基于弦测技术的铁路上承式拱桥桥面变形限值研究

铁路拱桥桥面过大变形将危及列车行驶和桥梁结构的安全,但已有关于拱桥变形限值标准及评判依据的研究较为少见。以某上承式拱桥为研究对象,建立桥梁全桥有限元模型并进行车桥耦合振动分析,研究温度及不同倍数徐变引起的桥面变形对列车动力响应的影响,对比分析弦测法弦长与列车在轨道和上承式拱桥上运行的动力响应间的对应关系。结果表明:仅考虑轨道不平顺激励时,30～50 m弦测法能够较好地反映高速列车的加速度响应的变化规律;上承式拱桥徐变倍数为1.6时,车辆竖向加速度响应超限;仅轨道不平顺作用下列车竖向加速度卓越频率约为1 Hz,运行在上承式拱桥上时的卓越频率在1～2 Hz,说明影响振动的波长范围由长波向中长波扩展;弦测法用于上承式拱桥时,采用20～30 m弦长;上承式拱桥温度及徐变极限变形20,25,30 m弦测矢量值为3.8,4.3,5.3 mm,对应的限值可采用3.5,4.0,5.0 mm。     

高速铁路跨度250 m级连续刚构桥长波不平顺控制研究

连续刚构桥随着跨度增加,其收缩徐变、温度等引起的桥面变形随之增加,导致轨道长波不平顺加剧,进而可能对列车走行性产生不利影响。以一座试设计主跨250 m高速铁路连续刚构桥为研究对象,建立有限元模型,依据规范检算桥梁的强度和刚度,同时计算由于混凝土收缩徐变、温度效应等引起的桥面附加变形。采用“车-线-桥”动力仿真软件分析由于桥面附加变形导致的轨道长波不平顺对列车动力响应的影响。选用中点弦测法作为评价指标,通过相关性分析选出最优弦测长度,最后计算出最优弦长下连续刚构的桥面变形和等效不平顺限值。研究结果表明：横、竖向桥面附加变形均出现在桥梁的跨中截面;当附加变形增加到1.9倍,列车以速度350 km/h通过连续刚构时,车辆的竖向加速度首先达到限值1.3 m/s²;采用弦长为60 m的中点弦测法与车辆响应匹配性最好,适用于评价连续刚构的长波不平顺;连续刚构的桥面附加变形和等效不平顺60 m弦中点弦测值分别为7.2 mm和14.5 mm,对应限值建议分别为7 mm和14 mm。     

考虑温度变形的大跨度拱桥行车动力响应分析

研究目的:为研究温度作用下大跨度拱桥轨道静态平顺性,以及轨道温度变形对行车动力响应的影响,以目前世界最大跨度的钢箱提篮拱桥南广高速铁路西江桥为研究对象,基于梁轨相互作用模型计算温度变形下轨道静态高低不平顺校核值,并与轨道静态不平顺验收指标进行对比;将温度作用引起的轨道变形叠加到轨道不平顺样本中,利用自主开发的TRBF-DYNA软件开展高速铁路大跨度拱桥车-桥耦合振动及列车走行性分析。研究结论:(1)温度作用下桥面会发生较大竖向变形,导致钢轨变形300 m弦长高低不平顺指标超过轨道静态验收标准;(2)考虑温度变形后,桥梁动力响应及列车行车安全性指标和乘坐舒适度指标变化幅度不大,且均满足现行规范要求;(3)建议大跨度桥梁轨道变形静态验收时,以竖曲线半径指标替代300 m弦长验收指标,并辅以车桥耦合动力响应分析进行综合判断;(4)本研究成果可为完善大跨度桥上轨道变形验收指标提供参考。     

大跨度刚构拱桥铺设无砟轨道适应性研究

研究目的:大跨度桥梁铺设无砟轨道已成为我国扩大无砟轨道应用范围的一大技术难题,本文以崔家营汉江特大桥主桥为工程实例,结合桥梁变形曲线及车桥耦合动力响应分析结果,提出大跨度桥梁铺设无砟轨道技术难点、技术要求以及评价指标,并得出相应的分析结果。研究结论:(1)崔家营汉江特大桥(135+2×300+135) m混凝土刚构拱竖向变形、曲率半径、竖向残余徐变变形、梁端变形、墩台沉降值均满足要求;(2)高速列车作用下桥梁动力响应均满足要求,具有良好的动力特性及列车走行性,安全性和乘坐舒适性均满足要求;(3)温度和徐变作用下竖向变形属于多波不平顺,300 m弦高低不平顺已超出规范允许值;(4)本研究成果可为今后类似大跨度桥梁铺设无砟轨道适应性分析提供参考。     

高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺设计控制参数研究

我国现行高速铁路设计、验收规范中,采用300 m基线150 m矢距差法对轨道长波不平顺性进行评价。对于大跨度桥梁,受温度变化、混凝土收缩徐变等多种因素影响,桥上轨道线形随温度变化而发生动态变化,仍沿用规范的评价方法,难以与桥梁固有变形特性相适应。通过分析我国现行高速列车敏感波长,结合多座大桥运营监测结果及不同弦长的有效测量范围,确定选用60 m中点弦测法评价大跨桥梁轨道长波不平顺性;通过仿真及实测手段,得到列车速度为250、300、350 km/h时60 m中点弦测法平顺性控制限值。多座高速铁路大跨度桥梁工程实践表明,60 m中点弦测法适用性较好,可供今后高速铁路大跨度桥梁设计、验收参考。     

大跨度铁路桥梁变形控制标准研究

为保证大跨度桥梁运行的安全性与旅客乘坐的舒适性，动力性能分析时应考虑风、温度、徐变、沉降等环境变形的影响。确定运营阶段多种荷载组合状态下的变形控制标准时，不能将现行设计规范中单独给定的变形限值直接叠加，而应对这些变形的总量值进行控制。本文按照发生概率、作用时间以及桥梁变形特点，对运营阶段桥梁承受的荷载及各类环境因素进行分组，并采用分级管理的原则对大跨度铁路桥梁在长期运营条件下的变形控制标准进行研究。最后以某大跨度斜拉悬吊桥梁为例，介绍动力性能评估与变形控制标准的工程应用。研究结果表明：对于不同荷载作用下的车辆响应，可分别采用车桥耦合动力分析与中点弦测法；采用中点弦测法对长波不平顺进行管理时，高速铁路与普速铁路的合理控制弦长分别为60、30 m;经过对多个典型路基区段轨道不平顺和车体加速度检测数据统计，并对轨道不平顺采用对应的弦长输出，可得到车体加速度与不平顺弦测输出的相关关系曲线，为动力性能评估提供一种简便的计算方法。研究成果给出不同的荷载组合及车辆响应建议限值，为设计阶段桥梁变形控制提供参考。     

高速铁路简支梁桥首墩高度限值研究

研究目的:桥梁和桥墩在温度效应作用下会发生翘曲而引起轨面几何形态的变化。由于桥台受温度作用变形较小,当与桥台相邻桥墩(首墩)高度较大时就可能引起轨道几何形位超限。本文以高速铁路6×32 m简支箱梁桥为研究对象,基于隔枕校核的方法,针对桥梁结构温度效应引起的基础变形形式,提出高速铁路32 m简支箱梁首墩高度合理取值范围的拟合计算公式。研究结论:(1)当首墩超过某一限值时,桥梁和桥墩在温度作用下将引起轨道高低和方向的几何形位超限,桥梁设计时不能忽视桥墩、桥梁温度效应引起的不平顺;(2)满足不平顺校核值的首墩高度与温度的关系式均可由H=a/ΔTb+c拟合;建议分别考虑桥墩升温耦合桥梁竖向正温差、桥墩降温耦合桥梁竖向负温差以及桥墩横向温差三种计算工况,并均以中波不平顺校核方法(隔8枕校核值)确定首墩高度限值;(3)建议将首墩高度限值纳入高铁桥梁设计规范;(4)该研究成果对于指导桥墩设计、施工,提高高速铁路桥上无缝线路的平顺性具有参考价值。     

高铁大跨度悬索桥轨道长波不平顺测量及控制

研究目的:连镇铁路五峰山长江大桥是世界首座高速铁路钢桁梁悬索桥，采用现行矢距差法测量轨道静态高低长波不平顺时，不满足规范限值标准。在分析现有轨道不平顺静态测量方法的基础上，针对五峰山长江大桥的特点，采用理论分析与实测数据相结合的方法，提出大跨度铁路悬索桥轨道静态高低长波不平顺测量方法及控制标准，为桥梁竣工验收和养护维修提供技术支撑。研究结论:(1)推荐采用60 m弦长连续中点弦测法测量五峰山长江大桥轨道长波高低不平顺；(2)五峰山长江大桥静态长波不平顺可按照作业验收、经常保养、计划维修、临时补修四级标准进行控制，250 km/h时高低不平顺限值分别取10 mm、12 mm、20 mm、28 mm;(3)在温度荷载拟合纵断面工况下，五峰山长江大桥60 m弦长高低不平顺最大值为10 mm,满足作业验收限值要求；(4)建议加强运营监测，进一步开展桥梁线路养护维修专项研究，制定针对性的养修规则和标准；(5)本研究成果可应用于高速铁路大跨度悬索桥勘察、设计、验收及运营维护。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

高铁桥梁典型长期变形对列车响应的影响研究

梁体徐变与桥墩沉降是高速铁路桥梁两种典型长期变形,为探讨其联合作用对列车响应的影响,以高铁32 m混凝土简支箱梁桥为研究背景,通过建立车-桥系统耦合振动模型,开展徐变作用、徐变与桥墩沉降联合作用对桥上车辆动力响应分析,对比单墩沉降、相邻双墩沉降和相邻三墩沉降3种沉降类型对列车动力响应的影响。结果表明：当桥梁考虑徐变时,车辆竖向加速度较不考虑徐变工况增大6.8%;考虑徐变与桥墩沉降联合作用,随着桥墩沉降量增大,车辆竖向加速度均明显增大,当单墩、相邻双墩和相邻三墩沉降达50 mm时,车辆竖向加速度较仅考虑徐变时分别增大76.8%、62.7%和33.8%;考虑5 mm徐变上拱,当单墩沉降量为30 mm,或当相邻双墩、三墩沉降量为40 mm,车辆竖向加速度超过规范1.3 m/s²的限值要求。     

400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准研究

大跨度铁路桥梁在复杂环境下的大变形特点使得矢距差法不再适用于桥上轨道线形验收工作。为了解决400 km/h大跨度铁路桥梁轨道长波不平顺验收难题,首先根据成渝中线2座大跨度铁路桥梁特征,分析裕溪河特大桥与赣江特大桥对车体加速度的影响特征及综合检测列车的敏感波长,结合现有标准给出基于中点弦测法的桥上轨道静态验收策略。然后依据车辆—轨道耦合动力学理论,构建车辆多刚体模型和CRTSⅢ板式无砟轨道有限元模型,系统开展构造余弦波不平顺和实测不平顺作为轮轨激励条件下的动力仿真计算,并考虑桥上纵断面的影响,基于车体振动加速度和舒适性指标给出了400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺验收标准。最后通过裕溪河特大桥轨道静动态不平顺和中国高速铁路无砟轨道谱进行了验证。研究结果表明：1) CR450AF列车在400 km/h下车体沉浮运动的敏感波长为163 m,建议400 km/h高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺采用60 m中点弦测法进行评价;2)桥上轨道静态高低长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于6 mm,轨向长波不平顺60 m中点弦测验收值不应大于4 mm;3)大跨度桥上轨道静态长波轨...     

中低速磁浮列车-大跨度连续梁耦合振动研究

研究目的:本文针对目前世界上最大跨度中低速磁浮桥梁,建立中低速磁浮车辆-控制器-桥梁系统耦合动力学模型,考虑轨道不平顺的影响,研究3节编组中低速磁浮列车以不同速度、不同车辆载荷(空载、定员和超员状态)通过桥梁时车辆和桥梁的竖向动力响应,评价主跨110 m中低速磁浮连续梁车桥系统的动力性能。研究结论:(1)车体的最大垂向加速度为0.447 m/s~2,Sperling舒适度指标最大值为1.664,垂向乘坐舒适度达到"优";(2)悬浮间隙最大波动值为2.26 mm,除车速100 km/h外,其余工况波动值均在2 mm以内,悬浮系统具有足够的悬浮稳定性;(3)梁体跨中最大竖向加速度为0.065 m/s~2,远远小于限值0.5g;(4)本研究成果可为大跨度中低速磁浮桥梁的设计和应用提供参考。     

基于大跨度桥梁变形的桥上车体振动加速度简化分析方法

在分析桥梁变形与轨道变形的映射关系基础上，从轨道平顺性与车体振动加速度的相关关系出发，确定高速铁路轨道长波不平顺采用60 m中点弦测值评价且有效管理截止波长为200 m，通过实测数据的统计分析建立轨道不平顺60 m中点弦测值与车体振动加速度的关系式，据此提出在荷载组合作用下高速铁路大跨度桥梁上车体振动加速度简化分析方法。分析荷载组合下大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度时，对于设计阶段，将荷载组合下的桥梁理论变形曲线经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值；对于建成阶段，将桥上实测轨道不平顺消除轨道自身随机不平顺后的轨道线形作为桥梁变形曲线，再经200 m高通滤波后计算60 m中点弦测值，并代入其与车体振动加速度的关系式，得到桥梁变形引起的车体振动加速度。以某长江大桥为例对该方法进行验证。结果表明：采用该方法和车辆-轨道耦合分析方法得到的大跨度桥梁变形引起的车体振动加速度分别为0.39和0.35 m·s^-2，基本一致，验证了该方法在大跨度桥梁上的适用性，以及对大跨度桥梁长波不平顺进行200 m高通滤波的必要性与合理性。     

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。     

考虑轨道静态变位的简支梁竖向刚度限值研究

研究目的:高速铁路桥梁在徐变、温度、桥墩沉降等作用下会发生多种静态变位,进而影响轨道平顺性与列车走行舒适性和安全性。本文将桥梁静态变位与列车活载下的动态变形统筹考虑以获取简支梁竖向刚度限值,使得列车在一定轨道静态变位的简支梁上具有优良的走行性。研究结论:(1)小于活载挠度的初始桥梁上拱对列车走行性有利,而初始下挠、桥墩不均匀沉降、轨面随机不平顺及过大的初始上拱均为不利因素;(2)规范在桥梁刚度的限值上留有一定富余度,跨度越短、车速越高则对桥梁静态变位的要求越严格;(3)设计时可在预测桥梁静态变位的基础上合理选择桥梁刚度,养护时则可根据当前桥梁的实际刚度和静态变位组合采取整治措施;(4)本研究成果可为铁路桥梁刚度设计、运营维护及规范修订提供参考。     

高速铁路大高差桥墩竖向温度变形对行车舒适性和安全性影响研究

墩顶竖向变形是高速铁路桥梁安全的重要参数之一。在温度效应下,相邻桥墩高差较大时,桥梁会出现竖向变位差,造成轨道不平顺,这将影响高速铁路的舒适性和安全性。目前国内各类规范对桥墩竖向变形的限值规定不尽相同,为了研究大高差桥墩顶竖向变形的温度效应影响,以合福高铁巷坑大桥为例,对大高差桥墩在温度效应下的墩顶竖向变形进行现场测量,将测量和计算结果同各类规范进行对比,进一步对考虑温度效应时车辆通过桥梁结构时耦合响应进行仿真分析,结果表明:巷坑大桥桥墩顶竖向变形差超过规范限值,但车辆通行时的舒适性和安全性均能满足规范要求,车辆走行性偏于安全,合福高铁通车至今该桥一直运营正常。综上所述,现行规范对大跨度桥梁桥墩的变形指标要求偏严,特殊情况下无法满足规范要求时,建议参考公式,适当放松验收指标。本研究对突破规范限制,在大跨度桥梁铺设无砟轨道具有重要的意义。     

温度荷载对桥上无缝线路平顺性的影响分析

基于梁轨相互作用原理,利用有限元方法,建立桥上无砟轨道无缝线路模型,桥梁温度荷载分别取均匀温度荷载、沿梁高的温度梯度荷载以及沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载3种工况,计算分析桥梁在不同温度荷载作用下桥上无缝线路的平顺性。计算结果表明:桥梁受沿梁高温度梯度荷载作用时对钢轨竖向位移的影响最大,线路的短波、中波高低不平顺均超过规范限值,长波高低不平顺未超限;桥梁在沿梁高和梁宽双向温度梯度荷载作用下,线路的中波高低不平顺稍稍超限,短波高低不平顺接近规范限值,长波高低不平顺有较大余量;桥梁在均匀温度荷载作用下,线路的高低不平顺均远小于限值。     

车流作用下大跨度拱桥车桥耦合振动分析

为更好开展大跨度钢管混凝土拱桥的设计与施工,提高司乘人员的舒适性,开展多车辆交通流工况下基于桥面不平顺的车桥耦合振动响应研究.以三轴货车和茅草街钢管混凝土拱桥为背景,通过有限元法建立桥梁的三维结构分析模型,基于动力平衡原理建立车辆的9自由度多刚体动力学模型.运用MATLAB模拟桥面不平顺,以车轮与桥梁接触面为界,利用车...     

广深港客运专线连续梁拱后期变形预估研究

研究目的:无砟轨道预应力混凝土梁受收缩徐变的影响,会产生后期徐变变形,引起桥梁的上拱和下挠,并且随着时间的延续这种变形增大,导致轨道的不平顺。研究成桥后不同的铺轨时间及改变成桥吊杆力对主梁徐变变形的影响,并考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析。研究结论:对广深港客运专线跨骝岗涌水道(76+160+76)m连续梁拱模拟计算施工过程,分析得知:(1)铺轨时间对徐变变形影响较大,延长铺轨时间,主梁徐变变形变小;(2)成桥吊杆力越大,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变大;成桥吊杆力越小,主梁边跨下挠值和中跨上拱值均变小;(3)考虑徐变及温度引起的主梁初始变形对该桥进行动力分析,结果表明动力性能满足要求;(4)研究成果可应用于大跨度桥梁后期变形的控制。     

高墩简支梁桥相邻墩高差限值研究

桥梁在温度荷载作用下会发生上拱或下沉,带动钢轨变形,当相邻墩高差较大时,甚至引起轨道几何形位超限。本文以合福(合肥—福州)高速铁路10×32 m简支箱梁桥为研究对象,基于隔枕校核的方法,针对导致轨道高低和方向不平顺的几种常见温度荷载及组合,提出了32 m高墩简支箱梁桥相邻墩高差合理取值范围的拟合计算公式。建议分别考虑桥墩升(降)温、桥墩升温耦合桥梁竖向正温差、桥墩降温耦合桥梁竖向负温差以及桥墩横向温差4种计算工况,并均采用长波不平顺校核方法,结合不同地区温度分布特征,取上述4种工况计算确定的相邻墩高差最小值作为限值。