高速铁路预应力混凝土桥梁预制装配整体式桥面系性能研究

基于我国高速铁路装配式桥梁发展现状和应用前景,为了进一步提升桥梁建造工业化水平,对预应力混凝土桥梁预制拼装桥面系附属结构进行系统研究。通过设计优化,提出一种边墙-电缆槽-防护墙一体化预制装配整体式桥面系设计方案;通过工艺试验,对构件预制、预埋套筒定位、构件吊装、砂浆垫层施工等关键施工技术进行方案优化;最后通过足尺模型试验验证预制装配整体式桥面系在脱轨荷载作用下的力学性能,并通过极限承载力试验进行装配式结构安全性检测。研究成果在京雄城际铁路得以应用,为高速铁路桥梁装配化发展提供了宝贵经验。     

铁路箱梁装配式桥面系防撞性能试验研究

研究目的:为推动装配式结构在铁路桥梁中的应用,本文针对列车脱轨荷载作用下客货共线铁路箱梁装配式桥面系开展试验研究.为掌握新型装配式桥面系的防撞性能,设计和制备预制装配式桥面系挡砟墙和现浇挡砟墙足尺试验模型,对足尺模型开展静载试验,对比研究客货共线铁路箱梁预制装配式桥面系挡砟墙防撞性能.研究结论:(1)装配式桥面系挡砟墙...     

地铁车站装配式出入口接缝抗震性能试验研究

研究目的:装配式混凝土技术因其生产高效、便于连接、节能环保等优势逐渐广泛应用于地下结构,针对装配式构件连接抗震性能较差的特点,本文提出一种型钢插入式连接的装配式出入口结构,并探讨其接缝抗震性能。通过采用低周反复试验,得到型钢连接节点的承载能力、耗能能力、刚度、破坏形态等指标,并对型钢承插接口的抗震性能进行评价。研究结论:(1)试验及分析结果表明,试件破坏形态均为侧墙整体受弯延性破坏;(2)与现浇试件相比,装配式试件峰值承载力、刚度、延性及耗能等指标与现浇试件基本接近;(3)在保证峰值承载力基本相当的前提下,型钢长度500 mm的试件具有较好的延性与耗能性能,且相对经济,建议作为装配式出入口接缝连接构造的优选方案。     

CRTS Ⅰ型CA砂浆劣化对其疲劳寿命的影响分析

研究目的:CA砂浆脱空是板式轨道的典型伤损,在列车荷载作用下,CA砂浆劣化将降低其疲劳寿命。为研究CA砂浆劣化对其自身疲劳寿命的影响,本文建立CRTSⅠ型板式轨道有限元模型,以Miner线性疲劳累计损伤准则为基础,研究CA砂浆在不同劣化情况下的应力和疲劳寿命,从而为无砟轨道的养护维修提供参考。研究结论:(1)仅考虑CA砂浆性能劣化50%时,列车荷载作用下CA砂浆所受的应力及疲劳寿命均减小,但仍能满足60年的使用寿命;(2)仅考虑CA砂浆层脱空和同时考虑CA砂浆层脱空与性能劣化50%时,CA砂浆层的压应力显著增大,疲劳寿命显著降低;(3)CA砂浆层板端脱空长度达到1.225 m时,CA砂浆的疲劳寿命不再满足60年的使用寿命;(4)建议CA砂浆的脱空长度应小于1.225 m,且在CA砂浆的服役寿命内加强养护维修,防止CA砂浆发生疲劳破坏;(5)本研究成果可为板式轨道CA砂浆的养护维修提供指导。     

桥梁防护墙在不同车型列车碰撞作用下的防护效果

为探究桥梁防护墙的防护作用及列车头车脱轨碰撞防护墙后的运行状态,在Hypermesh软件中建立多种车型列车头车与桥梁防护墙碰撞的有限元模型,研究列车脱轨后与桥梁防护墙的碰撞过程。研究表明：A型动车组头车在无砟轨道上脱轨后,一侧车轮会掉入防护墙与底座板之间的空隙中,车体有明显的爬墙和倾覆趋势,防护墙承受的碰撞力达1 144 kN,防护墙严重破损,碰撞过程较为危险;B型动车组在有砟轨道上脱轨碰撞防护墙过程中,主要碰撞部位集中于设备舱豁口处,该部位会破坏防护墙上层单元进而出现车体爬墙现象,防护墙承受的碰撞力达345 kN;C型机车在有砟轨道上脱轨碰撞防护墙的过程中,碰撞部位集中在排障器边缘处,其切削作用于防护墙,没有出现爬墙现象,故较其他车型更安全,防护墙承受的碰撞力为292 kN。     

基于美标的铁路宽轨距轨枕结构设计与计算

研究目的:基于美国相关规范研究1 667 mm宽轨距轨枕的结构设计,根据基本参数和规定,确定轨枕外形设计原则,基于美国AREMA计算方法计算分析轨枕荷载弯矩,根据外形尺寸和配筋,计算分析轨下及枕中截面承载力弯矩及静载试验值等,为轨枕试验提供依据,确定满足美标要求的宽轨距轨枕的基本设计方法。研究结论:(1)设计的宽轨距轨枕其外形尺寸及钢筋用量满足轨枕供货技术要求;(2)根据美标计算方法,确定了设计的轨枕的承载力弯矩和试验荷载值;(3)计算结果表明,轨枕承载力弯矩大于荷载弯矩;(4)轨枕静载试验及疲劳试验表明,轨枕符合正负弯矩试验的要求和抗疲劳要求;(5)计算与试验表明,设计的宽轨距轨枕满足美标的要求和阿根廷铁路项目使用要求。     

基坑工程钢支撑BFW活络端力学性能试验研究

高速铁路明挖隧道、地下铁道明挖车站的基坑工程大量采用内撑式围护结构,其中钢支撑活络端是控制基坑稳定与变形的关键构件之一。针对现有活络端结构的不足,研发了新型的BFW(Bolt Fasten Wedge)活络端,并按照1∶1的尺寸加工制作了3套试件。对该3套试件在不同工况下进行了弹性试验和极限承载力试验,研究了其在轴向荷载和不同方向偏压荷载作用下的力学性能,分别得到了这些试件的极限承载力和破坏形式。试验结果表明:(1)受荷载前期,试件都处于线性受压阶段,位移较小,稳定性好;(2)对比弹性试验不同工况下的试验结果发现:试件的整体刚度和截面抗弯刚度都随调节量的提高而下降;(3)试件的最终破坏形式为螺栓断裂,提高螺栓强度,增加螺栓个数可以提高活络端的承载能力;(4)试件在偏心荷载作用下产生偏转,但承载能力没有降低,活络端在轴心和偏心荷载作用下的极限承载力约为5 800 kN。所研发的BFW活络端结构简单,承载性能好,有推广应用前景。     

空斗墙墙片的拟静力试验研究

针对我国广大村镇地区大量存在的空斗墙房屋,以掌握空斗墙墙体的抗震性能及为其抗震加固提供理论依据为目的,通过对9片1/2模型的空斗墙墙体的水平低周反复荷载试验,研究分析3种砌筑方式的空斗墙墙体在2种砂浆强度、2种竖向压应力的影响下,墙体出现裂缝至破坏的全过程、破坏形态以及墙体的抗震抗剪承载力、滞回曲线、骨架曲线、相对变形以及延性等基本抗震性能指标.试验研究结果表明:空斗墙容易开裂,开裂荷载约为极限荷载的70%,破坏极具脆性;墙体的抗震抗剪承载力低,各滞回环的面积小,墙体的耗能能力弱,相对变形小,刚度退化快,墙体的抗震性能差.     

高速铁路声屏障降噪效果及其影响因素分析

根据我国高速铁路（客运专线）声屏障降噪效果实测结果及高速铁路列车运行噪声特性,就声源构成、频率特性、桥面系及防护墙对声屏障降噪效果的影响进行分析。结果表明,随着速度提高,声屏障总体降噪效果呈下降趋势;铁路声屏障对500Hz以上的中高频噪声具有较好的降噪效果,但对250Hz以下的中低频噪声效果不大;桥面系及防护墙可起到一定的声屏障降噪作用。因此,在铁路声屏障设计中应根据高速铁路声源特性进行声学设计计算;在环境影响评价中,也应采用合理的声屏障降噪效果并考虑桥面系及防护墙的屏障作用;同时,应加强提高声屏障构件的低频隔声性能和吸声性能。     

高墩大跨连续刚构桥的荷载试验

为评估悦乐高墩大跨刚构桥的实际承载力,在现场荷载试验中测定了静载工况下各控制截面的应力状态及整体的变形情况。通过脉动试验、无障碍和有障碍行车试验研究了该桥的自振特性、不同行车速度下的模态响应及跳车情况下的冲击作用。结果表明:静载试验的应变和挠度实测值均小于理论计算值,桥梁接近处于弹性工作状态,竖向刚度满足规范要求;行车速度在20~40 km/h范围时冲击系数与车速无明显的正相关性,桥梁整体在加载车辆作用下引起的动态位移值很小,桥梁无异常反应,结构性能满足设计荷载(公路-Ⅰ级)正常使用要求。     

装配式栓钉剪力连接件抗剪承载力试验研究

为探索装配式栓钉在荷载作用下的力学性能,设计了2个大比例尺的预制装配式栓钉剪力连接件,通过推出试验研究其破坏过程、荷载滑移曲线、抗剪性能和极限承载力。研究结果表明:当栓钉被剪断时,栓钉根部剪断位置处有颈缩现象且局部混凝土剥落,栓钉周边混凝土仅出现细小裂纹,没有明显贯穿式裂纹;由于桥道板板肋处混凝土受传力钢板的约束作用使得板肋处混凝土和钢结构间摩擦力增大,进而提高了装配式栓钉剪力连接件的抗剪承载能力;在考虑滑移沿试件高度不均匀分布系数对结构影响的基础上,推导了在考虑混凝土弹性模量、栓钉弹性模量、栓钉直径、栓钉数量等因素的装配式栓钉剪力连接件单钉极限承载力理论计算公式,且计算结果的安全富余度满足规范要求,与试验结果相比,误差在5%以内,吻合较好。     

装配整体式地下车站侧墙开洞结构力学性能分析

当前侧墙开洞的研究主要集中在地上结构开洞墙体的整体受力性能,而对装配式地下车站侧墙开洞结构的研究还较少.综合考虑侧墙开洞结构受力及施工难易程度,接口框架分拆为梁和柱,节点设置在梁端.为确定侧墙开洞结构的力学性能,对设计方案进行了力学试验与数值模拟分析.研究结果表明:通道接口的破坏形态主要表现为洞口梁端的扭转斜裂缝,梁的扭转破坏是侧墙开洞结构失效的主要原因;侧墙开洞结构的刚度退化的主要原因是混凝土开裂,而构件中钢筋屈服的影响基本上可忽略不计;对侧墙开洞结构进行数值分析,可得到构件的内力分布;梁端的扭转承载力是侧墙开洞结构平面外承载力的主要部分.给出了洞口梁的扭转承载力建议公式,为装配整体式地下车站侧墙开洞结构的设计提供了参考依据.     

装配整体式地下车站侧墙开洞结构力学性能分析

当前侧墙开洞的研究主要集中在地上结构开洞墙体的整体受力性能,而对装配式地下车站侧墙开洞结构的研究还较少.综合考虑侧墙开洞结构受力及施工难易程度,接口框架分拆为梁和柱,节点设置在梁端.为确定侧墙开洞结构的力学性能,对设计方案进行了力学试验与数值模拟分析.研究结果表明:通道接口的破坏形态主要表现为洞口梁端的扭转斜裂缝,梁的扭转破坏是侧墙开洞结构失效的主要原因;侧墙开洞结构的刚度退化的主要原因是混凝土开裂,而构件中钢筋屈服的影响基本上可忽略不计;对侧墙开洞结构进行数值分析,可得到构件的内力分布;梁端的扭转承载力是侧墙开洞结构平面外承载力的主要部分.给出了洞口梁的扭转承载力建议公式,为装配整体式地下车站侧墙开洞结构的设计提供了参考依据.     

实验梁尺寸对简支梁内嵌CFRP板条弯曲性能影响

研究目的:针对外贴碳纤维增强聚合物(Carbon fiber reinforced polymer,简称CFRP)片材加固混凝土梁易剥离等缺点,本文首先在混凝土梁表层开槽并嵌粘CFRP板条,继而开展单调加载的弯曲性能试验,分析了不同试验梁尺寸(缩尺模型梁尺寸与原型梁尺寸的比值为1/2)对混凝土梁特征荷载、裂缝分布及其间距、钢筋及CFRP板条应变等的影响。研究结论:结果表明:(1)实验梁尺寸对嵌入式加固效果有一定影响,特别是对持续荷载作用下混凝土梁加固后的性能影响更为明显;(2)同荷载下,模型梁的挠度大致为原型梁挠度的1/2,接近几何相似系数;(3)持续荷载作用下的混凝土内嵌CFRP片材加固效果也相对较好,承载力提高幅度均小于无初始荷载作用下的混凝土加固梁,与实验梁几何相似系数无线性关系,且模型梁加固后裂缝间距相对更大,设计时应注意;(4)本研究结果可供桥梁加固研究及应用参考。     

侧向撞击作用下U形梁抗倾覆稳定性与失效模式

在对国内外相关规范关于桥梁抗倾覆稳定性计算方法与脱轨荷载调查分析的基础上,计算了U形梁在保持抗倾覆稳定性下的最大侧向碰撞荷载,对比了欧洲规范EN 1991-1-7:2006和TB 10002-2017《铁路桥涵设计规范》中U形梁的抗倾覆稳定性计算式。基于有限元分析方法对腹板侧向承载力进行仿真分析,明确了U形梁在侧向撞击作用下的失效模式。研究结果表明:2种规范计算得到的最大侧向碰撞荷载有所差异,但均大于3.5 MN;列车脱轨情况下的脱轨荷载模式和作用位置对U形梁抗倾覆稳定性的影响显著;U形梁跨中区域加载侧的底板和腹板在侧向位移加载模式下发生了大面积塑性损伤,腹板还发生了明显的侧向变形;U形梁在侧向撞击作用下的失效模式表现为腹板侧向承载力达到极限而发生破坏,通过拟静力分析确定U形梁腹板侧向极限承载力为1.5 MN,结构整体不会倾覆失稳。在设计和使用阶段应对U形梁腹板的损伤和承载力评估予以重点关注。     

地铁车站基坑预制桩-墙结构设计与受力分析

研究目的:复合墙与叠合墙是支护结构与主体结构相结合的典型结构形式,近年来得以迅速发展并被广泛应用于明挖地铁车站基坑工程中。本文以济南市轨道交通R1线演马庄西站装配式车站为工程背景,分别按照复合墙与叠合墙两种组合形式对基坑预制桩-墙复合围护结构体系进行计算,对比分析在自重以及水反力两种工况下车站主体结构和支护结构的受力情况和承载性能,从而确定较为合适的车站基坑围护结构方案及其结构设计计算方法。研究结论:(1)采用复合墙结构形式,需注意主体结构底板跨中、支座以及顶板跨中等部位的受力情况及承载性能;(2)叠合墙结构形式中主体结构内墙与围护结构之间能够有效传递剪力和弯矩,预制围护桩能够与主体结构形成整体以承受外部荷载,具有较好的承载性能;(3)采用预制桩-墙叠合结构形式的结构设计,不仅可以考虑适当减薄主体结构内墙厚度或减少配筋,而且可在满足结构承载力性能的前提下达到节能环保的目的;(4)本研究成果可为地铁基坑桩墙结合设计及结构形式选择提供理论支撑与技术参考。     

高性能砂浆-钢丝(筋)网加固砖砌体抗压强度试验研究

为了了解高性能砂浆-钢丝(筋)网加固砌体结构房屋这种新型加固技术对砖墙加固的受力机理、破坏形态以及承载力提高程度,制作了6个轴心抗压试件,采用分级加载的方法进行抗压强度试验,模拟完全卸荷状态下加固砖砌体的受力性能。试验结果表明,单面加固极限承载力提高14%,双面加固极限承载力提高26%。原砖砌体与加固层能较好的协同工作,在达到极限荷载的90%时,加固面层才与原砖砌体发生剥离,高性能砂浆具有较强的粘结力。高性能砂浆-钢丝网加固砖砌体是一种有效的加固方法,为加固工程设计时提供参考。     

小边跨梁拱组合体系桥梁静动力荷载试验与结构评定分析

为验证小边跨梁拱组合体系桥梁在正常运营状态下结构受力性能是否与设计目标吻合,基于现场荷载试验研究了该桥在中载及偏载作用下桥梁各构件内力、变形及应变,同时基于脉冲试验、行车试验、刹车试验研究该桥的自振频率、冲击系数,并最终同有限元计算结果进行对比。试验结果表明:该小边跨梁拱组合体系桥梁静载试验荷载效率系数在0. 86～1. 04,介于0. 85～1. 05之间,满足JTG/T J21-01—2015《公路桥梁荷载试验规程》规定;不同部位控制截面实测挠度均小于计算值;实测振型与有限元结果具有很好的相关性,且实测频率值均大于计算值,同时实测冲击系数平均值小于计算值,表明桥梁结构整体性能及技术情况良好。该小边跨梁拱组合体系桥梁在正常使用状态下主桥承载能力均满足城市-A级荷载等级要求。     

30t轴重荷载作用下桥上曲线动力响应影响范围

研究目的:结合我国近年来重载铁路设计情况,针对大轴重条件下桥上曲线设置实际,通过建立钢轨、轨枕、道床及桥梁多层体系有限元模型,理论上探讨800 m半径曲线地段30 t轴重列车荷载作用下线路结构动力性能,分析列车荷载作用下线桥动力响应影响范围问题,以供我国重载铁路线路设计参考。研究结论:(1)800 m半径曲线地段30 t轴重列车荷载作用下桥上曲线线路结构动力性能指标满足规范标准要求,桥梁及线路设计方案合理;(2)重载列车行经桥上曲线地段时,离心力及轴重作用引起的线路结构动力响应影响到列车运行位置相邻桥梁一跨范围(32 m);(3)列车编组大于4节后,编组数增加仅影响线路结构动力响应持续时间,不会对动力响应峰值产生影响;(4)本研究成果对重载铁路桥上曲线设计具有参考意义。     

循环荷载作用一百年后填料的特性规律

研究目的:通过大气影响深度、动应力影响深度、沉降影响深度三个方面分析铁路荷载长期作用下填料特性规律。建立典型基床填料静动承载能力的室内模型试验分析填料在循环荷载作用下的变形特性。通过现场大量的轻型动力触探、重型动力触探、钻探、挖探等手段验证经过110年循环荷载作用后填料的特性规律,对没有明显病害的既有线路基填料进行状态分析和评估。研究结论:(1)经过长期荷载作用后,路基上部形成密实度明显高于下部土体的硬壳层;(2)硬壳层厚度为塑性应变沿深度衰减为20%所对应的路基厚度值;(3)硬壳层的承载力随时间增加而增加;(4)填料越好,硬壳层承载力越高;(5)硬壳层的承载力平均值一般是下卧层的1.1～1.3倍,且下卧层承载力越低,硬壳层与下卧层承载力的比值越大,反之则比值越小;(6)本研究成果可为既有线提速改造提供理论依据和数据支撑。