防落石刚性栅栏防护能量试验与数值分析

结合山区高速铁路沿线刚性栅栏的工程应用情况,针对防落石冲击刚性栅栏防护能量缺乏设计依据的现状,开展了实际尺寸刚性栅栏落石冲击试验,研究其变形特征和传力机理。分析该结构受落石冲击过程中三阶段的传力工作状态,指出了系统中的薄弱环节。基于LS-DYNA的显式算法,模拟落石冲击刚性栅栏的全过程,并与试验结果进行对比,二者吻合较好。研究结果表明:刚性栅栏的主要耗能构件为角钢横撑和角钢钢柱,整个系统的刚度较大,防护能量较小,在落石冲击下将会产生较大变形。基于研究结果提出了刚性栅栏防落石系统设计优化建议。     

橡胶缓冲垫层保护下棚洞结构落石冲击力学响应研究

采用以橡胶为原料的废弃轮胎作为垫层材料,利用有限元软件建立落石冲击棚洞结构模型,研究落石冲击速度、橡胶缓冲垫层厚度对棚洞结构最大等效应力、结构动能、节点位移等的影响。结果表明:在竖向落石冲击作用下,棚洞结构中间跨的横梁端部为受力不利位置;落石的冲击速度越高、橡胶缓冲垫层越厚,橡胶垫层的缓冲作用越显著;在冲击荷载作用下,棚洞结构横梁下部会承受较大的拉应力,应加强横梁底部的钢筋布置。     

梁柱半刚性连接的钢框架非线性分析

考虑连接的半刚性以及构件的几何非线性的影响,采用二阶非线性分析方法对半刚性连接钢框架进行分析,推导考虑轴力和剪切变形影响的刚性梁柱单元刚度矩阵和半刚性梁的单元刚度矩阵,并编制了相应的程序计算钢框架的内力和位移.算例结果表明,考虑连接的半刚性,节点约束程度减弱,钢框架横梁跨中弯矩和柱底弯矩增大,梁端弯矩减小;节点半刚性连接和二阶效应对钢框架受力性能有明显影响.     

盾构隧道施工对短桩基-框架结构的影响

以成都地铁1号线盾构隧道近距离穿越某短桩基-框架结构为背景,采用Mohr-Coulomb弹塑性屈服准则,建立有限元数值模型,研究盾构穿越施工对桩基和框架结构的影响.研究结果表明:采用荷载转移措施可减小隧道上方的荷载和结构变形,有效保护建筑结构;盾构掘进对框架结构的边跨梁影响较大、对中跨梁影响较小,梁的最大正弯矩在二层右边跨梁的跨中,最大负弯矩在二层右边跨梁的右端头位置,柱的最大正弯矩在隧道右侧最远处的柱与二层右边跨梁刚接的位置;盾构从桩端下方穿越使隧道正上方及两侧的3根桩的轴力减小,两侧桩体下部向隧道方向产生挠曲变形,正上方桩体发生整体位移;距隧道较远处的桩发生刚性倾斜,桩轴力增大.监测数据表明,盾构穿越施工对桩基影响较小,荷载转移措施达到预期效果.     

落石碰撞切向恢复系数的取值研究

切向恢复系数是落石运动轨迹计算和被动防护系统设计的重要参数之一。通过不同坡面状态、落石形状和质量的落石模型冲击试验,进行落石碰撞切向恢复系数研究。结果表明:落石的形状对切向恢复系数无明显影响;落石质量、坡面状态、坡度、下落高度对切向恢复系数的影响较大,切向恢复系数随坡面由软到硬以及落石质量的增大而逐渐增大,随碰撞坡面坡度和下落高度的增大而逐渐减小;各种试验条件下切向恢复系数基本均在0.4以上,占总试验次数的98%,0.5以上的占93%,0.9以上的占25%,表明在碰撞过程中,落石切向速度的损失有限,在当前落石运动路径模拟中,现有切向恢复系数取值在部分情形下偏小,可能导致被动防护设计安全储备不足。综合考虑坡面状态和坡度2个因素,给出了不同条件下切向恢复系数的建议值。在实际取用时,坡面越硬、坡度越小则取区间内高值,反之,则取区间内低值,或直接采用区间随机取值。     

被动柔性防护网结构足尺冲击试验研究

为研究被动柔性防护网结构的落石防护性能,设计2组防护能级为750 k J的柔性被动防护网结构,进行足尺冲击试验研究。模型1为按照现有标准所选型得到的系统配置;模型2为改进后的柔性被动防护网结构。试验结果表明:模型1无法拦截750 k J落石的冲击,系统崩溃;模型2成功地拦截了落石,且冲击后模型2的各主要组成构件等均未发生破坏,仅需要对耗能元件进行更换,即可继续投入使用。通过对高速视频的解构,对各部分组成构件的运动和受力特征进行详细分析,明确系统的三阶段工作历程,并分析系统失效的关键因素,同时,对实测的钢丝绳拉力时程进行对比分析。研究结果为今后柔性被动防护网结构的设计提供了理论基础。     

砂卵石地层不同结构型式大跨无柱地铁车站的抗震动力响应分析

针对砂卵石地层条件下不同结构型式的大跨无柱地铁车站,依托成都轨道交通某无柱车站,运用有限元软件和时程分析法进行抗震计算,对比分析了不同结构型式下车站的抗震动力响应。相比于矩形平顶直墙结构,无柱车站起拱可显著优化结构受力,其弯矩值可减少约35%,受力性能显著提升,具有较好的抗震特性;拱顶不同矢跨比对结构内力及层间位移角影响的敏感性分析表明,随着结构矢跨比增大,结构层间位移角呈递减趋势,当结构矢跨比接近0.25时,层间位移角降幅趋于平缓。不同结构型式车站的内力极值均出现于板墙相交位置,设计时应加强该处的抗震构造措施,以提高结构在地震作用下的抗剪和抗弯承载能力。     

锚固区钢绞线锈断PC梁黏结性能退化试验研究

为研究锚固区钢绞线锈断对后张预应力混凝土梁黏结性能的影响,对6根预应力混凝土构件进行静力拉拔试验.通过设计电化学快速锈断钢绞线、缓慢切割钢绞线和直接放张3种应力释放方式,研究应力释放方式、混凝土强度和箍筋直径对断后预应力钢绞线黏结性能的影响,揭示预应力钢绞线与混凝土黏结力沿纵向的分布规律,得到预应力钢绞线的黏结-滑移曲线以及试件达最大拉拔力时预应力混凝土梁的裂缝分布形态.试验结果表明:钢绞线与混凝土的黏结破坏由拉拔端逐渐向自由端发展,应力释放速度越缓,试件初始损伤越小,拉拔过程中黏结性能越稳定;提高混凝土强度等级和增大箍筋直径均可提高预应力钢绞线与混凝土间的黏结强度;试件破坏形式主要为黏结失效或预应力钢绞线断裂破坏.本研究为完善锈蚀钢绞线与混凝土间黏结性模型提供了试验基础.     

岔桥相对位置对桥上无缝道岔受力和变形的影响

为了进一步研究桥上无缝道岔受力和变形的特点,通过建立"岔-桥-墩"纵向相互作用一体化计算模型,分析道岔与桥梁的相对位置对钢轨、道岔、墩台等结构部件受力及变形的影响.经计算分析表明,随着道岔头部距连续梁桥左端梁缝距离的增大,基本轨伸缩附加力、伸缩位移、桥墩所受纵向力减小,翼轨末端间隔铁承受的纵向力增大;尖轨跟端限位器所承受的纵向力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移,并不随道岔头部距梁端的距离呈单向变化,只有当道岔头尾距离梁端在一定合适位置时,才能确保限位器受力、尖轨与心轨相对于岔枕的纵向位移最小.     

聚四氟乙烯胶垫配套WJ-7型扣件纵向阻力特性研究

为得到采用聚四氟乙烯胶垫的WJ-7型扣件纵向阻力特性,在不同工况下对扣件纵向阻力进行试验测试,并建立桥上CRTSI型板式无砟轨道无缝线路计算模型,分析采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统在桥上无缝线路的使用性能。研究结果表明:对比普通胶垫,WJ-7型扣件采用聚四氟乙烯胶垫可以显著降低扣件纵向阻力,但容易发生胶垫窜出现象,将聚四氟乙烯胶垫与普通胶垫作黏结处理后对其纵向阻力影响很小;扣件纵向阻力随聚四氟乙烯胶垫厚度增大而减小;轨底作除锈处理对采用普通轨下胶垫与复合胶垫的扣件系统纵向阻力影响较大,对采用聚四氟乙烯胶垫扣件系统纵向阻力影响很小;与采用复合胶垫相比,扣件系统采用聚四氟乙烯胶垫时钢轨附加力及纵向位移会略微增大,当胶垫窜出时,在桥端2块轨道板采用聚四氟乙烯胶垫可明显减小钢轨附加力及纵向位移,并显著降低凸型挡台承受的纵向力。     

不锈钢钢筋混凝土梁动态损伤试验与数值模拟

为了研究不锈钢钢筋混凝土梁(SRC梁)在冲击荷载作用下的损伤行为,采用国内先进超高重型落锤冲击试验系统对2组钢筋混凝土梁进行竖向冲击试验,并建立考虑材料率效应的有限元模型,对实验结果进行验证与拓展.研究结果表明:在冲击荷载作用下,等截面代替后合理配筋的SRC梁具有较好的抗冲击性能;若梁的损伤逐渐接近完全破坏,则跨中峰值位移与残余位移的比值逐渐减小并趋于1.5;SRC梁的最大极限位移较RC梁大;梁整体的破坏类型主要取决于抗弯、抗剪、抗开裂能力是否能承受局部破坏后剩余的冲击荷载;分析得出局部响应阶段梁扰动区域内力计算的经验公式.     

京新高速上地斜拉桥抗震设计分析

以京新高速公路工程上地铁路分离式立交斜拉桥为对象,分别考虑活动盆式支座的影响,对全桥结构的抗震性能进行了计算分析研究。采用MIDAS建立了斜拉桥的动力有限元模型,考虑E1和E2两种地震动水平的作用,采用反应谱法对斜拉桥的自振特性和抗震性能做了数值分析。研究表明,考虑活动盆式支座的影响,主塔根部截面的内力减小,支座的水平力减小,而桥墩墩底处的内力增大,全桥纵向位移小;不考虑活动盆式支座的影响,主塔根部截面的内力增大,支座固定方向水平力增大可能导致剪坏,桥墩墩底内力减小但全桥纵向位移增大,需要采取减隔震措施来减小纵向位移。     

悬臂施工连续梁桥合龙设计优化及影响分析

合龙阶段的施工工序对多跨连续梁桥的内力和累计位移均有一定的影响,以一座4跨连续梁桥为例,根据合龙阶段预应力钢束张拉阶段的不同,建立该桥的两种有限元模型,根据各个施工阶段的分析结果,对比分析预应力张拉阶段对梁体内力、累计位移的影响。结果发现,预应力张拉阶段对多跨连续梁桥结构的内力影响较小,对梁体结构的累计位移影响较大,根据分析结果,对该桥的合龙工序进行了优化。建议多跨连续梁桥在进行安全设计的同时应考虑结构线形控制的难度,对合龙工序进行优化。     

“两隧夹一桥”段落高铁落石脉冲式碰撞防护方案研究

我国建成高铁主要分布在平原区,"十三五"规划中部分高铁位于山区,山区危岩落石多,需加强落石防护。受山区陡峭地形限制,以往的隧道明洞接长防落石方案已经不能满足使用要求,目前没有特别适合的防护方案,陡峭山区的落石防护成了制约我国高铁发展的瓶颈。针对陡峭地形特征建立工程模型,对落石轨迹模拟分析,落石最大速度和动能计算研究,提出适宜防护方案和缓冲层方案,研究结论:(1)落石能量宜分级化,对设防目标分级处理,才能使防护结构进一步精确化;(2)基于落石的脉冲力特性,柔性结构承受脉冲力荷载有天然优势,且柔性结构质量轻,引起下部增加的工程数量小,落石防护方案宜向柔性结构方向靠近;(3)落石防护应与主、被动防护网结合,主要是对漏过主、被动防护网后的"漏网之石"进行二次防护为主,对防护任务分层处理,明确各处防护结构的防护目标。     

预应力混凝土连续梁桥合龙施工关键技术

以杭州—黄山高速铁路(40+2×72+40)m预应力混凝土连续梁桥为工程背景,采用有限元软件Midas Civil分析了不同合龙顺序对悬臂浇筑预应力混凝土连续梁桥成桥内力和累计施工位移的影响,探讨了平衡配重、合龙口锁定、解除临时约束等预应力混凝土连续梁桥合龙施工关键技术。结果表明,合龙顺序对连续梁桥成桥内力和累计施工位移影响较大,4跨连续梁宜采用先对称合龙中跨、再对称合龙边跨的顺序。     

合龙顺序对高速铁路连续梁桥的影响分析

对同一座桥梁建立了2个不同合龙顺序的模型,从施工方案、累计位移和成桥应力3个方面,对合龙顺序对连续梁桥的影响进行了研究,探讨了不同合龙顺序连续梁桥温度内力的计算方法和有限元建模方法,分析了不同合龙顺序下刚性支撑的受力差别;并研究了合龙顺序对线形控制难度和成桥应力的影响。结果表明,先合龙边跨后合龙中跨方案对刚性支撑的要求较低,可以降低线形控制的难度,且2种合龙方案均能满足运营阶段的要求。建议对于3跨连续梁,在现场条件允许的情况下,先合龙边跨后合龙中跨。     

桥墩温差荷载引起的桥上无缝线路钢轨附加力

采用单位荷载法计算桥墩温差荷载引起的墩顶纵向位移。根据梁轨相互作用原理,建立“轨—梁—墩”有限元模型,计算桥墩温差引起的桥上无缝线路钢轨附加力,研究桥墩温差引起的钢轨附加力的分布规律及其影响因素。研究表明:多跨简支梁桥墩温差引起的钢轨附加力的最大压力出现在右桥台处,最大拉力出现在靠近左桥台的边墩处,离桥台越远,钢轨附加力越小;随着墩高的增加,桥墩温差引起的钢轨附加力增大,建议在设计高墩桥上无缝线路时,应考虑桥墩温差引起的钢轨附加力,并与其他钢轨附加力叠加检算钢轨强度和无缝线路稳定性;桥墩温差引起的钢轨附加力,随着桥墩纵向水平线刚度的增加先快速增大,到一定程度后变缓;桥梁跨度对桥墩温差引起的钢轨附加力影响很小;钢轨附加力随着简支梁跨数的增加而增大,但逐渐变缓,当简支梁跨数超过18跨以后,钢轨附加力不再增长。     

简支梁桥上Ⅰ型板式无砟轨道挠曲受力与变形

研究目的:桥上无缝线路受力比较复杂,桥梁、轨道结构的受力变形成为广泛关注的问题。为研究列车荷载作用下桥上轨道结构的受力变形规律及影响因素,根据多跨简支梁桥上单元板式无砟轨道无缝线路的结构特点,基于有限元法建立多跨简支梁桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道无缝线路空间耦合模型,计算列车荷载作用下桥上轨道结构的挠曲力与位移,并分析扣件纵向阻力、墩台顶固定支座纵向水平线刚度以及桥梁跨数等因素对挠曲受力与变形的影响规律。研究结论:(1)在列车荷载作用下,钢轨挠曲拉力及压力最大值分别出现在左侧桥台固定端与最后一跨跨中位置,钢轨位移呈先增后减的趋势,并在两侧路基段逐渐减小至零;(2)采用小阻力扣件可明显降低钢轨及轨道结构的受力,但同时会增加轨板相对位移,需要重点关注钢轨在桥台处的爬行;(3)采用较大纵向水平线刚度的低墩桥对列车荷载作用下桥上轨道结构纵向位移而言是不利的;(4)随着桥梁跨数的增加,轨道结构的纵向力与位移也不断增大,在6跨之前增幅明显,6跨之后增幅明显放缓并逐渐趋于平稳;(5)本研究成果对桥上CRTSⅠ型板式无砟轨道的设计及结构安全性具有参考价值。     

桥梁参数对桥上无缝线路伸缩力的影响分析

基于有限单元法和梁轨相互作用理论,以铁路常见桥型连续梁桥和简支梁桥为例,建立了线-桥-墩一体化桥上无缝线路计算模型,分析了伸缩力的作用规律及桥梁跨数、支座、墩台纵向水平刚度、桥梁跨度对伸缩力的影响。结果表明:宜增大连续梁相邻简支梁桥墩的纵向水平刚度,以提高其承载能力;对于多达数十跨、数百跨的简支梁,可只取10跨计算;对于多联连续梁桥,可只取相邻5跨简支梁进行计算;我国桥上无缝线路计算中一般未考虑活动支座摩擦系数的影响及将支座视为刚性体,都是偏于安全的;桥梁墩台纵向水平刚度不宜过大。     

重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路非等跨简支梁桥上无缝线路纵向力的分布规律,建立6-32 m+40 m+6-32 m(30 t轴重)重载铁路简支T梁与轨道相互作用有限元模型,与13-32 m简支梁桥相对比,研究温度、竖向活载、列车制动及地震作用下系统的受力和变形特征,探讨非等跨简支梁(40 m简支梁)对系统的影响规律。研究表明,各类荷载作用下,钢轨应力峰值多集中在各简支梁相接处及跨中位置;地震作用下,钢轨和墩底承受着极大的纵向力;非等跨简支梁桥对伸缩力和挠曲力影响较大,将使钢轨伸缩拉应力增大70%、钢轨挠曲应力增大50%、部分桥墩墩顶挠曲力增大50%;非等跨简支梁桥对制动力和地震力影响较小。