列车脱轨撞击U型梁动力仿真模拟及损伤分析

研究目的:城市轨道交通U型梁在极端状况下会受到列车脱轨施加的侧向撞击作用,从而导致结构损伤破坏,威胁行车安全。本文采用显式动力有限元软件建立列车-U型梁碰撞模型,对碰撞全过程进行仿真分析,探讨两者之间的碰撞作用机理,并将计算结果与相关规范报告进行对比,最后分析U型梁的碰撞损伤模式。研究结论:(1)根据列车-U型梁接触状态可将碰撞过程分为脱轨后自由运动、初始碰撞接触和后继碰撞接触三个阶段;(2)各个工况中列车的纵、横向碰撞力峰值均小于UIC规范建议值,横向碰撞力基本满足ACI报告建议值,列车减速加速度均接近或超过9.8 m/s2,大于ACI规范中建议的列车减速加速度值0.5g;(3)碰撞过程中车体动能绝大部分以摩擦形式耗散,初始动能较大的列车在单位时间内摩擦耗能较多,但其亦需更长接触摩擦过程使其停止;(4)列车减速过程中加速度越大,对于结构的损伤也就越严重,U型梁的碰撞损伤主要表现为翼缘混凝土剥落,腹板产生塑性应变,但结构整体未发生破坏;(5)本研究成果可为新建U型梁结构的防撞设计以及既有结构的防护措施制定提供参考。     

不同掺量高性能粉煤灰混凝土铁路桥梁试验研究

以9组不同掺量高性能粉煤灰混凝土无粘结预应力模型梁的使用荷载试验和抗弯承载力试验为基础,研究高性能粉煤灰混凝土梁在重复荷载作用下的受力行为。研究结果表明:掺量为20%~40%的高性能粉煤灰混凝土梁在使用荷载作用下,200万次疲劳加载后,梁体仍处于弹性阶段,疲劳加载对位移影响很小;梁的基频在200万次疲劳加载范围以内基本保持不变,表明梁体的刚度基本不变;相同强度高性能粉煤灰混凝土模型梁的开裂荷载和极限荷载均随高性能粉煤灰掺量(20%~40%)的增加有所提高;掺加高性能粉煤灰能显著减小混凝土梁裂缝的间距、宽度、高度,抑制裂缝的扩展,对提高梁体的耐久性有重要意义。因此,掺高性能粉煤灰20%~40%的混凝土用于32 m铁路预应力简支梁是可行的。高性能粉煤灰混凝土梁的抗弯承载力按TB10002.3—99规范计算,具有足够的精度。     

腹板受损U型梁承载力及破坏机理分析

研究目的:为研究腹板损伤情况下U型梁的竖向承载力,采用显式动力分析软件LS-DYNA建立简支U型梁精细有限元模型,并根据足尺模型试验结果对有限元模型进行校核验证。通过在U型梁翼缘一定范围内施加侧向位移荷载,模拟U型梁腹板在极端状况下不同程度的损伤,并对不同腹板损伤程度的U型梁承载力进行分析。研究结论:(1)随着腹板损伤程度的提高和损伤范围的扩大,U型梁竖向变形刚度和承载力呈显著下降趋势,最大下降幅度达到53%和44%;(2)随着底板挠度增加,U型梁受损一侧腹板首先出现较大的面外变形,在腹板受损薄弱截面继而出现竖向贯通裂缝,最终结构发生非对称弯曲失稳破坏;(3)U型梁腹板对于结构整体竖向承载力贡献明显,在桥梁结构设计和运营阶段对腹板的防护设计要尤为重视;(4)本文研究可为U型梁桥的防撞设计提供一定参考。     

南京地铁2号线东延高架线路U型梁结构计算及试验

对南京地铁2号线东延高架线路采用的U型梁进行结构计算,以及1:1静载试验和1.9 m模型梁试验.结果表明:在设计荷载下,跨中处道床板底部的横向拉应力超过C55的极限抗拉强度.建议适当增加道床板底部的横向配筋率.静载试验中,各加载工况下的U型梁纵向裂纹发展满足规范要求.模型梁试验结果表明,钢筋在设计寿命内不会发生疲劳失效.从裂缝控制角度而言,U型梁等效运营时间大于33年.     

预应力CTRC板加固持载混凝土梁的抗弯性能研究

采用四点弯曲试验研究用预应力碳纤维织物增强混凝土板加固持载RC梁的抗弯性能。针对梁的持载水平完成2个加固工况试验及1个参考工况试验。对各工况试验梁的荷载-跨中挠度曲线、荷载-应变曲线、承载力、延性及破坏模式进行分析。研究结果表明:预应力CTRC板能明显提高持载混凝土梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力但加固梁的延性降低。与未加固梁相比,加固梁的正常使用极限状态荷载和极限承载力最大分别提高了64.1%和80.6%。本文提出的一种加固梁极限承载力的计算方法,其极限承载力的计算值与试验值吻合良好。     

自锚式悬索桥极限承载力及安全性评价方法研究

以鹅公岩轨道交通专用桥为工程背景,对自锚式悬索桥极限承载力及其安全性评价方法进行研究。从材料的单轴本构模型出发,介绍杆单元与纤维梁单元弹塑性刚度矩阵的计算方法,基于U.L.列式编制相应的杆系有限元计算程序。对活载独立增大及恒活载同比增大两种典型荷载模式下四种工况的极限承载力计算结果进行分析,揭示了自锚式悬索桥的破坏过程中位移、截面刚度变化规律及失效机制。结合JTG/T D65-01—2007《公路斜拉桥设计细则》中大跨度桥梁非线性分析时主梁安全系数的规定,根据荷载效应等效原则,推导活载安全系数的计算公式,通过与规范对比分析发现,其计算结果更为严格,并就该公式及规范评价吊索与主缆安全性出现的结果不一致性进行分析。     

侧向压力作用下PBL剪力键的抗剪性能

为研究侧向压力对PBL(Perfobond Rib)剪力键受力全过程的影响机理,设计了4组PBL剪力键推出试验,采用螺杆施加侧向压力,进行全过程破坏加载试验,对试件的荷载-滑移曲线和破坏模式进行了分析。研究结果表明:PBL剪力键的抗剪刚度大,承载力高,剪力键延性好,达到极限承载力后剪力键承载能力降低,但不发生脆性破坏;侧向压力增强了混凝土板的整体性,试件破坏模式均为贯通钢筋剪断和底部混凝土压碎;侧向压力增强了PBL剪力键的抗剪承载力,增加幅度与侧向压力成正比;侧向压力以界面摩擦力的方式参与抗剪作用,钢混结合面的摩擦因数在试验全过程中保持稳定,测试值为0.78。     

弯-剪-扭复合作用下考虑扭转翘曲的U形薄壁混凝土梁设计方法

基于弯-剪-扭复合作用下U形薄壁混凝土梁的试验和数值模拟参数分析研究成果,提出U形梁约束扭转内力翘曲弯矩Mω和翘曲扭矩Tω的等效方法,进而提出弯-剪-扭复合作用下考虑扭转翘曲的U形薄壁混凝土梁设计方法.对考虑扭转翘曲、不考虑扭转翘曲2种情况下的设计内力和计算极限荷载的结果进行对比分析.结果 表明:2种情况下所得到的设计...     

胶合木连续梁抗弯性能试验研究

为探讨胶合木连续梁的抗弯性能。以国产速生东北落叶松为基材,加工并制作了4组12根两跨胶合木连续梁,分别开展跨中集中荷载试验,并与相同设计参数的胶合木简支梁进行对比试验。通过实测各组梁的极限承载力与极限位移、荷载-跨中竖向位移曲线,定量分析胶合木连续梁在跨中荷载作用下的抗弯性能;并以梁的截面高度、梁的结构类型为参变量,研究其对胶合木梁抗弯刚度的影响。验证胶合木梁基本符合平截面假定后对比计算了胶合木连续梁、简支梁的弯矩-曲率曲线和跨中挠度。试验与计算结果表明：胶合木连续梁破坏形态为,中支点上缘发生受拉破坏,下缘发生局部受压破坏。相同条件下胶合木连续梁的极限承载力较简支梁提升了10.47%～22.48%,极限位移降低7.41%～24.37%,胶合木连续梁的抗弯刚度明显大于简支梁。胶合木连续梁和简支梁的弯矩-曲率曲线理论值与试验值基本吻合,连续梁弯矩-曲率曲线斜率明显大于简支梁。胶合木梁的跨中挠度计算值与试验值吻合较好。胶合木梁从简支梁过渡到连续梁,抗弯极限承载力与抗弯刚度大幅提升。理论分析结果表明,胶合木连续梁较简支梁在相同变形条件下所承受的截面弯矩更大,抗弯性能更好。     

带立柱浅基础侧向极限承载力探讨

在分析影响带立柱浅基础倾覆机理和侧向稳定性的基础上,综合考虑桩前土的破坏模式,结合极限分析上限定理,推导了构筑物基础的侧向承载力极限公式。结果表明,公式中通常取n=2或3即可满足要求,应用该公式对相关构筑基础进行分析,针对不同土体的安全系数要求,可以得到其满意的设计结果。本文的研究结果为浅基础侧向承载力的计算提供了一种新的途径。     

碰撞脱轨事故下高速列车横向限位装置动力学特性及结构强度研究

基于试验和仿真分析对横向限位装置在列车碰撞事故下的动力学响应特性以及结构强度进行研究.仿真与试验结果表明:横向限位装置结构可靠且能够对列车碰撞脱轨事故进行防治.建立动力学仿真模型对横向限位装置的工作模式进行分析,在碰撞引起脱轨的过程中横向限位装置可以有效地分担轮轨横向力并制止车轮的爬轨趋势.通过有限元分析对该装置的结构...     

TPZ/48钢箱梁式架桥机施工状态下屈曲稳定性研究

采用有限元软件ANSYS建立某大跨度钢箱梁式架桥机在浇筑施工状态下弹塑性有限元模型。基于非线性屈曲理论,采用位移控制的弧长法加载跟踪结构平衡路径,对含初始几何缺陷的架桥机结构进行非线性屈曲分析。通过对失稳特征点的荷载—位移曲线分析,确定该型架桥机施工状态下的极限承载力、局部稳定和整体稳定的安全系数。架桥机的极限承载力为3 755t,大于设计施工荷载1 600t,整体稳定安全系数为2.35,但局部稳定安全系数仅为1.32;失稳位置发生在支座以及跨中的底板、横隔板、腹板等处。由非线性屈曲分析结果与特征值屈曲分析结果的对比分析得到:对于复杂结构,由于结构内局部发生屈曲后荷载会发生转移,其结构并未失去整体承载能力,因此由非线性屈曲分析得到的临界载荷可能大于由特征值屈曲分析得到的临界载荷。     

成灌铁路跨度32m预应力混凝土简支箱梁腹板竖向受力性能试验研究

我国客运专线各种标准梁型在实际应用之初均进行了实体箱梁的试验研究工作,以掌握结构的实际受力性能,对于保证箱梁的正常、安全使用起到了重要作用。以新建成灌铁路跨度32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,对梁端变截面处腹板在预施应力条件下的受力状态进行了计算分析和测试,对跨中等截面段腹板在模拟运梁车运梁通过工况下的受力性能进行了计算分析和静载试验。根据箱梁腹板受力性能试验研究结果,对箱梁的截面构造和预应力束布置进行了设计优化、完善,改善了腹板的竖向受力性能,静载试验结果表明在运梁、运营工况下箱梁能满足正常使用要求。     

二次受力下自密实混凝土加固梁抗剪性能试验研究

对7根自密实混凝土（SCC）加固梁和2根对比梁进行二次受力下的抗剪性能试验。试验采用三面U型增大截面形式,在初始受力不变的情况下进行自密实混凝土加固。研究不同初始受力,不同加固厚度及不同新老混凝土界面处理方式下加固梁的受剪破坏特征、承载力和新旧钢筋应变的变化规律。试验结果表明：采用自密实混凝土加固钢筋混凝土梁,新老混凝土共同工作性好,能够显著地提高钢筋混凝土梁的抗剪承载力。根据试验结果,得到二次受力下自密实混凝土加固梁的受剪承载力计算公式,计算结果与试验结果吻合较好。     

Research on the relationship among subgrade bearing capacity,embankment stability and settlementEI北大核心

Research purposes: In order to ensure the safety of railway or highway subgrade, subgrade bearing capacity, embankment stability and settlement which are the three main control indexes of subgrade design should be analyzed and checked in theory. However, many railway and highway designers still have differences on whether subgrade bearing capacity should be calculated in our country. Through analyzing the relationship among subgrade bearing capacity, embankment stability and settlement, the necessity of checking subgrade bearing capacity is discussed in this paper. Research conclusions: (1) It is unsafe that circular arc method is used to check the embankment stability, in the case that subgrade bearing capacity does not meet the requirements, the conclusion that embankment is stable can be also drawn. (2) The lateral displacement of subgrade will increase sharply when the load approaches or exceeds subgrade ultimate load, and the existing settlement calculation methods are no longer applicable. The application condition of settlement calculation methods is that the requirement of subgrade bearing capacity is met. (3) In order to ensure the stability of the embankment and control the settlement of it, the subgrade bearing capacity should be checked in the design of subgrade. (4) In this paper, the research conclusion can provide a theoretical basis for the further improvement of subgrade design method.     

连续梁桥荷载试验梁格法分析

研究目的:桥梁荷载试验是鉴定桥梁承载能力、评估桥梁现状的重要手段。用合理的计算方法进行结构分析尤为重要。本文利用梁格法建立模型,通过连续梁桥荷载试验分析,探讨桥梁荷载试验计算和成果分析中存在的问题。研究结论:通过工程实践,经过梁格法有限元计算所得的结果与实际试验结果进行对比分析,得出梁格法可以有效地实现荷载试验所需的结构构件的内力和挠度状态,并总结了梁格法建模时横梁的联结方法。同时指出,二期恒载对结构的影响程度不容忽视。利用本方法进行的荷载试验计算值与试验值比较吻合,其结果对类似工程有一定指导意义。     

地铁高架槽形梁足尺模型破坏试验与空间分析研究

通过某城市地铁高架试验段槽形梁桥足尺模型破坏试验,测定结构的极限承载能力,研究其空间受力变形特性及破坏特征。试验结果表明,结构在正常使用和极限状态下的极限荷载分别为设计荷载的1.68和3.0倍,具有足够的安全系数。三维有限元数值计算结果表明,底板存在剪力滞后现象,越接近梁端愈明显。底板纵向剪应力最大值出现在梁端附近截面底板与腹板相交处,支座脱空效应对脱空支座位置的底板应力影响较大,设计中需对梁端进行局部加强处理。跨中截面腹板出现拉应力,最大可达0.91 MPa,设计中应考虑设置一定的竖向抗拉钢筋,防止裂缝产生。     

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。     

新型大跨铁路应急钢桁梁稳定性研究

采用Ansys建立128 m新型大跨铁路应急钢桁梁的计算模型,系统分析不同工况和非线性因素作用下的结构稳定性,探讨列车荷载、风荷载、温度、初始缺陷、几何非线性和材料非线性等因素对结构稳定性的影响.结果表明:不同荷载组合形式和分布形式下,结构稳定系数和失稳模态不同,主力作用下最低线弹性稳定系数为8.093,失稳形式为局部...