双线铁路曲线简支槽形梁的空间分析

研究目的:曲线槽形梁是一种梁、板组合的开口结构,在竖向荷载作用下梁体会产生弯扭耦合效应,道床板会发生双向弯曲和扭转,其受力较为复杂。结合一跨双线铁路曲线简支槽形梁的受力分析,研究曲线槽型梁的力学特性并指导设计和施工。研究结论:曲线槽形梁的受力呈现明显的空间特性,在竖向荷载作用下,曲线外侧主梁下缘承受的拉力较大,曲线内侧相对较小,道床板的剪力滞现象比较显著,支座不均匀沉降10 mm对梁体的受力影响不大。在上部竖向荷载逐渐增加的过程中,主梁上翼缘产生的内向侧移越来越大,槽口逐渐缩小。弯扭耦合效应使槽形梁曲线内、外侧的支反力大小不一,曲线外侧梁端支座反力比曲线内侧大,梁体有向曲线内侧整体平移变形的趋势。     

石济客运专线预应力混凝土槽形梁设计研究

在铁路车站附近,为了减少两端线路路堤高度,降低工程投资,同时能够满足跨越的立交道路及河流防洪要求,可以采用建筑结构较低的下承式桥槽形梁结构形式。以新建石家庄至济南铁路客运专线工程跨越禹王路的工点槽形梁结构为背景,通过有限元软件进行结构分析计算和设计优化,介绍双线铁路槽形梁结构的设计研究分析以及对槽形梁的空间结构计算、空间动力特性及车线桥耦合动力分析,综合考虑槽形梁弯剪扭综合效应以及箱形边主梁截面的空间变形。目前槽形连续梁在高速铁路工程中的应用均较少,缺乏具体的经验和理论公式,解决此技术难题为类似桥梁设计工作提供重要参考。     

S型曲线钢箱梁桥空间受力特性研究

为分析S型曲线钢箱梁桥的空间受力特性和纵横向剪力滞效应,基于Midas考虑翘曲变形的七自由度梁单元和ANSYS的Shell181壳单元,对一座四跨S型曲线连续钢箱梁桥进行全桥空间精细化仿真建模,研究其在不同荷载作用之下的结构位移、截面应力、支座反力及自振特性,并找出结构的最不利情况及其应力分布规律。经2种有限元单元的结果对比,可知采用板壳单元模型较之梁单元模型对该类桥梁弯扭耦合效应的模拟更为准确,其各项分析结果更偏安全,实际设计中对该类结构应尽可能采用板壳单元进行建模检算。为进一步研究其剪力滞效应,基于ANSYS计算结果研究了该桥各关键截面顶板的剪力滞效应,得出其剪力滞系数的纵横向变化规律,可为今后类似桥梁的设计提供参考。     

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。     

铁路预应力混凝土连续槽形梁研究

槽形梁目前在我国铁路建设中应用较少,已建成的最大跨度只有40 m,在特殊条件下采用槽形梁能较大程度地降低有效建筑高度,具有较好的经济性。槽形梁空间受力特征明显,需要借助大型有限元程序进行梁板模型及实体模型分析,计算工作量大。铜九铁路跨越318国道大桥采用(40+64+40)m单线预应力混凝土连续槽形梁结构,该桥已建成通车并进行了通车试验,通过对连续槽形梁的三维有限元整体空间分析,系统揭示了在竖向荷载作用下连续槽形梁的空间作用特性,为更大跨度的铁路连续槽形梁的建造提供借鉴。     

预应力混凝土槽形梁静力行为研究

为了解槽形梁静力行为,进行了一片预制预应力混凝土槽形梁的模型试验,分别考虑跨中最大弯矩及梁端最大剪力两种荷载工况对试验模型进行加载,测试了试验模型的控制断面的应力、变形.并采用非线性有限元分析方法对槽形梁的力学特性进行了研究.试验和研究得到了如下结论:该槽形梁的剪力滞效应较为突出,具有明显的开口薄壁杆件特征,底板的空间板效应明显,在设计荷载作用下结构处于线弹性状态,具有一定的安全储备.     

城市轨道交通槽形梁对桥上轨道结构声辐射的遮蔽效应研究

城市轨道交通高架线路的声振问题已成为限制其发展的关键因素之一.桥型和材质决定了混凝土槽形梁会对桥上轨道结构的声辐射产生很大的影响.本文利用多体系统动力学软件UM建立地铁车辆-橡胶浮置板-槽形梁耦合动力学模型,求解该系统的动力学特性;以橡胶浮置板的动力学频域响应作为声学边界条件,采用有限元-边界元方法分析了该减振轨道的声辐射特性;在此基础上对比分析橡胶浮置板减振轨道在自由声场与考虑槽形梁腹板遮蔽效应时的声辐射特性,研究槽形梁对桥上轨道结构声辐射传播的影响.研究结果表明:槽形梁遮蔽效应对桥上轨道结构的线性声压级和总声压级等声辐射特性有很大影响;槽形梁能够明显减弱桥上轨道结构在桥下部分范围内的声辐射传播.     

铁路小半径曲线连续梁桥设计研究

武汉到咸宁的城际铁路中采用了大量的小曲线半径连续梁桥,最小半径达320 m,为目前我国曲线半径最小的铁路连续梁桥。本文采用ASCB和BSAS建立平面模型以及采用Midas2006建立空间有限元模型,对跨径组合为(24.65+24.65)m预应力混凝土连续箱梁分别进行施工阶段及运营阶段分析,计算恒载、活载、预应力、收缩徐变、体系温度、局部温差、支座不均匀沉降等荷载,得出支反力及内力、应力、强度、变形等,并进行了分析比较。由于"弯-扭"耦合作用、剪力滞效应及畸变挠曲效应、预应力损失等,使得曲线梁腹板内侧和外侧受力不同、支座的内侧和外侧受力也不同,因此不能单一采用以直代曲或者平面代替空间的计算结果,尤其是当曲线半径较小的情况下,尽量采用多种计算手段相互校核。并且通过采用箱形截面设计、加横隔板、降低曲线上车辆通过速度等可降低曲线效应对梁的影响。     

转体施工的铁路曲线连续槽形梁设计关键技术研究

为了确保转体施工的曲线连续槽形梁结构设计安全可靠,需要解决以下关键技术问题:结构横向受力、日照温差应力较大、支座中心线横向位置、曲线转体结构横向偏载、曲线槽形梁结构受力计算等。通过道砟槽板横向预应力束的合理布置,克服横向连接处主拉应力;通过适当增加边主梁顶板保护层厚度和纵向预应力束的合理布置,控制了日照温差应力;研究合理的横向支撑位置,避免对结构产生横向次应力;曲线悬臂转体结构横向偏载,将球铰中心相对于上下承台设置横向预偏心,解决转动时横向自重不平衡引起梁体侧倾的问题;通过建立平面模型、单梁模型、梁格模型和实体模型,对比分析计算曲线空间结构的受力问题。结果表明:曲线连续槽形梁结构受力均满足规范要求。     

高速铁路槽形连续梁拱桥拱脚局部应力分析与验证

为了解高速铁路槽形连续梁拱桥拱梁固结段的真实应力状态及验证局部分析中边界条件表达的准确性,以济青高速铁路(66.5+142+66.5) m双线有砟轨道预应力混凝土连续槽形梁拱桥为工程背景,利用FEA有限元软件建立细化的空间实体有限元模型,分析中支点横截面空间效应,并对局部模型的边界条件模拟的正确性进行验证。分析表明:中支点截面应力呈现明显的空间不规律现象,恒载比活载剪力滞效应更为明显,局部位置如拱肋与主梁连接部位、主梁下缘支座处、横隔板进人孔倒角处应力集中,应适当加强配筋,其余部位应力均满足要求,通过验证局部模型的内力分布,确保实体模型应力结果的准确性,保证结构安全。     

列车—曲线梁桥耦合振动的车辆模型研究

本文首先根据曲线梁的力学微分方程，说明了曲线梁的弯扭耦合特征。针对列车通过曲线梁的特殊情况，研究了可以同时反映竖向、横向、弯扭耦合动力学特性的车辆模型。此外本文还给出了车－桥耦合振动中的位移、力的耦合关系。     

铁路小半径曲线梁桥设计研究

小半径曲线梁由于弯扭耦合效应,结构受力相对复杂。曲线梁桥计算方法中,实体模型计算结果准确,但建模繁琐,不适合工程设计。文章分别建立Midas空间曲线鱼骨梁模型及ANSYS实体模型,通过比较两者在相同荷载下反力、竖向挠度以及截面应力下的计算结果,并引入支座反力偏差增大系数对Midas空间曲线鱼骨梁模型进行修正后,两者计算结果较为接近。通过对比发现采用Midas计算方法,误差较小,能较好满足实际工程设计要求,从而找到了一种适合工程设计的方便快捷且较准确的建模及计算方法。     

沪通铁路(80+108+80)m连续槽形梁方案研究

预应力混凝土槽形梁是一种下承式桥梁结构形式,底板作为行车道板,腹板作为主要受力构件,能有效地降低结构线路的高度。介绍沪通铁路(80+108+80)m连续槽形梁方案构思和结构设计:全梁腹板采用等高度,兼作声屏障,腹板上设置大圆孔,可以减轻结构质量,使得结构更加美观,双线铁路轨道位于底板上,大大降低了线路高程,经济和社会效应显著。平面结构分析表明,梁体刚度较大,各项指标均满足规范要求;空间分析采用实体单元,计算表明结构整体受力合理,满足混凝土的强度要求。     

高速铁路分片式槽形梁设计研究

综合考虑铁路建筑限界、桥面横向布置、戈壁大风区桥梁施工条件、列车运营安全等因素,兰新高速铁路百里风区桥梁采用了并置16 m分片式槽形梁的设计方案。通过纵向整体杆系结构及空间三维实体有限元整体性分析,研究槽形梁的空间受力特性;通过风-车-桥耦合动力模型计算,分析槽形梁上高速列车运行安全性及平稳性。结果表明:槽形梁纵向按照全预应力构件设计、横向按照钢筋混凝土结构设计的理念可行;通过合理布置钢筋能够有效满足U形梁的抗扭承载能力;桥梁的振动性能良好,具有足够的竖向和横向刚度,能够满足高速铁路桥梁250 km/h运行时的安全性和舒适性要求。     

基于英国BS5400的预应力混凝土槽形梁结构性能研究

结合一座国外公路槽形梁的工程设计实例,基于MI-DAS FX+V2.0.0和MIDAS/Civil 2006结构分析软件,选取四面体单元和桁架单元,建立空间实体计算模型,进行了各荷载组合工况下槽形梁空间受力性能研究,并针对槽形截面特点进行了各典型位置的剪力滞效应分析。在此基础上基于BS5400,进行结构性能分析及安全性分析,并总结预应力混凝土槽形梁的优缺点。分析结论可为BS5400规范体系下预应力混凝土槽形梁的设计及计算分析提供参考。     

铁路简支槽形梁结构设计与动力仿真分析

在我国铁路桥梁中,槽形梁的使用还较少。对敦格铁路1-32m槽形梁进行计算分析,并对其进行车桥耦合动力仿真分析。根据计算分析的结论,得出设计的槽形梁断面及各项应力合理,车桥耦合动力特性满足现行规范要求,为敦格铁路安全运营提供理论依据和科学参考,为槽形梁在我国铁路建设中的推广具有很强的借鉴意义。     

沈丹铁路双线槽形梁设计分析

预应力混凝土槽形梁属于下承式桥梁,具有隔音降噪、梁高较低、降低工程造价等优点,适用于公路、铁路、城市轨道交通桥梁及城市高架桥。以沈丹铁路槽形梁为背景,设计双线大间距槽形梁结构,经分析研究,该槽形梁截面尺寸合理,强度、刚度、稳定性均满足现行规范要求,应力结果满足相关规范要求,阐述其结构计算方法,为设计和施工人员提供参考。     

兰新二线全预应力混凝土槽型梁的静载试验研究

通过对兰新二线全预应力混凝土槽型梁在非对称竖向荷载作用下的足尺模型试验,研究结构在逐级增大荷载作用下的变形、应力变化和裂缝开展及分布等规律,验证了该槽型梁的设计理论和施工质量,为槽型梁受力理论的发展积累了经验。研究结果表明:在竖向非对称荷载作用下,槽型梁具有明显的空间受力特征:腹板不仅发生竖向的弯曲变形,还会发生横向向槽口内的变形,底板则受纵向弯矩和横向弯矩共同作用,而腹板和底板结合处往往受弯扭组合变形共同作用,应力状态复杂;荷载等级越大,扭转变形对结构的影响越大,弯扭组合效应越明显;在一定的荷载范围内,腹板和底板应力的增长随荷载等级的增加近似符合线性增大的规律,在荷载增大的过程中,底板应力变化明显,中性轴会发生明显移动,而腹板中性轴几乎不发生移动;结构的设计理论和施工质量均满足列车营运的要求,并具有充足的安全系数。     

波形钢腹板曲线结合梁弯扭效应的解析解推导及参数分析

为了研究波形钢腹板曲线结合梁的弯扭效应,基于波形钢腹板的特点,综合考虑曲率影响、截面剪力滞效应、波形腹板剪切效应、扭转和畸变效应,采用能量变分法推导了波形钢腹板简支曲线结合梁在弯扭作用下的控制微分方程,采用伽辽金法求解得到了其弯扭效应的解析解,并对曲线半径和圆心角进行了参数分析。随曲线半径的增大,波形钢腹板简支曲线结合梁的跨中挠度、扭转角、畸变角和剪力滞附加弯矩均增大,但扭弯应力比减小;随圆心角的增大,跨中挠度、扭转角和畸变角均增大,剪力滞附加弯矩基本不变,扭弯应力比则线性增加。说明曲线半径的减小和圆心角的增大,可使波形钢腹板简支曲线结合梁的扭转效应增强,弯曲特性减弱,圆心角和曲线半径是表征其弯扭效应的两个重要指标。     

隔板式曲线组合梁施工阶段开口薄壁钢梁受力特性研究

在无支架施工中,隔板式曲线组合梁的承载结构为曲线开口薄壁钢梁。以横隔板数量N及跨度与曲线半径的比值(跨径比)为参数,对5片试验梁进行混凝土浇筑过程中的模型试验,并基于M/r法,采用ANSYS软件分析曲线开口薄壁钢梁在混凝土湿重作用下的受力特性。结果表明:在混凝土湿重作用下,曲线开口薄壁钢梁的竖向位移、径向位移、切向应力及翘曲正应力与弯曲正应力的比值(应力比)均随均随跨径比的增大线性增加,随横隔板数量N的增加非线性减小,N从0块增加到3块的过程中变化较大,之后变化较小;端横隔板和跨中横隔板对曲线钢梁的弯扭效应影响最大;跨径比是反映曲梁受扭程度的一种显性指标,应根据应力比限值考虑跨径比的大小来确定曲线开口钢梁的横隔板。