高速铁路常用跨度桥梁技术

技术含义,常用跨度桥梁指桥梁设计中用量大、较为常用的桥梁形式。高速铁路常用跨度桥梁技术是针对高速铁路建设需要而开展的研究项目，其主要的桥梁结构形式有预应力混凝土整孔简支箱梁和预应力混凝土连续箱梁等桥梁结构。箱梁是桥梁工程中梁的一种，内部为空心状，上部两侧有翼缘，类似箱子，因而得名。     

钢-混凝土简支组合梁塑性阶段有效宽度分析

钢-混凝土组合梁在竖向荷载作用下,翼级板中存在剪力滞后现象,设计中普遍采用翼缘有效宽度的概念。针对有端横梁的单向简支组合梁板体系,采用非线性有限元方法,分析了全过程中翼缘有效宽度的变化,并对塑性极限阶段有效宽度的主要影响因素,包括宽跨比、荷载类型、剪力连接程度、钢梁和混凝土强度等进行参数分析,提出计算塑性极限阶段有效宽度的简化公式。     

考虑剪力滞后的组合梁极限承载力计算

根据规范中组合梁截面在正弯矩作用下塑性极限承载力计算方法,提出新的塑性阶段有效宽度定义,根据混凝土翼缘中合力和合力作用点同时等效来计算有效宽度。采用试验研究和非线性有限元方法,分析简支组合梁在极限状态下跨中截面混凝土翼缘内应变和应力分布规律,给出简化表达公式。针对各种参数情况下的组合梁,计算塑性极限阶段混凝土翼缘有效宽度和矩形应力块高度,根据简化的取值结果,提出塑性承载力的计算方法。     

双面组合连续梁裂缝扩展机理与裂缝宽度研究

钢-混凝土双面组合梁是一种新型组合结构。对3根钢-混凝土双面组合2跨连续梁模型进行加载试验和有限元数值模拟研究,测得上翼缘混凝土板裂缝扩展状况,发现其主要表现为负弯矩区上混凝土板弯曲裂缝;对裂缝扩展规律与机理进行分析探讨,得到裂缝宽度随荷载增加的变化曲线;建立模型梁平面问题的ANSYS分析模型,考虑钢梁与混凝土板、受拉混凝土与钢筋间的界面滑移以及混凝土受拉产生局部损伤直至退出工作的过程,通过测量节点位移的变化得到裂缝宽度,与试验实测结果吻合良好;通过数值计算获得最大裂缝宽度与下混凝土板厚的关系。     

组合梁桥有效翼缘宽度国内外规范的比较分析

在进行钢-混凝土组合梁设计分析时,考虑到剪力滞效应的影响,常采用翼缘有效宽度的概念计算组合结构的应力和变形。就国内外不同规范对翼缘有效宽度的规定进行了比较,指出了制订翼缘有效宽度所考虑的基本因素,阐明了我国规范和其他规范的差别,并指出我国规范的不足之处。     

温度变化对大厚度沥青混凝土铺装层钢混结合桥力学性能的影响研究

以俄罗斯南萨哈林岛路易斯桥为研究对象,对处于温差大地区服役多年的小跨径钢混结合桥进行了荷载试验和有限元模拟,结果表明在沥青混凝土铺装层厚度较大时,沥青混凝土铺装层的温度由季节温度的变化而改变,从而影响主梁的力学性能。研究发现-5℃时试验荷载作用的实测数据与有限元模拟值误差很小;在相同荷载作用下,沥青混凝土铺装层温度由-24℃升高到+23℃时,主梁竖向位移增大了48.6%,上翼缘压应力增大了275%,下翼缘拉应力增大了25.4%。根据试验可以判断,在夏季温度最高时,桥梁承载能力最低,其研究方法和结果具有一定的参考价值。     

翼缘削弱的型钢混凝土框架试验与有限元分析

通过对一榀两跨三层型钢混凝土框架模型的低周反复荷载试验,研究了翼缘狗骨式削弱的型钢混凝土框架的抗震性能。框架按"强柱弱梁"的原则设计,且对节点核心区附近梁端工字形型钢的上、下翼缘采取狗骨式削弱,并适当增加了梁端根部到型钢翼缘最大削弱部位纵向钢筋的配筋量。试验结果表明:框架的变形能力、承载能力、延性、耗能能力等受力性能均满足延性框架的抗震要求;这种构造措施能将塑性铰从梁端根部转移到翼缘削弱部位从而有利于型钢混凝土框架形成梁铰耗能机构,增强其耗能能力。采用ANSYS参数化程序设计语言(AP-DL)编制了命令流,对模型框架在低周反复荷载作用下的抗震性能进行了非线性有限元分析。计算结果与模型试验结果吻合较好,验证了基于分离模量理论计算的翼缘削弱的型钢混凝土框架结构全过程分析方法的可行性。     

钢筋混凝土箱形截面构件最小配筋计算

根据钢筋混凝土箱形截面构件受弯时其受拉翼缘底板混凝土在开裂前参与承受弯距的事实，由单筋矩形钢筋混凝土截面构件极限状态法的最小配筋率推导出单筋箱形截面构件极限状态法的最小配筋面积的计算方法。此方法也适用于其它带受拉翼缘的工字形截面构件的最小配筋计算。     

桥上CRTS Ⅱ型底座板疲劳时变可靠性研究

主要研究桥上CRTS Ⅱ型底座板在列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的疲劳时变可靠性。为探讨列车荷载、温度梯度、桥梁变形的作用效应，依据CRTS Ⅱ型底座板混凝土、钢筋的疲劳性能，建立列车荷载、温度荷载、桥梁变形共同作用下的CRTS Ⅱ型底座板混凝土弯压和钢筋弯拉时的疲劳时变极限状态函数，分析混凝土疲劳强度、温度梯度、混凝土疲劳弹性模量、桥梁变形曲率、模型不确定系数、列车荷载产生弯矩的统计特征，采用PHI2方法开展底座板疲劳时变可靠性分析，并与传统时点可靠度方法的分析结果做对比，探讨底座板疲劳时变可靠指标对列车荷载、温度梯度、桥梁变形曲率的敏感性。研究结果表明：在底座板服役期内，底座板轨下截面处的混凝土弯压和钢筋弯拉的疲劳时变可靠指标均满足规范要求；传统时点可靠度方法求得的可靠指标偏大，给CRTS Ⅱ型轨道结构营运带来安全隐患；桥梁变形曲率的变化对疲劳可靠指标的影响最大，列车荷载的影响相对较小，温度梯度对可靠指标几乎无影响；荷载参数的均值大于变异系数对可靠指标的影响。研究成果可辅助确定CRTS Ⅱ型底座板养护维修的时间和方式，为高速铁路结构的运维提供理论参考。     

单箱多室宽箱梁的翼缘有效宽度取值研究

以南宁大桥引桥为例,分别采用中国公路桥梁规范、美国AASHTO规范和有限元分析方法对比研究了桥梁在自重和移动荷载作用下典型截面的翼缘有效宽度。计算结果表明:在自重和对称移动荷载作用下,对于连续梁边跨和中跨跨中截面,翼缘有效宽度沿横桥向分布比较均匀,按中国规范得到的翼缘有效宽度相对误差在11%以内,而按美国规范计算的相对误差在10%~27%;对连续梁支点截面,按中国规范得到的翼缘有效宽度取值偏于保守,最大相对误差达40%,而按美国规范所得结果偏于不安全,相对误差达-38%;在偏载作用下,翼缘有效宽度沿横桥向变化较大,按中国规范得到的翼缘有效宽度在边跨和中跨跨中截面比实际要大,而美国规范相对保守。     

铁路预制混凝土梁缺陷对结构受力性能的影响试验研究

我国铁路简支梁桥以等跨布置的32 m预应力混凝土梁结构为主。为研究混凝土缺陷对结构受力性能的影响，对一片有施工缺陷的32 m混凝土简支梁进行了静载试验，分析了桥梁跨中下缘混凝土不密实及裂缝对梁体受力性能的影响。结果表明：当混凝土梁跨中下缘不密实时，不密实区混凝土的弹性模量和抗拉强度均会降低，导致梁体的预应力度、竖向抗弯刚度和抗裂性能降低。当预制混凝土梁跨中下缘出现不密实情形时，应通过静载试验来检验其刚度和抗裂性能是否满足规范和设计要求，评定合格后方可架设。     

高速铁路双层钢板-混凝土结合梁桥车桥动力分析

为研究高速铁路双层钢板-混凝土结合梁桥的动力响应特征,基于有限元方法和多体动力学方法,建立高速列车-桥梁动力分析模型,以7×40 m双层钢板-混凝土结合梁桥为研究对象,开展车桥系统动力性能分析,并对比正弯矩区下层混凝土板的板厚对动力响应的影响。研究结果表明：双层结合作用对桥梁和车辆动力响应均有积极作用;正弯矩区下层设置混凝土板后,桥梁整体刚度有明显提升;双层结合作用可使车辆竖向加速度显著减小,使轮轴横向力和脱轨系数有一定程度降低;随着下层混凝土板厚的增加,桥梁竖向刚度可进一步提高,但对桥梁横向刚度和车辆动力响应影响不大。研究结果可为双层钢板-混凝土结合梁桥的设计提供参考。     

严寒地区CRTSⅠ型板式无砟轨道底座板混凝土粉化的影响

哈大高速铁路部分线路上出现了无砟轨道现浇底座板混凝土粉化、强度等级降低的问题。本文建立底座板混凝土粉化分析模型,对无砟轨道整体受力及底座自身受力进行分析。结果表明:底座板混凝土强度等级降低对桥梁段及路基段轨道板受力与变形的影响较小,基本在5%以内;但对底座板自身受力影响较大,在降温荷载以及列车荷载作用下,桥梁段底座板裂纹宽度尚在限值以内,路基段底座板混凝土强度等级低于C20时,底座板裂纹宽度超限。建议对底座板粉化严重区域及时采取加强措施遏止底座板继续劣化。     

铁路预应力混凝土32m T梁纵向裂缝修补效果评价

在日常维护管理过程中,发现32 m预应力混凝土简支T梁在开通运营1~2年内裂缝病害量多、面广、发展较快,裂缝主要分布于梁体腹板及下翼缘处,裂缝走向主要沿预应力管道方向。针对此病害,通过结构基本状态检测、无损检测等工作,掌握了裂缝的分布、形态和宽度,钢筋及钢绞线锈蚀情况等;通过桥梁运营性能检验,分析桥梁结构竖向和横向刚度是否满足《铁路桥梁检定规范》(铁运函[2004]120号)中的要求。封闭涂装处理后经过10年的运营,部分裂缝重新开裂,但复测结果显示,梁体混凝土碳化深度未超过钢筋保护层厚度,钢筋锈蚀电位及混凝土电阻率测试显示钢筋锈蚀较慢,不存在大规模锈蚀的可能;上部结构横向振幅及横向加速度均满足《铁路桥梁检定规范》的要求。     

连续钢桁结合梁桥负弯矩区桥面系受力影响因素和改善方法研究

以1座下承式连续钢桁结合梁桥为例,采用有限元法研究了桥面系的受力特性,考察了中支座区域桥面系受力状态与混凝土板板厚、纵梁抗拉刚度及抗弯刚度的关系;针对纵横梁及混凝土板在中支座区域受力比其他区域突出的问题,探讨解决方案。研究结果表明:在中支座两侧节间内,随着纵梁抗拉刚度的增加,纵梁轴力增加速度逐渐减慢,且低于抗拉刚度的增加速度;随着纵梁抗弯刚度的增加,纵梁竖向弯矩也增加;采用较高的纵梁或增加混凝土板厚对降低中支座区域纵横梁的应力效果并不明显,相对而言,选择合适的纵梁高度并增加翼缘厚度或采用4根小纵梁的方法均可降低该区域纵横梁的应力水平,在中支座两侧节间内再布置横梁时纵横梁的应力可进一步降低。     

中国铁道科学研究院2008年科技成果简介(续四)

50 客运专线桥梁用无机复合型混凝土电缆槽盖板和人行道步板暂行技术条件 无机复合型混凝土电缆槽盖板和人行道步板与传统混凝土板相比,具有承载能力高、重量轻、美观、耐用等优点;与RPC、RN等材料板相比,具有造价低等优点.     

组合梁截面重分布力的Volterra积分方程

混凝土板收缩徐变引起组合梁截面内力重分布,传统求解方法的基本方程在本质上为第二类Volterra积分方程,求解时通常用一些简化假定,将积分转化为微分(Dischinger法)或代数方程(Trost-Bazant法),结果存在偏差。不简化积分方程,用数值积分推导其在时间序列上的代数表达式,并推广至考虑混凝土弹性模量随时间变化的情况;用一阶的复合梯形求积公式和1天的时间步长,足以满足工程计算精度要求。结果表明:组合梁收缩徐变使截面内力发生明显重分布,收缩徐变使混凝土板轴力和刚度发生退化,极大削弱了截面的组合作用,使挠度和曲率明显增加,同时使钢梁的上翼缘处于高压应力状态,很可能引起局部失稳。在设计中须考虑以上与时间相关的不利影响。     

一种新型铁路钢—混组合桁架桥的动力特性分析

对一种由三角形桁架和混凝土槽形板组成的新型铁路钢—混凝土组合桁架桥建立了有限元计算模型,分别采用空间梁单元、空间板单元及三维实体单元对混凝土槽形板进行模拟。计算分析了桥梁的自振特性和移动列车荷载作用下的动力响应。结果表明:采用三种不同单元模拟槽形板得到的结构主要振型及相应自振频率的计算结果较为接近,梁单元模型可在保证精度的前提下大大减少计算工作量;移动荷载作用下桥梁的竖向挠度和加速度响应较小,满足我国干线铁路行车要求。     

施工过程中温度变化对CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板的影响分析

针对CRTSⅡ型板式无砟轨道施工期间连续底座板张拉过程中底座板存在变化的温度,基于有限元方法及钢筋混凝土粘结滑移理论,建立底座板混凝土-钢筋-桥梁纵向相互作用计算模型,计算分析当施工温度为5℃时,底座板钢筋和混凝土应力随温度变化和张拉过程中的变化规律。结果表明:底座板混凝土和钢筋拉力与混凝土段的长度有着直接联系,随着混凝土段长度增加,底座板混凝土和钢筋所受拉力相应变大;张拉过程中,底座板混凝土可能会在第二次张拉时开裂,而张拉连接器钢筋和齿槽后浇带钢筋未达到屈服。     

加槽钢作连接构件的空间半刚性梁柱节点有限元分析

基于半刚性梁柱弱轴端板连接一般将端板与柱的腹板连接或者将端板焊接于柱的2个翼缘间,端板与柱腹板连接对柱的腹板有削弱作用,端板焊接在柱的2个翼缘之间会因为柱翼缘板厚的限制而不易施焊,因此,提出一种既容易焊接,又对柱的腹板没有削弱作用的连接:加槽钢作连接构件的半刚性弱轴端板连接。运用用有限元软件ABAQUS建立强轴弱轴共存的空间半刚性梁柱端板连接节点的非线性有限元模型,采用合理的材料本构关系,在试验验证的基础上,分析了强、弱轴在5种荷载工况作用下的转动特性,以模拟实际工程中角柱、边柱和中柱上强、弱轴节点的实际受力状态。研究结果表明:加槽钢作连接构件的弱轴端板连接避免了对柱腰板的削弱,具有良好的变形能力,属于典型的半刚性连接;强弱轴同时加载时节点的承载力基本一致,但节点的初始刚度有较大区别;本文提出的结点构造可为实际工程提供参考。