新型组合箱梁竖向弯曲力学行为的研究

研究目的:新型组合箱梁是传统波纹钢腹板组合箱梁下翼板(RC板)被平钢板所置换的一种结构。为研究该类结构竖向弯曲力学行为,本文设置3个不同的剪滞纵向翘曲位移差函数,以准确反映不同宽度、厚度组合箱梁翼板的剪滞变化幅度,同时考虑组合箱梁腹板褶皱效应、铁木辛柯剪切变形以及剪滞翘曲应力自平衡等因素,进而基于能量变分法建立组合箱梁的弹性控制微分方程和自然边界条件,且据此开展新型组合箱梁竖向弯曲力学性能的精细化分析。研究结论:(1)由于剪滞翘曲应力和弯矩自平衡条件的引入,新型组合箱梁力学性能分解为独立的初等梁理论和剪滞理论体系,且其力学性能为两者的叠加值;(2)与传统组合箱梁相比较,新型组合箱梁褶皱效应明显趋强;(3)由于自平衡条件的引入,本文方法计算精度显著提高,可为新型组合箱梁的推广应用提供理论和技术支持。     

常温养护下正交异性钢板-RPC组合桥面力学研究

为了解决正交异性桥面板铺装破坏和钢桥面板开裂的问题,提出一种常温养护下正交异性钢板-活性粉末混凝土(RPC)组合桥面结构体系。基于某大桥建立局部有限元模型,并计算对比常温RPC组合箱梁、纯钢箱梁、高温RPC组合箱梁和普通混凝土组合箱梁的桥面系应力状态;同时开展局部模型静载试验。研究结果表明:常温养护下RPC抗压强度、抗折强度和弹性模量与普通混凝土相比有明显的提高;常温养护的RPC组合箱梁的RPC层拉应力达到了6.45 MPa,未出现裂缝,此应力远高于普通混凝土的抗拉强度,从而为解决桥面铺装破坏提供了思路;常温RPC组合箱梁和高温RPC组合箱梁桥面板应力降幅都超过了80%,明显大于普通混凝土组合箱梁,从而改善桥面板疲劳性能。常温养护的RPC在施工现场便于制作,应用前景较好。     

新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构参数研究

钢桁梁桥由于其承载性能好和跨越能力较强等优点,在大跨度铁路桥梁中被广泛采用。但大跨度钢桁梁桥具有跨中挠度大、梁端转角大和温度变形敏感等特点,为了减小大跨度钢桁梁桥二期恒载、适应桥梁变形特性,在大跨度钢桁梁桥上采用新型明桥面轨枕板式无砟轨道结构。以南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥铺设新型明桥面轨枕板式轨道为背景,采用有限元法建立大跨度钢桁梁桥上轨枕板式无砟轨道结构计算模型,研究了轨枕板结构参数对轨道受力与变形的影响,确定轨道结构的合理尺寸与参数。结果表明:轨枕板的外形尺寸直接影响其受力和变形特征;板下垫层的厚度对垫层的受力特性的影响较大;建议南沙港铁路某大跨度钢桁梁桥上采用具有2组承轨台、宽度为2800 mm的轨枕板,轨枕板厚度为280 mm,板下垫层厚度为120 mm。     

铁路新型标准混凝土箱梁预应力锚固区力学行为精细化研究

标准混凝土箱梁在我国铁路建设中得到了广泛应用。铁路应用某新型标准混凝土箱梁,采用单排大吨位的预应力锚固形式,共计在梁端设置了17个预应力锚固区。相较于武广客专等应用的双排预应力钢束标准混凝土箱梁,其腹板预应力锚固区的局部应力分布及精细化力学行为值得进一步研究。通过建立新型标准混凝土箱梁空间有限元模型,考虑材料的非线性行为,对箱梁端部预应力锚固区的局部应力场及裂缝开展高精度计算分析。研究结果表明：预应力钢束张拉过程中锚固区混凝土最大主压应力位于N6(腹板最上部预应力钢束)的喇叭口边缘,为33.45 MPa;最大主压应力小于其抗压极限强度值,集中在喇叭口的环向范围内,整体呈现区域小、收敛快的分布形式;标准混凝土箱梁的主拉应力值随预应力钢束张拉不断增大,其中N3(腹板最下部预应力钢束)区域的主拉应力变化最为显著,张拉完成后,锚固区混凝土最大主拉应力达到了混凝土抗拉极限强度,主要分布于锚垫板四周,最大裂缝出现在N6锚垫板上边缘的两角处,裂缝宽度为0.088 mm。混凝土封锚可有效降低预应力锚固区的开裂风险,但在实际服役环境中仍应对此区域进行重点关注。     

基于双层永久衬砌结构的桩基托换施工力学行为研究

以西安地铁1号线矿山法区间下穿太平河桥工程为背景,运用有限元方法分析研究基于双层永久衬砌结构的桩基托换体系的施工力学行为,并论证超前注浆预加固地层的效果。研究结果表明:基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系安全可靠、环境影响小,可为后续类似桩基托换提供宝贵的借鉴和参考;桥桩托换段桩基出露施工环节对桥跨结构的沉降变形影响较大,是衬砌结构洞内托换群桩基础的关键工序,故施工过程中应予以重点关注;基于双层永久衬砌结构的桥梁桩基托换体系在完成承载体系的有效转换后托拱结构节点处产生明显的应力集中现象,因此应适当加厚桩基托换节点处结构厚度并增加配筋量以满足结构安全要求;桩基托换施工过程中桩基开挖暴露长度愈短,托换体系施工引起的桥跨结构沉降变形及桩基托换节点区域主应力值愈小;洞内预注浆加固能够显著降低桥跨结构沉降变形及托拱结构受力,从而确保隧道修建时桥梁结构的安全性。     

装配式地铁车站结构接缝防水关键技术研究与应用

装配式地铁车站结构的接缝防水性能一直备受行业的关注,针对装配式车站的结构构造、构件制作及施工工艺等特点,对与接缝防水性能高度相关的“接缝张开量”和“密封垫错位量”两个关键参数的主要影响因素和控制指标进行分析,结合密封垫防水性能试验研究及实际工程应用监测结果,充分论证接头接缝“两垫+一注+一嵌”多道防线的关键技术。双道密封垫以三元乙丙橡胶(EPDM)弹性密封垫作为主防水,复合遇水膨胀橡胶作为加强防水,形成复合式多孔多槽形密封垫,密封垫为接缝防水主要防线,注浆和嵌缝为辅助防线。研究和实际应用表明,装配式车站结构的接缝防水,不仅在防水构造措施方面与盾构隧道不同,而且在各项控制标准方面也存在较大差异,张开量10 mm、错位量5 mm是装配式车站结构接缝防水性能控制的合理指标;单道防水密封垫,在张开量10 mm、错位量5 mm的情况下,能抵抗水压力1.0 MPa,满足埋深30 m车站结构抵抗2～3倍水头压力的性能要求,并在使用100年后,仍存在约67%的残余应力值,具有长期耐水压性能;双道防水密封垫,较单道密封垫防水性能提高有限,提高率在20%～30%之间,但在衬砌外道密封垫出现局部漏水时,双道密封垫的优势显著;从接缝合理张拉锁紧荷载的角度考虑,三元乙丙橡胶密封垫的硬度需要较常规盾构隧道密封垫降低5 SHA,即采用60 SHA,其单位长度完全压缩荷载指标不大于40 kN/m。目前已建和在建车站工程,实测结构接缝最大张开量和表面最大错台量均满足接缝防水性能控制标准的要求,在未设置外包防水层的情况下,接缝无渗漏水现象发生。     

某地铁深基坑桩撑支护结构施工力学行为分析

研究目的:特殊红砂岩地层严重影响兰州地铁车站深基坑支护施工安全,因此研究特殊红砂岩复杂环境下深基坑施工力学行为迫在眉睫。本文以兰州地铁1号线东方红广场站深基坑桩撑支护结构为工程背景,依据现场监测结果和数值计算模型对比分析了围护结构、周边建筑物及地表沉降的位移变化规律。研究结论:(1)数值模拟结果和现场监测结果对比分析表明,两者的结果相近,变化趋势基本一致,说明运用生死单元法对基坑开挖支护分析的结果可以为深基坑的设计与施工提供有效指导;(2)现场监测桩顶水平位移最大值为10.51 mm,小于30 mm的控制值,这说明咬合桩+钢支撑的支护结构可以有效地控制兰州特殊红砂岩地层基坑位移;(3)随着基坑开挖和支护的持续进行,桩身的前倾型变化曲线逐渐成为"鼓肚"形,最大测斜值为10.56 mm,发生于2/3倍的开挖深度附近;(4)随着基坑的不断开挖,周边建筑物距离车站越远,其竖向沉降位移越小;(5)基坑周边的最大沉降发生于距离基坑边缘1/3倍坑深处;(6)本研究成果可为兰州地区类似特殊地层地铁深基坑的设计与施工提供指导。     

钢管砼梁拱组合结构拱肋受力行为分析

以宜万铁路宜昌长江大桥为工程背景,通过有限元计算,分析了钢管混凝土拱肋施工阶段主梁控制截面受力情况,还对目前国内三种主要钢管混凝土规程进行了比较分析。通过分析比较,发现在拱肋施工的各工况中,钢管拼装和吊杆张拉对结构的受力影响较大。对钢管混凝土梁拱组合结构的设计计算,宜采用把钢管转化为混凝土的理论计算,以其他的理论的计算作为参考,以期使结构设计更加合理。     

危岩落石棚洞-拦石墙新型组合结构防护措施研究

针对既有危岩落石防护措施满足不了铁路站场扩线防护范围需求的问题,以黔张常(黔江—张家界—常德)铁路张家界禾家村车站为背景,利用RocFall软件对边坡落石运动轨迹进行模拟,得出了落石运动能量和范围.在既有棚洞基础上,提出了一种棚洞与拦石墙相结合的新型防护结构.基于传统拦石墙稳定性计算,提出了棚洞-拦石墙新型组合结构稳定...     

新型组合结构围堰钢-混连接段关键技术

组合结构围堰由于其环境适应能力强,施工成本可控,便于合理优化工期,近年来逐步成为桥梁基础施工建设中新兴的一种施工方法。常见的组合围堰有土石+双壁钢围堰、钢筋混凝土-钢套箱围堰、混凝土-钢板桩围堰等结构形式,而咬合桩-双壁钢围堰组合结构围堰尚属国内施工中首次运用,缺乏合理性验证。以建设中的临港长江公铁两用大桥基础施工为例,介绍组合咬合桩+双壁钢围堰。对钢-混连接段构造建立ABAQUS有限元分析模型,验算不同工况下其变形、力学特性。现场监测结果验证了有限元计算的可靠性,同时表明钢-混连接段构造结构设计的合理性。     

高速铁路土工格栅加筋土挡墙服役期力学行为研究

为揭示高速铁路加筋土挡墙服役期间的力学行为,对山东省青(岛)荣(成)城际铁路土工格栅加筋土挡墙进行了竣工后48个月的长期远程观测试验,研究加筋土挡墙工后力学行为的演化规律,分析加筋土挡墙墙面、墙体内及墙背位置的侧向土压力,墙体基底竖向应力及筋材拉力的实测数据分布规律和服役期的变化情况。试验结果表明:加筋土挡墙墙面及墙内位置的侧向土压力随时间基本保持稳定,工后48个月期间墙面板背部的侧向土压力约为竣工时的98.2%。加筋土挡墙墙体竖向应力在工后48个月期间基本保持稳定。墙面处土工格栅的拉力是约束墙面变形并减小墙面侧向土压力的主要因素之一,加筋土挡墙的工后变形能够满足高速铁路对于路基变形的要求。     

轨道车内装饰板常用接缝结构的安装

为了更经济有效地实现轨道车内装饰设计效果,阐述轨道车内装饰板对接结构、搭接结构、插接结构、角接结构4种常用接缝结构及接缝安装工艺,分析不同接缝结构的优缺点,总结归纳不同结构接缝的安装应用情况,为轨道车内装饰设计者提供参考.     

大跨度铁路钢桥桥面防水铺装层结构形式研究

防水铺装层是桥梁结构的重要组成部分,其优劣直接影响桥梁结构耐久性。不同于公路钢桥面铺装,大跨度铁路钢桥面防水铺装层设置于道砟以下,不直接承受车轮荷载,不易检查,维养难度大。通过对铁路钢桥面铺装层结构受力特性进行计算分析,对比研究4种不同铺装层结构钢桥面板及铺装层力学性能。分析表明：由于道砟的扩散效应,车轮荷载传递到铺装层表面一般较均匀,随着弹性模量或铺装厚度增加,铺装层整体参与桥面受力,钢桥面受力略有改善,桥面局部位移减小;传统的道砟槽板铺装层结构厚、刚度大,活载作用下钢桥面板应力及变形较小,但结构质量增加引起的桥面板应力和变形反而更高;对不同铺装层进行全寿命周期经济性比较表明,复合钢板铺装层整体经济性较优。     

铁路桥梁群钉组合结构极限承载力和静力行为分析

针对我国铁路桥梁中应用的钢—混凝土组合结构,根据推出试验结果,采用最小二乘非线性拟合得到C 50混凝土中13和22栓钉的荷载—滑移关系式。通过群钉组合结构极限承载力试验,并结合所提出的群钉组合结构有限元模拟方法,研究钉群平均极限承载力的折减、钉群受力分布及其影响因素。研究结果表明:在群钉组合结构中,钉群平均极限承载力较单钉极限承载力有较大程度的折减,最多达到18%;钉群受力具有明显的不均匀性,由上到下呈马鞍形分布,随着荷载的增加,栓钉受力发生重分布,接近极限荷载时,各栓钉受力基本均匀。栓钉刚度、加载方式等都是钉群受力不均匀性的主要影响因素。栓钉刚度越大,钉群平均承载力折减越多。加载方式对群钉组合结构极限承载力基本没有影响,但在荷载较小时对钉群受力不均匀程度的影响较大,而随着荷载的增加,其影响逐渐减小。有限元分析结果与试验结果吻合良好,验证了所提出的群钉组合结构有限元模拟方法正确、可行。     

新型超高性能混凝土铁路钢桥面铺装体系适用性研究

铺装层是铁路钢桥面结构体系的重要组成部分.以一种新型的超高性能混凝土铺装体系为研究对象,研究其在铁路钢桥面中的适用性,为其工程应用提供技术支撑.通过建立铁路钢桥面结构体系节段有限元模型,分析了该新型铺装体系在铁路钢桥面中的受力特点,指出铺装层最不利受力状态位于横隔板正上方.基于有限元分析结果设计了试验模型并进行了静载试...     

大直径盾构隧道新型扩挖结构关键构件力学特征分析

结合北京地铁14号线?10m盾构隧道扩挖车站试验段工程,研究分析采用盾构中洞—边桩法扩挖修建地铁车站施工过程中结构体系的受力转换、受力行为及变化特征。通过地层结构数值模拟方法,动态分析确定盾构管片、边桩导洞、中导洞扣拱初衬及中柱等构件的内力和变形特征。研究结论可为类似工程的设计和施工提供参考。     

高速铁路钢结构桥梁桥面结构布局探讨

在总结分析国内外钢结构桥梁桥面结构使用情况的基础上 ,借鉴国外高速铁路钢桥桥面结构设计使用经验 ,拟定了适用于我国高速铁路钢结构桥梁的桥面结构型式 ,并对其受力特性及其自重和用钢量进行综合分析比较 ,提出我国高速铁路钢结构桥梁桥面结构的合理布局     

偏压双连拱隧道施工力学行为研究

在综合分析当前连拱隧道发展的基础上,以邵(阳)怀(化)高速公路中洞口塘双连拱隧道工程为背景,以解决在地形偏压和施工偏压的条件下连拱隧道力学行为为出发点,通过数值模拟分析,结合现场监控量测成果,研究支护结构的受力特征和变形情况等问题。结果表明,在地形和施工偏压的双重作用下,连拱隧道左右洞变形具有不对称性;施工结束后中墙仍然要承受一定的弯矩;在施工过程中连拱隧道左右洞具有非常大的相互作用。     

胡麻岭隧道大变形力学行为及控制技术研究

以在建"兰渝客运专线"胡麻岭高地应力软岩大断面隧道为依托,采用FLAC3D三维数值模拟程序,深入研究喷锚联合支护和掌子面预加固工法施工力学行为。总结了高地应力隧道不同施工工法开挖过程中围岩变形特性、塑性区分布特征、力学响应和能量积聚、迁移规律。