。通过加固前后对比试验掌握了梁体受力性能:加固后的梁体跨中竖向挠度、下缘混凝土应变比加固前有明显的降低,竖向挠度在运营列车作用下降低24.9%~33.4%,试验列车作用下降低24.5%;下缘混凝土应变在运营列车作用下降低25.9%~33.1%,试验列车作用下降低23.4%。增设辅助钢梁后梁体的竖向刚度明显提高,辅助钢梁与原混凝土梁体共同作用性能良好。通过系列动载试验掌握了在30 t轴重条件下梁体承载力的安全储备量,为大轴重条件下辅助钢梁加固技术的推广应用奠定了基础。     

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。