增设黏滞阻尼器加固铁路桥梁的减震控制分析

研究目的:基于大地震中铁路桥梁因为墩梁横向位移过大造成的落梁等破坏,本文提出在T梁和墩顶之间增设黏滞阻尼器对桥梁进行减震控制的加固方案。以采用圆端型桥墩的某混凝土简支双片式T梁铁路桥为例,通过ANSYS软件建立桥梁结构模型,选取4条地震动记录,分析地震作用下不同墩高时桥梁的动力响应;选取两种液体黏滞阻尼器的加固布置方案,分析不同的阻尼器布置位置对桥梁墩顶的横向位移以及墩梁横向相对位移的影响规律,研究阻尼器不同设计参数对桥梁耗能减震的效果,结合阻尼器优化得到的参数并最终选定一种效果较好的加固方案。研究结论:(1) 8度罕遇地震作用下,墩顶位移和墩梁相对位移较大,超出了铁路桥梁的允许位移值;(2)随着墩高的增大,墩顶位移随之增大,而墩梁相对位移的变化规律不明显;(3)本铁路桥梁加固时液体黏滞阻尼器的推荐参数为阻尼速度指数a=0.3,阻尼系数C=5 000 k N·(s/m)a;(4)液体黏滞阻尼器能够显著降低地震作用下的墩顶位移和墩梁相对位移,消能减震作用显著;(5)本研究结论可用于既有铁路桥梁的抗震加固及减震控制。     

快速复合方法加固铁路桥梁的力学性能研究

研究目的:针对既有线32 m简支T型梁桥在列车提速时横向刚度不足、振幅过大以及重载列车过桥时承载力不足的问题,提出通过预制混凝土横隔板及体外预应力钢绞线对桥梁进行横向和纵向复合快速加固方法,通过ANSYS和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)进行桥梁加固前后静力性能以及车桥耦合动力性能分析。研究结论:(1)提速列车过桥时主要问题是横向振幅过大,而横向加固能够有效提高梁体的横向刚度,使桥梁的横向一阶、扭转一阶自振频率显著提升,减小列车过桥时的动力响应;(2)重载列车过桥时主要问题是承载力不足,竖向挠度过大,竖向加固在提高承载力和竖向一阶自振频率的同时,会导致梁体的横向自振频率变小,需在纵向加固同时进行横向加固;(3)证明了车桥系统共振理论推导公式计算结果的正确性以及桥梁加固后发生共振时桥梁的安全性;(4)加固后桥梁能够满足提速列车以及重载列车运营要求;(5)此加固方法适用于工期紧张且不能中断运营的铁路既有简支桥梁的加固。     

东平水道特大桥并联混合式减振方案研究

为增强桥梁结构的抗震能力和耐久性，针对大跨度铁路桥梁车致振动及地震响应的动力特点，以东平水道特大桥为工程背景，提出一种并联混合式减振方案，研究黏滞阻尼器对纵向滑移体系桥梁地震响应的控制效果，分析不同控制体系对列车荷载引起结构响应的影响。研究结果表明，黏滞阻尼器能显著减小大跨度铁路桥的地震结构位移和内力响应；泄压阀锁定装置对列车制动力和行车荷载的抑振能力优于黏滞阻尼器；当黏滞阻尼器和泄压阀锁定装置协同工作时，在降低二者出力值的同时可实现对列车荷载更好的控制效果，由于传力路径的改变，控制后的墩底剪力和弯矩均有所增大，但锁定装置的增大效应更小。     

简支铁路桥梁加固前后共振响应分析

研究目的:由于加固前后铁路简支桥梁自振频率发生变化,车桥系统发生共振时对应的列车速度发生改变,因此需要分析加固前后桥梁的共振响应是否满足要求。本文介绍车桥系统发生共振的原理,研究影响车桥系统共振响应的因素,采用ANSYS软件和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)分析加固前后桥梁仿真模型的车桥耦合动力性能。研究结论:(1)对于小跨径直线桥梁,加固前后桥梁发生共振时对应的列车速度发生明显改变;(2)通过桥梁加固,其发生竖向共振时列车速度已经超出高速列车的速度范围;(3)列车第二共振速度时桥梁的竖向振幅和加速度远小于列车处于第一共振速度时,故可以不考虑;(4)对桥梁进行加固,能够明显减小共振时桥梁竖向及横向的跨中振幅和跨中加速度;(5)本研究成果可为简支铁路桥梁的共振控制提供借鉴。     

半漂浮体系钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震研究

大跨径中承式钢管混凝土拱桥桥面梁倾向于采用半漂浮式主梁,应设置黏滞阻尼器控制桥面梁在地震作用下的响应.以某计算跨径252 m的中承式钢管混凝土拱桥为例,采用动力时程分析方法研究半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥中黏滞阻尼器参数的选取方法,对比分析设置黏滞阻尼器前后桥梁结构的地震响应,以反映黏滞阻尼器对半漂浮体系钢管混凝土拱桥的...     

钢-混凝土连续组合铁路桥梁综合动力性能试验研究

通过对某客运专线的钢-混凝土连续组合板梁铁路桥和连续组合箱梁铁路桥的综合动力性能试验,测试在高速列车通过时钢-混凝土组合连续梁桥的自振特性、动挠度、竖横向振幅、竖横向加速度、墩顶横向振幅、支座位移、脱轨系数、轮重减载率和轨道力等动力响应和安全指标。采用车桥耦合振动理论对2座组合梁桥进行动力仿真分析,对桥梁的动力性能、试验列车运营的舒适性和安全性进行预测,结合已有相关规范,分析实测资料并综合评价2种类型组合梁铁路桥体系的各种性能。试验结果表明,在高速列车荷载作用下,2座组合梁桥梁体及墩身应力增量很小,支座位移也很小;实测梁体竖向自振频率符合相应的规范要求;在高速列车荷载作用下,梁体跨中挠度、横向振幅、竖横向加速度和墩顶横向振幅以及桥梁中跨跨中的脱轨系数、轮重减载率和轨道力符合相应的规范要求。     

近断层地震作用下高铁连续刚构桥减震控制研究

为探究近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的抗震性能及减震控制措施,基于Makris速度脉冲模型,通过Matlab软件人工生成近断层脉冲型地震,利用OpenSees建立某高速铁路(82+146+82) m连续刚构桥线桥一体化有限元模型,分析不同速度脉冲类型、脉冲周期、脉冲幅值对桥梁动力响应的影响。在此基础上,研究不同参数液体黏滞阻尼器对近断层脉冲型地震的减震效果。研究结果表明：速度脉冲会显著增大地震加速度反应谱的长周期谱值,长周期反应谱幅值出现在脉冲周期对应的反应谱周期附近。对于本文算例,当速度脉冲周期Tp为1 s时,单半波速度脉冲为最不利脉冲类型;当速度脉冲周期Tp>1 s时三半波脉冲为最不利脉冲类型;速度脉冲会导致桥梁的墩顶位移大大增加,若不加以控制可能导致桥墩破坏甚至桥梁倒塌。液体黏滞阻尼器可有效降低近断层脉冲型地震作用下高速铁路连续刚构桥的动力响应,减震效果良好。在阻尼系数C为1 000～9 000 (kN·s)/m,速度指数α为0.1～0.9范围内,阻尼系数越大、速度指数越小、液体黏滞阻尼器对墩顶位移和墩底内力的控制效果越好,对于采用液体黏滞阻尼器进行减震控制的高速铁路连...     

重载铁路桥梁动力响应的随机性分析及最大值估计

为评估现有桥梁通行大轴重列车的可行性,基于某重载铁路桥梁的现场试验数据,对不同轴重列车以不同运行速度通过桥梁时桥梁动力响应的随机性进行分析,并且结合3倍标准差原理进行动力响应最大值估计。结果表明:在60~80km·h~(-1)的速度范围内,列车速度对桥梁的竖向挠度和横向振幅影响不大;随着列车速度的提高,桥梁的竖向振幅缓慢增加,而且桥梁跨中的横、竖向强振频率和振动加速度也呈逐渐增大趋势;随着货车轴重的增加,桥梁的竖向挠度呈近似线性增加趋势,振幅和振动加速度也不断增大;25t轴重运营列车引起的桥梁动力响应的概率密度离散程度较大,而试验列车的离散程度较小;在相同列车速度条件下,跨中的横向响应比竖向响应的随机性大,振幅和振动加速度的随机性相当,竖向挠度的随机性最小;对1座孔跨布置为2-24m的低高度预应力混凝土T型简支梁桥的动力响应最大值估计的结果表明,该桥能够通行75km·h~(-1)速度以下的30t轴重列车。     

列车制动和运行下大跨度公铁两用斜拉桥纵向振动分析

列车运行作用下斜拉桥不仅发生竖向振动,也发生纵向振动;当列车在斜拉桥上制动时,作用于结构上的制动力使其发生纵向振动。以公铁两用斜拉桥为研究背景,根据相关文献计算公式获得列车制动力,分析列车制动作用下斜拉桥动力响应;采用移动荷载模拟列车运行作用,研究列车运行作用下结构动力响应;利用非线性动力时程分析方法,对黏滞阻尼器参数进行敏感性分析,探讨塔梁间设置黏滞阻尼器对列车制动和运行作用下结构动力响应的影响,并与未设置黏滞阻尼器的情况进行比较。结果表明,当斜拉桥塔梁间无纵向连接时,结构响应受列车运行速度影响较大,斜拉桥可能发生纵向共振,结构响应显著增大;塔梁间设置黏滞阻尼器能有效控制列车制动和运行作用下斜拉桥纵向振动响应。     

大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应研究

研究目的:为研究大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应,本文以30 t大轴重列车和重载铁路线上常用跨度32 m预应力混凝土简支T梁为研究对象,结合现场实测数据,基于多体动力学理论和有限元法建立大轴重列车-轨道-桥梁三维耦合精细化有限元模型,并验证有限元模型的准确性。通过计算大轴重列车作用下桥梁结构的动力响应,分析大轴重列车编组长度、列车轴重、列车运行速度以及桥墩高度等因素对桥梁结构动力响应的影响规律。研究结论:(1)当列车编组数达到6节以后,列车编组数增加仅影响桥梁结构的动力响应持续时间,不会对桥梁结构的动力响应峰值产生影响,在计算长大编组列车通过中小跨度桥梁时可简化为6节编组进行计算;(2)桥梁结构的动力响应与重载列车的轴重有较明显的相关性,桥梁跨中竖向位移和跨中横向位移均随着列车轴重的提高而增加,增幅呈近似线性增加的趋势;桥梁跨中竖向加速度和跨中横向加速度均随着列车轴重的提高而逐渐增加,且增幅越来越大;(3)桥梁结构的动力响应均随着列车运行速度的提高而增加,跨中加速度响应随列车运行速度的提高增幅比跨中位移响应增幅大;(4)桥梁墩高的变化对桥梁结构的竖向动力响应影响较小,而对横向动力响应影响较大;(5)本研究成果可为重载铁路桥梁的设计和既有线铁路桥梁强化改造提供参考。     

钢-混凝土连续结合梁动力性能试验研究

通过对合宁铁路钢-混凝土连续结合梁动力性能试验,测试钢-混凝土连续结合梁的自振特性和CRH2动车组、120 km/h试验货车和160 km/h试验客车通过时的动力响应.试验结果表明,钢-混连续结合梁可以满足这3种列车通过时的安全性要求;梁体的竖向、横向自振频率、跨中挠跨比、梁端转角、挠度、应变动力系数、跨中横向振幅、墩顶横向振幅、竖向加速度、支座横向动位移均符合相关规范和设计的要求.     

石河子独塔斜拉桥横向抗震合理约束体系研究

以石河子独塔斜拉桥为工程背景,建立有限元抗震模型,采用非线性动力时程分析方法对该桥进行罕遇地震作用下的横桥向抗震分析。为研究横向约束体系对独塔斜拉桥抗震性能的影响,主塔处分别采用塔梁固结、塔梁分离、塔梁铰接、竖向支承、竖向支承加弹性索、竖向支承加黏滞阻尼器(FVD)等不同横向约束形式、边墩处分别采用横向铰接、竖向支承、铅芯支座、竖向支承加黏滞阻尼器等不同约束形式进行抗震计算,通过分析对比,得出以下结论:若边墩受力不控制设计,则主塔处采用竖向支承加黏滞阻尼器、边墩横向铰接是相对最优的约束体系;若边墩受力控制设计,则主塔处采用竖向支承加弹性索、边墩设置铅芯支座是相对最优的约束体系。     

考虑地震动水力的跨海斜拉桥减震控制研究

处于深水环境的跨海斜拉桥,地震灾害会诱发显著的地震动水力作用于高桩承台群桩基础,导致结构地震响应发生改变。为探究考虑地震动水力对桥梁纵向减震控制效果的影响,以某主跨400 m的跨海斜拉桥为例,基于辐射波浪理论推导不同截面尺寸构件的地震动水力解析解,并将其通过节点质量附加于高桩承台群桩基础,建立考虑地震动水力的水-结构相互作用模型。在此基础上,在塔、梁连接处设置黏滞阻尼器建立桥梁纵向减震体系,采用OpenSees分别建立考虑和不考虑地震动水力的减震控制有限元模型,沿桥梁纵向输入地震波对比计算地震动水力对黏滞阻尼器减震效果的影响。结果表明：地震动水力对结构基频影响甚微,但会显著降低后续高阶的自振频率,其对斜拉桥桥梁结构自振特性的影响不容忽略;地震动水力会显著增大结构动力响应,忽略地震动水力将高估黏滞阻尼器对斜拉桥主梁纵向位移的控制能力;考虑地震动水力后,更加凸显阻尼常数C对桥梁减震控制效果的影响起主导地位,据此提出“先定阻尼常数C,后选阻尼指数α”的阻尼器参数选取原则。依据该原则,推荐阻尼常数C宜控制在4 000～6 000 kN·(m/s)-α,阻尼指数α宜控制在0.5～0.7范围内。其...     

基于动力吸振原理的高墩桥梁抗震特性研究

研究目的:为提高高墩桥梁的抗震性能,利用梁体具有大质量的属性,提出一种动力吸振型高墩桥梁结构,基于扩展定点理论、有限单元法和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,对3种墩高的高墩桥梁在4条实测汶川地震波作用下的抗震特性及列车过桥安全性进行分析。研究结论:(1)相对于常规型桥梁,动力吸振型桥梁不仅可以有效抑制地震作用下不同高度桥梁在设计固有频率处的墩顶横向位移和加速度,对梁体的横向振动也有一定程度的抑制作用;(2)动力吸振型桥梁墩体应力最大值较常规型桥梁有很大幅度的降低,即便是计算工况中最小的减震率,也达到了43. 57%;(3)由于抑制了作为列车运行基础的梁体横向振动,列车通过动力吸振型桥梁时的脱轨系数和轮重减载率均低于通过常规型桥梁时的指标,过桥安全性也得到提高;(4)本研究成果可为高墩简支梁桥抗震设计提供理论支撑。     

A型高墩大跨混凝土连续刚构桥车桥动力分析

研究目的:针对A型高墩大跨混凝土连续刚构桥,具有墩高、跨度大、墩身体量轻、刚度相对小等特点,分析车桥耦合动力响应,得出车桥动力性能指标,探讨桥梁结构横向自振周期与车桥动力响应的关系。研究结论:(1)结构基频为纵向振动,频率为0.401 Hz,第二振型为横向振动,频率为0.657 Hz,一阶竖弯频率为1.125 Hz;(2)客车以200 km/h运行,车辆运行安全性和平稳性满足要求,横向及竖向舒适度指标均为优良;货车以120 km/h运行,能满足车辆运行安全性和平稳性要求;A型高墩能较好地解决大跨度连续刚构桥的动力性能问题;(3)桥梁横向第一自振周期对桥梁横向振幅影响较大,对梁体竖向、横向加速度影响规律不明确;(4)车辆响应对桥梁横向自振周期不敏感,采用桥梁横向自振周期来反映桥上车辆的运行安全性、舒适性和平稳性的规律性不明显,两者的相关性不显著;(5)本文分析成果对高墩大跨铁路桥梁设计具有指导意义。     

大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥车桥耦合效应及影响参数研究

"抱轨"行驶是跨座式单轨交通的一个显著特点.针对单轨列车与双层桥面钢桁梁斜拉桥的车桥耦合动力性能,以主跨468 m牛田洋大桥为工程背景,基于ANSYS及SIMPACK等软件建立车桥空间耦合动力模型开展联合仿真,研究不同行车速度、不同列车特性下的车、桥动力响应,并对行车安全性等进行了评估.研究结果表明:列车在通过桥梁时的竖向动力效应较弱,位移冲击系数约在1.1以内,且桥梁竖、横向位移响应均与车速无显著联系;竖向位移随过桥车辆数目的增加而增大,横向位移在单线行车时明显大于双线对开工况;桥梁与车体振动加速度均随车速递增,且车体横向振动程度大于竖向;跨座式单轨列车在列车正常行驶速度100 km/h以内通过该大跨度斜拉桥时,桥梁的动力性能优良,桥上列车具备良好的乘坐舒适性.     

上承式钢板梁桥加固前后的横向振动研究

针对提速货车作用下中等跨度铁路桥梁出现横向刚度不足,横向振幅较大的情况,在分析车-桥横向振动机理的基础上,建立了车桥振动方程,建立三维有限元模型计算加固前后的动力特性,并以理论人工蛇行运动波形和轨道不平顺作为激励源输入,以蛇形波的波长及车速作为参数对钢板梁桥加固前后的横向振动进行模拟计算和分析。结果表明:当蛇行波长为8.5 m,车速为50.4~75.6 km/h时,加固后桥梁跨中的最大横向振幅不同程度减小,其中加固方案3和方案4在此速度范围内桥梁的减振效果比较明显。     

重载铁路并置T梁横向加固运营性能研究

随着我国既有铁路扩能运输的实施,运营列车整列载运量和单列轴重的增加,既有铁路梁体横向刚度偏小引起桥梁振幅过大、冲击振动加剧等,严重影响了铁路桥梁的安全运营。以朔黄铁路32 m预应力混凝土并置T梁为研究对象,以不同轴重运营列车车辆轮对的蛇行波为激振源,采用理论分析、现场实测方法,研究列车通过横隔板加固联结后桥跨结构的横向振幅的响应过程和变化规律,评价梁体的加固效果,为重载铁路并置梁的加固研究和维护管理提供科学依据。     

阻尼器对高墩连续刚构桥抗震性能的影响分析

以一座高速铁路高墩三跨连续刚构桥为研究对象,利用MIDAS/Civil软件建立全桥空间动力分析模型,通过非线性时程分析法研究在刚构桥两侧边墩上设置黏滞阻尼器对连续刚构桥地震响应的减震效果。从减小边墩的墩梁相对位移出发,考虑刚构墩墩底受力的减震效果,分析了黏滞阻尼器参数的合理取值。结果表明,连续刚构桥边墩设置黏滞阻尼器以后,可有效减小边墩的墩梁相对位移,减小刚构墩的受力,提高全桥的抗震性能。     

重载铁路轻型桥墩简支梁车桥耦合动力分析

某重载铁路多座桥梁采用轻型桥墩,运营中桥梁产生不同程度的横向异常振动问题,横向振幅超过限值,产生安全隐患。运用车一桥耦合动力性能计算的原理进行分析,明确了各项计算参数的取值,得到了车一桥耦合的动力性能,评定了桥梁的加固效果。检测表明,理论分析同试验结果相吻合,加固后横向振幅满足了《铁路桥梁检定规范》的要求。桥梁加固达到预期的效果。