武汉天兴洲公铁两用大桥疲劳四线系数的研究

四线铁路桥梁疲劳检算系数与各线列车在桥上的相遇次数及构件的荷载分配系数有关。根据列车过桥的随机性特点,运用概率理论分析四线列车在桥上的相遇概率和次数以及四线铁路桥在各种相遇情况下的损伤度,推导出四线铁路桥梁疲劳检算中四线系数的计算公式。运用该公式,以过桥长度1 092 m,横梁端剪力的荷载分配数据为依据,计算得武汉天兴洲大桥中间主桁疲劳检算四线系数为1.96。根据天兴洲大桥的结构及受力特点,综合分析所有情况的计算结果,建议天兴洲大桥疲劳四线系数取2.20。     

三线铁路桥梁疲劳检算的三线系数

铁路桥梁结构的疲劳寿命主要取决于桥梁结构构造细节、活载作用效应特征和活载作用次数。从列车上桥时刻的随机分布特征及列车相遇对桥梁损伤的累积作用出发,分析三线铁路桥梁结构疲劳检算中三线系数的影响因素。分析结果表明,三线系数只与各线列车的最大作用效应、列车运营密度(发车时间间隔)以及在桥上的持续时间有关。基于遭遇概率理论,推导三线系数的计算公式。采用该公式计算的三线系数与现场调查分析法所得结果基本一致。     

大跨度铁路钢桥疲劳计算方法及关键参数

疲劳问题是钢桥设计中需要重点关注的问题.对日本、欧洲和我国铁路钢桥疲劳计算方法及相关参数进行了调研分析,明确了各国铁路钢桥在疲劳计算方法和相关参数选择方面的异同.以我国一座千米级跨度铁路钢桁梁悬索桥为例,对其加劲梁杆件的疲劳受力特征、恒活载比及应力比进行了计算分析.研究结果表明:部分杆件在单线和双线荷载作用下疲劳受力特...     

国内外铁路桥梁规范抗疲劳设计方法分析

回顾中国铁路钢桥设计规范的抗疲劳设计方法,阐述英国BS5400规范和欧洲规范Eurocode3的抗疲劳设计条文,分析比较这些规范抗疲劳设计方法。英国规范和欧洲规范采用了无限疲劳寿命方法和有限疲劳寿命相结合的方法,中国铁路桥规使用的是无限疲劳寿命方法,各国规范均不同程度地使用了概率的方法来处理影响结构疲劳的因素。在特殊结构细节分类和构造细节热点名义应力的计算方法上,英国BS5400及欧洲规范都进行了详细的规定,并且对于剪应力疲劳在欧洲规范中有了较为详尽的计算方法。     

铁路钢桁梁桥疲劳检算三线系数

我国铁路正准备修建三线桥甚至四线桥,现行规范及研究只涉及到两线桥的疲劳检算。将三线铁路桥梁列车相遇的复杂随机过程问题简化为较简单的概率问题,推导出铁路三线钢桁梁桥列车两两相遇概率及相遇次数、三线相遇概率及相遇次数,通过模型处理和简化,推导出三线钢桁梁桥疲劳检算三线系数的近似计算式。算例说明,应用近似计算式将使三线钢桁梁桥的疲劳检算变得简单、方便。该研究思路和方法也为四线钢桁梁桥及更多线钢桁梁桥的疲劳检算多线系数研究提供依据。     

铆接钢桥剩余寿命与使用安全评估

基于铆接钢桥的疲劳损伤演化机理,以及铆接结构多破坏模式和铆接多成份、多构件的疲劳失效论与方法进行系统研究,建立基于疲劳累积损伤理论、断裂力学和可靠度理论的铆接钢桥使用安全评估系统。本文研究工作主要表现在以下几个方面。(1)针对我国公路与铁路桥梁设计规范尚未对交通荷载谱模拟做出规定的不足,在现场交通观测和应力谱实测基础上,运用MonteCarlo模拟技术,实现公路与铁路桥梁交通荷载谱和应力谱的模拟。通过上海市浙江路桥和京九线赣江桥计算应力谱与实测应力谱的对比分析,表明本文建立的交通荷载谱可用于疲劳寿命评估。(2)…     

美日欧中规范钢桥压杆稳定性计算对比研究

在进行稳定设计时,大部分规范同时考虑构件的整体稳定和板件的局部稳定,不同规范的稳定设计方法差异较大。介绍美国、日本、欧洲、中国四种钢结构桥梁规范中的稳定设计方法,通过将整体稳定折减系数和局部稳定折减系数分别表示为相对长细比和相对宽厚比的函数,绘制4种规范下的稳定折减系数曲线进行对比。同时,针对桥梁工程中常用的翼缘厚度小于40 mm的H形截面杆件,根据各规范中对应的曲线,结合算例计算其稳定折减系数。结果表明:对H形截面受压杆件,整体稳定折减系数为美国规范最大,日本和欧洲规范其次,中国规范最小;局部稳定折减系数为美国和欧洲规范较大,日本和中国规范较小。中国规范在稳定设计方面最为保守。     

桥上无缝线路断轨力深化研究

现行TB10015—2012《铁路无缝线路设计规范》中断轨力取值偏于保守,往往限制桥梁设计。以铁路常用的16,20,24,32,40 m简支梁为研究对象,建立钢轨-桥梁-桥梁墩台三维有限元空间力学计算模型。考虑无砟及有砟轨道类型、不同简支梁墩台刚度,分别模拟计算双线4根钢轨折断、单根钢轨折断工况下的墩台断轨力,在此基础上,提出简支梁断轨力计算公式修正系数。研究结果表明,墩台刚度接近刚性时,16m, 40m跨长简支梁修正系数分别为规范值的0.98, 0.8倍,即简支梁跨长越长,修正系数越小;40m跨长简支梁在铺设无砟轨道、有砟轨道的修正系数分别为规范值的0.8, 0.9倍,即相同跨长简支梁下,无砟轨道修正系数小于有砟轨道。     

Q500qE高强钢压杆稳定研究北大核心

Q500qE高强钢目前已经在一些大跨度钢桥中被采用,然而我国钢桥设计规范中并未给出关于Q500qE高强钢压杆稳定的设计要求。我国现行TB 10002.2—2005《铁路桥梁钢结构设计规范》中受压杆件设计是按容许应力法,考虑长细比、钢材级别、截面类型、残余应力等因素的影响以稳定系数进行承载力折减。基于这些影响因素,对Q500q E高强钢的稳定进行了系统的数值研究,并与各国规范进行了对比。     

64 m跨简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态

研究目的：随着列车速度的提升，对铁路钢桥的要求越来越高，一些既有线路的老式钢桥是否能够满足现有规范的设计要求是一个迫切需要解决的问题。本文通过对64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态进行分析以得出它是否满足新规范的要求。 研究方法：通过比较铁路桥梁钢结构设计的新旧规范，找出它们之间的主要差异。然后通过理论计算，分析老式钢桥是否满足新规范的要求。 研究结果：得出新规范在纵向联结系的长细比限值、中心压杆轴向容许应力折减系数、各种构件疲劳容许应力的检算和横向刚度的规定等诸多方面更加严格的结果。通过进一步分析得出64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥主要杆件的内力、构造和整体结构的横向自振频率等方面无法满足新规范要求，而强度也几乎达到新规范的临界值的结果。 研究结论：随着高速铁路的发展和列车运载量的提升，需要对老式钢桥进行加固处理，以满足列车安全运营的要求。     

Q500qE高强钢压杆稳定研究

Q500qE高强钢目前已经在一些大跨度钢桥中被采用,然而我国钢桥设计规范中并未给出关于Q500qE高强钢压杆稳定的设计要求。我国现行TB 10002.2—2005《铁路桥梁钢结构设计规范》中受压杆件设计是按容许应力法,考虑长细比、钢材级别、截面类型、残余应力等因素的影响以稳定系数进行承载力折减。基于这些影响因素,对Q500q E高强钢的稳定进行了系统的数值研究,并与各国规范进行了对比。     

铁路桥梁钢筋混凝土构件抗弯设计

对我国铁路桥涵设计规范TB10002.3—2005,美国铁路工程协会标准AREMA和欧洲桥梁设计规范EN1992—2:2005中,铁路桥梁钢筋混凝土构件受弯的承载力计算方法进行了比较。分析表明,美国AREMA的使用荷载设计法,与我国铁路规范的容许应力法概念上是相同的,但规定的容许应力小于我国规范。AREMA荷载系数设计法与欧洲规范的设计表达式相近,不同点是荷载系数设计法采用统一的强度折减系数,而欧洲规范分别采用混凝土和钢筋的强度设计值。美国规范使用荷载法较荷载系数法保守。     

远场地震下多跨简支梁桥搭接长度需求分析

为研究远场地震作用下简支梁桥的搭接长度需求，基于ANSYS软件建立多跨简支梁桥的三维有限元模型，分析远场地震动特征对简支梁桥搭接长度和结构弹塑性的影响；利用国内外抗震设计规范，分析简支梁桥在不同墩高、跨径下的搭接长度。分析研究表明：各国抗震规范搭接长度计算公式中，中国和日本规范搭接长度计算公式比较保守，美国东西部的抗震设防标准不同，规范计算的搭接长度差异较大，AAHSTO规范约为Caltrans规范的3倍；远场地震下的搭接长度设置满足抗震设计规范要求，当PGA为0.1g、0.15g、0.2g和0.25g时，2号桥墩墩底的弯矩和剪力最大，其塑性铰最大转角分别为0.007 39,0.007 93,0.023 2 rad和0.021 2 rad,均小于极限转角；在远场地震动不同峰值加速度作用下，墩梁相对位移最大值分别为16.6,18.7,26.2 cm和28.5 cm,占规范计算值的19%、21%、30%和32%;现有抗震规范中的搭接长度计算公式过于保守，应当结合地震动特征进行合理修正。     

地铁设计中基床系数的解决方案

基床系数是地铁设计计算的重要参数.基于地铁设计的荷载特点,按照地铁勘察规范规定的测试方法,分析已有基床系数的研究成果和取值现状,应用土力学原理,对地铁设计中使用的基床系数做了必要的推定,推导并给出黏性土和砂石类土基床系数以压缩模量为已知参数的计算公式;通过计算验证,证明按此计算公式得到的基床系数计算值与规范给出的经验值基本一致,从而解决了基床系数的取值问题.     

基于直接概率积分法的重载铁路RC梁疲劳可靠度分析

既有重载铁路线路运营列车轴重提高会造成钢筋混凝土(RC)梁产生更加严重的疲劳问题,影响桥梁的服役性能。为研究重载铁路RC梁的疲劳可靠度,从概率的角度保障重载铁路桥梁的服役安全,根据重载铁路的运营特点,建立重载铁路RC梁的疲劳功能函数,提出基于直接概率积分法的重载铁路桥梁结构的疲劳可靠度分析方法。以某既有重载铁路跨度为8 m的RC简支板梁为例,分析该重载铁路的不同轴重货运列车的荷载模型,将列车轴重与动力系数作为随机变量,并通过移动荷载法与雨流计数法获取钢筋等效应力幅的概率模型。在此基础之上,结合重载铁路的等效运营谱,对跨度为8 m的RC板梁进行疲劳可靠度评估,并探讨年运量及列车轴重对疲劳可靠度的影响。研究结果表明：直接概率积分法能够高效精确地对重载铁路RC梁进行疲劳可靠度评估。在该重载铁路运营的前20年,疲劳失效概率均小于规范规定的限值。随着重载铁路年运量的提高,RC板梁的疲劳失效概率显著增大。运营列车轴重从23 t增大至25 t对RC板梁的疲劳可靠度影响较小。开行30 t轴重列车会造成RC板梁的疲劳可靠度严重下降,需要加强重载铁路桥梁的养护维修。研究结果可为重载铁路RC桥梁的设计与养护...     

考虑车-桥耦合的重载铁路钢桥局部疲劳分析

研究目的:基于车-桥耦合振动理论,以64 m简支钢桁梁桥为实例,研究重载铁路钢桁梁桥局部疲劳可靠度问题。首先建立64 m简支钢桁梁桥的车-桥动力学模型,通过现场试验结果验证模型的准确性,并确定桥梁最不利疲劳部位;然后基于Monte Carlo方法,将车速和轨道不平顺作为随机变量,随机选取100个车速和轨道不平顺的组合样本;利用Miner线性疲劳累积准则和概率密度函数方法,得到钢桥最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数的概率分布,并给出桥梁局部疲劳损伤系数与列车编组的关系式;最后分析不同列车类型和行车速度条件对桥梁疲劳损伤的影响。研究结论:(1)在考虑参数随机概率分布的条件下,桥梁最不利疲劳部位的等效应力范围和年疲劳损伤系数均服从Lognormal分布;(2)当货运列车年运量一定时,列车轴重是桥梁局部损伤的主要影响因素,桥梁的疲劳损伤随轴重增加而增大;(3)在设计时速范围内,列车速度与桥梁疲劳损伤的相关性不强;(4)本研究成果可为重载铁路钢桁梁桥设计与疲劳性能评估提供参考。     

热点应力法进行钢桥疲劳检算

研究目的:随着钢桥的重载化和整体化,桥梁钢结构中出现了较多无法明确其名义应力、现行规范也无对应细节的复杂构造。在实践中,对于该类细节多采用原形疲劳试验的方法进行验证。但疲劳试验的长周期和高费用,制约了该类细节的快速应用和推广。本文旨在用热点应力进行钢桥疲劳检算,实现在设计阶段尽可能准确地评估复杂细节的疲劳性能的目的。研究结论:本文分析计算了多种接头的热点应力集中系数,采用热点应力集中系数法推导了钢桥疲劳检算的热点应力Shot～N曲线。BS5400规范多种构造细节的名义应力疲劳强度与导出的热点应力疲劳强度的对比表明,热点应力疲劳强度明显比名义应力法的离散性小,热点应力法适合桥梁工程应用。     

钢混组合梁剪力连接件的计算方法研究

研究目的:钢混组合梁的剪力连接件对于钢梁与混凝土桥面板的协同工作起到了关键性的作用,使得钢与混凝土能够充分发挥各自的材料特性。由于公路桥梁规范中没有针对钢混组合梁剪力连接件的计算规定,其他现有规范、论著或国家标准中对钢混组合梁剪力连接件的计算又各有不同,因此有必要对公路钢混组合梁桥剪力连接件的计算方法展开探讨。研究结论:针对多种规范、论著对比分析了栓钉剪力连接件的承载力计算,并得出结论:(1)《钢结构设计规范》与《EC4》计算方法相似,未考虑疲劳、裂缝等,为最低配置数量;(2)《钢桥》(小西一郎)中的计算公式结果较为保守,但能更好的控制栓钉的疲劳、界面滑移等问题,有更好的耐久性;(3)《现代钢桥》(吴冲)与《钢桥》计算公式完全一致;(4)《铁路钢-混凝土结合梁设计规范》参照了《EC4》;(5)《钢-混凝土组合桥梁设计规范》类似《钢规》,分别考虑了栓钉剪断破坏及混凝土压碎破坏的两种情况,并考虑了群钉效应;(6)本研究可对钢混组合梁的剪力件设计提供一定的参考。     

现行铁路桥规中预应力钢筋锚固损失计算方法的改进

在推导现行铁路桥梁设计规范中预应力钢筋有效预应力计算公式的基础上,分析现行铁路桥梁设计规范中预应力钢筋反向摩阻计算公式与摩阻损失计算公式间的不协调和应用时的缺点,给出预应力钢筋锚固损失的实用简化计算公式。从预应力钢筋微段的平衡条件出发,考虑预应力钢筋的变形协调及应力连续条件,建立预应力钢筋锚固损失的精确计算公式,揭示预应力钢筋张拉时摩阻作用与锚固时反摩阻作用的差异,对完善现行铁路桥梁设计规范中的反向摩阻计算方法提出改进建议。研究结果表明:反摩阻作用小于摩阻作用;为了提高计算精度,可将按现行铁路桥梁设计规范计算的锚固损失结果乘以小于1的修正系数,并考虑预应力钢筋实际线型的影响。     

列车循环荷载下交叠隧道结构疲劳寿命预测分析

基于南京地铁某双线四孔交叠隧道节点,建立了四孔交叠隧道-土体系统动力计算模型,分析列车循环荷载下隧道结构动力响应,基于Miner线性累积损伤理论与FE-SAFE疲劳寿命计算软件,研究交叠隧道结构疲劳寿命,探讨列车运行速度、交叠隧道净距对交叠隧道疲劳寿命的影响.研究结果表明:四孔交叠隧道具有动力放大效应,疲劳寿命薄弱点为四孔交叠隧道中心处;距离四孔交叠隧道交叠区2倍隧道直径以外的区域动力放大效应明显衰退,对结构疲劳寿命影响已不大,定义为非交叠区;定义疲劳寿命折减系数η为交叠区最短疲劳寿命与非交叠区疲劳寿命的比值,列车行驶速度越低或交叠隧道净距越大,则η越大.