铁路客站大跨度连廊人致振动响应分析与控制

跨度52 m的钢结构大跨度连廊是西安火车站改造工程的重要组成部分。建立有限元模型,对大跨度连廊进行结构模态分析和人致振动响应分析。结果表明,连廊结构第一阶竖向自振频率落在人正常活动的步频范围内,在正常人行荷载激励下可能引发共振且振动响应不满足人致振动舒适度的设计要求,须放置调谐质量阻尼器(Tuned Mass Damper,TMD)对1.3 Hz和2.6 Hz步频的人致振动进行减振控制。在连廊跨中区域放置TMD后,有效降低了结构的竖向自振加速度,舒适度满足设计要求。     

全焊接钢桁架桥次应力分析

研究目的:针对全焊接钢桁架桥中次应力对桥梁结构设计的影响,以某公路钢桁架桥为例,运用有限元软件ANSYS对结构进行计算,建立该桥理想铰接模型和节点刚性模型,计算由节点刚性所引起的结构次应力。研究结论:通过对两种模型应力的计算分析,得出了桁架次应力的大小及分布特征,结果表明:次应力对下弦杆、上弦杆、斜腹杆影响力依次增大;支座所在节间,下弦杆产生较大次应力,需加强支座处各杆设计。由于节点的近乎刚性,在实际桁架的杆件中不可避免的存在次应力,因此在实际的结构设计中,应该通过有限元的计算来确定次应力对结构的不利影响,不宜轻易改变上下弦杆截面。     

西安火车站跨地裂缝高架候车室主体结构设计与分析

西安火车站是在既有南站房基础上改扩建的铁路客站,受城市规划影响,西安站新建高架候车室需要跨越西安f3地裂缝。为了适应地裂缝变形,满足建筑使用需求,需要使基础避让足够的距离,并将高架候车室沿地裂缝分割成两个独立的结构单元,两个单元间通过大跨钢桁架(高程10.0 m候车层)、跨层钢桁架(高程18.0 m商业层)及钢网架(高程30.0 m屋盖层)进行连接,形成弱连接的连体结构。针对场地条件与结构特点,确定了结构的抗震性能化目标,分别对结构进行设防地震及罕遇地震下的抗震性能化设计和动力弹塑性时程分析,结果表明,结构能满足预定的性能目标,抗震性能良好。     

TMD减振技术在沈阳站房大跨度楼盖中的应用研究

新型铁路站房楼盖具有跨度大、刚度小、阻尼比低的特点,使得大跨度楼盖结构在人群活动下容易产生较大的振动,从而引起候车旅客的不舒适。基于国内外相关的研究成果,构造人群荷载的力学模型。针对沈阳站房大跨楼盖工程,选取TMD装置对结构进行人群荷载作用下的振动控制与舒适度设计,分别对多种人群荷载工况下减振前后楼盖结构的动力响应进行全过程分析,并对楼面结构减振前后的峰值加速度指标进行对比分析。结果表明:大跨楼面结构采用的TMD减振方案可以满足人群荷载作用下的舒适度要求,减振效果良好。     

某全焊钢桁架连续梁桥加固方案研究

研究目的:现行加固规范针对钢桁架连续梁桥加固中优先考虑增大杆件截面,但是针对无法卸载的桥梁,杆件在负荷情况下焊接增大截面存在较大安全风险,而节点板加固难度更大;针对全焊接的钢桁架桥,更换杆件及节点板无法实施。本文旨在通过对某某全焊钢桁架连续梁桥加固方案研究,提出一种适合的加固方法,并解决其中的关键技术。研究结论:(1)针对某钢桁架连续梁桥承载能力不足的问题,在不卸载的前提下,通过多种方案比选,创新性地提出了新增主桁的加固方案;(2)为达到新旧结构共同受力,降低原桁架承受的荷载,采取了顶升新桁架的方式进行受力体系转换;(3)计算分析和加固后两年的检验证明了加固方案安全合理,加固效果明显;(4)本研究提出的新增主桁加固可应用于同类桥梁工程中。     

重载铁路桥梁支座顶升更换施工技术

在深厚软土地区,桥下堆载与重车通行易引起桥墩沉降及倾斜,致使桥梁支座纵向位移超限。以大丽铁路某特大桥为工程依托,开展铁路桥梁支座顶升更换施工技术的应用研究。考虑运营铁路天窗期施工作业时间短、作业面狭窄、涉及专业施工内容多和安全风险高等特点,提出了用两台千斤顶同步顶升更换既有铁路桥梁支座的方案,并计算分析了千斤顶的选取、桥墩局部承压和梁缝缩小值等技术参数。结果表明:(1)采用两台DYG200型号的千斤顶,单台起重量2 000 k N,满足顶升重量要求;(2)既有桥墩顶帽C25钢筋混凝土局部承受压应力为12. 526 MPa,局部压力为885 k N,满足规范要求;(3)调整支座的梁体顶升高度为20 mm,更换支座的梁体顶升高度为88～92 mm,顶升高度满足现场施工需要;(4)顶升更换既有铁路桥梁支座施工技术对铁路桥梁支座纵向位移超限病害控制效果明显。     

超长浅埋大跨河东机场高铁站结构设计研究

研究目的:为分析寒冷地区结构受温度变化的影响,研究地下站跨度大、开洞多且位于设防烈度8度区的结构抗震性能,解决西北地区屋面钢结构在风荷载作用下的连接等问题,本文以银西高铁与银川河东机场航站楼相结合的空铁交通枢纽——河东机场站为例,对该站温度、抗震及钢结构构造等方面进行系统研究。研究结论:(1)气温变化引起地下站房结构的温度应力从车站两端向中部集中,车站中部部位出现应力最大值;(2)温度应力在梁柱节点、板墙相交以及结构开孔处出现应力集中,需采取必要的构造措施和施工措施以减小裂缝;(3)地下站房在中震作用下,结构最大层间位移角均小于1/550,结构处于弹性工作阶段,抗震工况不起控制作用;在大震作用下,弹塑性层间位移未超过1/250的弹塑性层间位移角限值,结构局部处于弹塑性工作阶段;(4)本工程采用的倒三角钢桁架结构稳定性强,适用于大跨屋架结构;轴向对称球形节点,能够有效地抵抗外荷载,提高钢架的整体稳定性;(5)本站的成功实施,为地下超长复杂大跨结构积累了经验,对后期铁路枢纽站房的建设及类似工程具有参考价值和指导意义。     

列车荷载作用下轨道箱梁结构TMD减振效果研究

为了解决高架轨道桥梁结构引起的振动及二次结构噪声问题,研究多模态TMD对轨道箱梁结构的减振效果。首先,利用有限元法建立轨道箱梁结构动力分析模型,通过约束模态分析确定其受控模态;然后,基于TMD定点理论及多自由度等价质量识别法,计算箱梁附加TMD的最优设计参数,并利用列车荷载-轨道箱梁-TMD耦合分析模型,研究多模态TMD对轨道箱梁结构低频振动的控制效果。研究结果表明：(1)轨道箱梁结构第2阶模态振动贡献最大,振型贡献率为0.784,其次是第10阶和12阶,可同时作为受控模态进行附加TMD设计;(2)在附加了多模态TMD减振系统后,轨道箱梁结构低频共振能量显著降低,且振动控制效果和质量比大小成正比关系;(3)列车荷载作用下,轨道箱梁结构附加一定质量比组合的多模态TMD后,固有频率附近频段5～10 Hz、20～31.5 Hz的加速度响应幅值显著降低,Z振级最大可减振3.91 dB。     

多重调谐质量调谐阻尼器的磁浮道岔减振方案

研究目的:对于如长沙磁浮工程已经通车的道岔,道岔结构竖向振动加速度达2. 37g以上,均远超过规范规定的无砟轨道地段不应大于0. 5g,影响道岔使用寿命、车辆寿命及旅客舒适度,需要测试分析振动超标产生原因,寻求减振方案,既要使振动满足不大于0. 5g要求,又要尽可能少增加道岔梁质量影响道岔梁转动速度。研究结论:(1)经测试分析,长沙磁浮工程道岔梁振动为车轨共振,可采用减振器消能减振;(2)磁浮列车不同于轮轨列车,受电磁悬浮控制系统影响,列车自振频率存在一定波动,采用多重调谐质量调谐阻尼器(TMD)的方式控制一定激振频率带的振动,达到控制频率能全覆盖;(3)采用模糊控制理论的多重调谐质量调谐阻尼器(TMD)适用于处理所有因共振引起的结构振动超标。     

跨层平面桁架结构静力稳定性研究

跨层平面桁架结构体系在大跨度钢结构中得到广泛应用,其稳定问题是结构设计的关键。以大庆西站房跨层平面桁架结构为背景,采用缩尺试验和数值分析相结合的方法,系统分析该跨层平面桁架结构的整体稳定性能。研究结果表明:该跨层平面桁架结构失稳形式主要为面外弯曲失稳,面外变形较小;桁架节点处由于杆件交汇数量多,局部应力复杂,发生明显的强度破坏,建议实际工程中应对受力较大的节点进行加强处理。     

支座摩阻效应对大跨长联连续梁桥地震反应的影响分析

为了解支座摩阻效应对长联大跨连续梁桥地震反应的影响,并得出可应用于工程的相应简化计算方法,以处于高烈度区的某铁路大跨长联连续梁为工程背景,按照不计与计入活动支座摩阻效应两种工况,利用Midas/Civil软件建立结构的三维空间杆件模型,并选用软件中的两种双线性理想弹塑性单元模拟支座的摩阻,采用非线性时程分析方法,对结构进行多遇地震下的地震反应分析。分析结果表明,对于这种设置1个固定墩的大跨长联连续梁结构,是否计入活动墩的支座摩阻效应对固定墩的设计影响很大,设计中需要考虑活动墩的支座摩阻。对于此类结构采用反应谱法进行多遇地震下的抗震计算时,活动墩顶的水平地震力可以直接用支座承受的竖向力乘以给定的支座摩阻系数,固定墩顶的水平力用反应谱计算值减掉活动墩水平摩擦力之和的0.8倍,可以满足工程设计精度要求。     

地裂缝环境下盾构隧道结构性状及适应性研究

为了揭示地裂缝环境下不同拼装方式盾构地铁隧道结构性状及适应性,以拟建西安地铁8号线为依托工程,考虑采用盾构隧道穿越地裂缝场地为工程背景,建立三维有限元数值模型,对地裂缝错动作用下不同拼装方式盾构隧道结构变形与内力及适应性进行分析。主要结论:地裂缝错动时通缝拼装盾构隧道沉降变形明显大于错缝拼装盾构隧道;拼装方式对管片衬砌结构内力分布规律的影响不大,均表现为拱底位置出现管片接头挤压破坏和两侧拱腰位置受剪最为严重,但数值上通缝隧道内力更小一些;通缝隧道的环间相对垂直位错量及影响范围均大于错缝隧道。从地裂缝场地盾构隧道适应性来看,当地裂缝位错量s≤10 cm时,两种拼装方式的盾构隧道均可用于地裂缝场地,而当地裂缝位错量s10 cm时,错缝拼装的盾构隧道更适合地裂缝场地。     

某大跨度钢桁架桥抗震分析

大跨度多功能的地标性桥梁建筑在城市桥梁建设中频繁出现,其抗震性能的分析计算成为控制设计的主要因素,传统的桥梁结构的抗震设计不考虑固定支座破坏的非线性力学性能,但该假定是不切合工程实际的。以某大跨度钢桁架桥为例,采用MIDAS CIVIL有限元软件,分别采用地震反应谱和非线性时程分析方法,对考虑固定支座破坏与否的情况下桥梁结构的地震反应进行了对比分析,分析表明,考虑支座破坏分析后桥墩水平地震力大大减小,上部钢桁架与桥墩均未屈服,摩擦摆支座位移符合规范要求,非线性时程分析结果更符合工程实际。     

菱形挂篮和钢管支架的动态受力性能分析

以洞庭湖特大桥君山岸引桥为实例,主跨为(75+3×120+75)m五跨变截面预应力混凝土连续箱梁,建立菱形挂篮和钢管支架的Midas空间有限元模型,考虑动力冲击系数模拟动态施工过程,分析菱形挂篮和钢管支架的变形和强度特征。结果表明,挂篮底前横梁最大变形值为17.05 mm,满足规范要求;主桁架可简化为平面桁架结构计算杆件内力,横梁和底纵梁均可简化为平面梁单元结构计算杆件内力;主桁架、横梁和底纵梁的压应力和拉应力均满足要求,且富裕度较大。钢管支架结构最大变形值的数值结果为5~7.5 mm,与现场支架预压数据较吻合;钢管支架结构主要受力构件为钢管,横撑和斜撑受力较小。     

既有900t架桥机结构检测试验与状态评估

研究目的:针对架桥机作业环境复杂、安全事故时有发生、既有结构安全评定方法与现场实际结合不紧密的问题,通过对箱型结构和桁架结构两种形式的架桥机进行应力水平、静刚度、动刚度、锈蚀检测测试,结合金属结构的外观检查,总结两种结构形式架桥机的典型病害,构建模糊评判因素集,利用模糊综合评判的方法对架桥机的结构安全状态进行综合评估。研究结论:(1)既有900 t架桥机的结构状态不容乐观,锈蚀与缺陷、结构变形、动态刚性不能满足规范要求,需采取技术措施;(2)箱型结构架桥机截面内部锈蚀现象普遍,且局部锈蚀程度超标;(3)桁架结构架桥机杆件变形现象普遍,螺栓破损经常发生;(4)基于结构检测试验结果,可通过模糊综合评判的方法对架桥机结构安全进行状态评估;(5)该研究成果可为既有架桥机的结构检测和状态评估提供理论参考。     

杆端缩尺钢桁架桥梁结构静力计算与优化分析

以某下承式铁路钢桁架简支梁桥的单榀Warren桁架为研究对象,对杆端缩尺钢桁架桥梁结构及其端部缩尺压杆进行有限元分析和用钢量优化,重点研究杆端缩尺参数对杆件内力、截面应力、结构刚度、结构弹性稳定、压杆极限承载力、最小用钢量等的影响.结果表明:杆件截面高度缩尺是最理想的杆端缩尺方案;随着缩尺幅度的增大,桁架结构的杆件轴力变化很小,但杆端次弯矩和剪力显著减小,且结构竖向刚度和弹性稳定性有所降低.通过适当提高缩尺段的钢材强度等级,端部缩尺压杆的极限承载力将不低于未缩尺压杆,并可在满足结构强度、刚度及稳定性要求的前提下,进一步通过杆件截面优化,得到比未缩尺设计更小的结构用钢量.     

大跨度钢桁拱桥关键节点受力特性及优化研究

横琴二桥是国内跨度最大、桥面最宽的公路钢桁架拱桥,孔跨布置为:100+400+100=600 m。桥下拱肋与下弦杆交汇处的节点(E9节点)采用焊接整体节点,节点板将主桁相关杆件和桥面纵、横梁连成一体,各构件内部加劲肋众多,形式、尺寸多样,节点的结构构造和受力状态复杂。在全桥空间有限元分析的基础上,选取具有代表性的E9节点和2个最不利的主力组合工况,完成局部精细有限元分析。研究结果表明:2个工况下E9节点各相关杆件绝大部分区域应力水平较低,Mises等效应力小于200 MPa,局部区域应力集中程度较严重,应力水平超出了弹性范围。针对拱内下弦杆变截面处出现的高应力区域的情况提出改善措施,建议在该位置增设一道环形横隔板,该方案可不影响下弦杆内的柔性系杆通过。增设横隔板后,变截面处的应力集中现象得到明显改善,应力水平在弹性范围以内。     

常见公跨铁箱梁桥抗震方法比较研究

公跨铁桥梁位于交通枢纽位置,抗震性能要求高,设计复杂。以一座位于地震高烈度区跨越铁路的4×30 m箱梁公路桥为例,建立全桥有限元模型,通过非线性时程分析方法,对支座剪坏和墩身延性等两种耗能方式进行比较研究。研究表明:两种方式均能显著减少结构所受地震荷载作用,纵向输入时,墩身延性减震效果要优于支座剪坏;在横向输入下,支座剪坏比墩身延性方式更能减少结构受力。根据这两种减震方式的不同,提出抗震设计细节处理的注意事项。     

钢桁结合梁整体节点及细节构造设计与研究

研究目的:(1) 研究确定腹杆与节点板间合理的连接方式,使腹杆与节点板间传力简捷明确,腹杆端部应力分布均匀,提高腹杆抗疲劳性能;(2) 研究确定横梁与弦杆间合理的连接方式,使横梁上翼缘接头构造满足结构疲劳性能要求,避免与之连接的下弦杆竖板发生层状撕裂破坏;(3) 研究确定钢桁结合梁桥整体节点细节构造,使受力复杂的整体节点传力简捷明确,避免应力集中,改善结构疲劳性能.研究结论:(1) 腹杆与节点板间采用全截面拼接,腹杆应力分布均匀,节点刚度大,杆件抗疲劳性能好.(2) 横梁上翼缘接头板与弦杆间采用大弧过渡及熔透焊缝,焊缝质量等级要求为Ⅰ级,焊缝端部要求打磨锤击处理,可满足此处焊接疲劳性能要求.弦杆与横梁相交处,弦杆竖板突出30 mm并采用Q370qE-Z25钢材,可避免此处弦杆竖板发生层状撕裂.(3) 在整体节点及其它钢结构设计细节中,贯彻大弧、缓坡、打磨、锤击等防裂、防断措施.可有效提高整体节点和其它细节构造的疲劳性能,满足结构抗疲劳性能要求.     

铁路桥式中间车站无站台柱雨棚托架结构分析

研究目的:铁路中间站桥式车站无站台柱雨棚,主体结构形式通常采用拱形。采用Midas Gen软件对无站台柱雨棚托架在各项荷载工况作用下(恒载含自重、屋面活载、风荷载、温度作用以及水平地震作用)进行结构静力分析,提出无站台柱雨棚托架在各荷载工况下的受力和变形控制因素,以及工程设计时应注重的问题。研究结论:(1)铁路桥式中间站无站台柱雨棚,主体结构一般呈拱形,使托架结构承受两个方向的弯矩和剪力,由于剪力相对于杆轴偏心,因此也承受着扭矩,是典型的弯剪扭构件;(2)温度变化将引起托架结构一定程度的应力和应变,尤其是钢管桁架托架在温度作用下,托架结构的应力和轴向变形比较大;(3)预应力钢筋混凝土梁托架结构,在温度应力作用下易引起出现混凝土开裂现象,设计时应考虑托架结构合理分缝,以避免应力和变形累积;(4)本文对钢管桁架托架结构的分析方法与研究成果,对铁路中间站桥式车站的结构设计具有一定的参考价值。