重载铁路桥梁提速作用下动力性能试验研究

重载铁路提速可以显著提高铁路运量和经济效益,但是提速后可能会使桥梁冲击振动加剧,振幅加大,给桥梁结构带来不利影响,严重危及铁路行车安全。以朔黄铁路南运河特大桥为研究对象,通过有限元仿真分析结合现场动力性能试验,研究列车在提速作用下对桥梁结构动力性能的影响。结果表明：桥跨结构横向加速度值与列车轴重有关,横向振幅和横向加速度随速度增大而增大的趋势不显著,且实测结果表明该桥动力性能参数与理论分析规律吻合,验证了本文的仿真计算与荷载试验相结合的方法是可行的。     

重载铁路64m下承式钢桁梁桥运营性能研究

铁路是国民经济的大动脉,随着我国重载铁路干线列车的轴重以及载运量的增加,给铁路桥梁带来越来越多的不利影响,如横向振幅过大、冲击振动加剧等,严重影响了铁路桥梁的安全运营性能。以朔黄铁路上行线64m下承式钢桁梁为研究对象,通过运营性能试验,研究钢桁梁在不同荷载类型和不同行车速度作用下的安全运营性能,得到:在运营列车荷载作用下,该钢桁梁横向振幅、跨中横向加速度、跨中动挠度和跨中受力杆件动应变均随着列车荷载的增大呈增大趋势;列车速度υ=66km/h左右时,钢桁梁动力响应达到最大值。相关结论为重载铁路钢桁梁的维护管理提供科学依据。     

重载运输条件下桥墩横向振幅的影响因素分析

随着我国重载运输的持续发展,列车编组增加,车辆轴重增大,运营密度增大,现役重载桥梁出现横向振动过大危及行车安全的现象,研究表明桥墩墩顶横向振幅直接影响桥跨结构的横向振幅,因此研究桥墩的横向振动的影响因素对控制桥跨横向振动十分必要。以朔黄铁路中比重较大的矩形板式墩为研究对象,采用理论分析、有限元模拟分析结合现场实测的方法,研究了列车行驶速度、桥墩高度及轴重对墩顶横向振幅的影响规律。结果表明,随着速度的增大,墩顶横向振幅呈先增大后减小趋势;桥墩横向自振频率越大,墩顶横向振幅最大值所对应的速度越大;随着墩身高度增加、列车轴重增大,墩顶横向振幅均呈增大趋势。     

小跨径低高度混凝土梁运营性能检验与评价

小跨径低高度钢筋混凝土梁是朔黄铁路中的一种常用桥梁类型,针对此种梁型,选择了一座具有代表性的桥梁结构,采用动力检测方法对桥跨结构跨中横向振幅、横向加速度、竖向振幅、动挠度、动应力、自振频率和相应桥墩横向振幅、横向自振频率等进行了测试,并根据测试结果对其运营性能进行了评价。评价结果表明:运营列车以现行速度通过时,试验桥跨横向振幅等主要测试参数基本满足《铁路桥梁检定规范》的要求。     

重载运输下大跨度钢桁梁桥病害分析及试验研究

随着重载运输的不断发展,铁路钢桥病害日益凸显。以朔黄铁路64 m下承式钢桁梁为对象,对其出现的典型支座病害的成因、处理方法和病害对桥梁运营的影响进行了系统的分析研究。研究结果表明：由于4个支座之间存在高低不平,且支座表面存在一定程度的不平整,支座部位构件产生了一定程度的初始应力,在重载列车的反复作用下,导致支座联接构件出现疲劳断裂破坏,进而引起桥跨结构跨中横向加速度、竖向振幅的急剧增大和主桁杆件受力的显著变化,危及行车安全。通过更换结构部件和改变支座高程的方法能够消除支座病害影响,整治效果显著。     

重载铁路20m超低高度预应力混凝土梁桥动载试验研究

为了掌握桥梁结构在动荷载作用下的工作和受力状态,评估桥梁在正常使用状态下的运营性能,详细阐述西干渠中桥20m超低高度预应力混凝土梁的动载试验全过程.采用大准铁路运营货列作为测试对象,上、下行运营货列空、重车在试验桥梁区段以指定6个速度档通过.每个速度试验车不少于3趟.车辆编组分5 000吨和10 000吨,空、重车最高行车速度80km/h.测出桥梁结构的跨中横向、竖向振幅,跨中横向、竖向加速度和支座横向、竖向位移.试验结果表明,超低高度预应力混凝土梁承载能力和刚度满足设计要求.所得结论为桥梁加固、桥梁限速等提供依据.     

多线铁路车桥耦合振动仿真研究

为了评估高速铁路上多线铁路桥梁列车运行安全性与舒适性,以渝黔铁路白沙沱大桥为例,采用多体系统动力学软件SIMPACK建立了CRH3动车和拖车三维空间动力学模型,并通过SIMPACK的子结构技术将动车和拖车组装成列车动力学模型;采用有限元软件ANSYS建立了桥梁的动力分析模型,计算其自振特性.根据列车和桥梁子系统之间的变形协调条件和力平衡条件,在轮轨接触面的节点上进行位移和力的数据传递,基于SIMPACK与ANSYS相结合的联合仿真方法首次进行多线车桥耦合振动仿真,分析了桥梁动力学指标及列车安全性指标和舒适性指标,探索了多线车桥耦合振动的一般规律和对列车安全性与舒适性的影响程度.研究结果表明:(1)三线列车共同作用下,与单线单独行车时对应动车和拖车的车辆安全性指标(脱轨系数、轮重减载率及轮轨横向力)几乎完全一致;车辆舒适性指标(车体竖向加速度、车体横向加速度、竖向舒适度指标及横向舒适度指标)中除个别竖向加速度约10%外,其余指标都在1%以内,表明由于桥梁刚度较大,桥梁振动对列车动力学指标的影响很小,单线和多线对应动力学指标非常接近,可近似采用单线单独行车时车辆动力学指标推测多线同时行车的对应指标.(2)三线列车共同作用下桥梁主跨跨中竖向位移比单线叠加位移略大,相差1%以内,竖向位移影响系数在1.001~1.006之间;三线列车共同作用下桥梁主跨跨中横向位移与单线代数叠加位移相近,相差±10%以内,主跨跨中横向位移影响系数在1.000左右,可以近似采用单线叠加的竖向位移和横向位移推测三线列车共同作用下的竖向位移和横向位移.(3)三线列车共同作用下桥梁主跨跨中竖向加速度绝对值比单线代数叠加后的绝对值小,影响系数在0.636~0.771之间,可参照单线代数叠加的桥梁竖向加速度保守评定桥梁的竖向加速度;三线列车共同作用下的主跨跨中横向加速度绝对值比单线行车横向加速度绝对值中的最大值小,可参照单线横向加速度绝对值的最大值保守评定桥梁横向加速度.     

某既有铁路混凝土简支梁状态评估试验研究

对服役时间较长的桥梁进行运营状态评估是十分必要的。对一座服役近40a的铁路预应力钢筋混凝土简支梁桥进行了外观检查和现场荷载试验。通过动态和静态测试,测定了该桥的振幅、加速度、自振频率、跨中截面应力、横隔板应力以及跨中静挠度。对数据进行分析认为:从整体看梁的承载能力能满足运营要求,该梁基本处于正常工作状态;桥墩的横向自振频率不满足规范要求,建议加强观测,必要时进行检算或限速,以确保安全。     

增补桩对重载铁路桥梁横向振幅影响研究

增补桩基加固是目前重载铁路扩能改造中墩台基础常用的加固方法,而如何选择科学合理的增补桩数量和长度则是加固前的首要工作。以朔黄铁路磁河特大桥浅基桥墩加固为工程背景,采用有限元软件模拟和现场施工监测相结合的技术手段,开展增补桩数量和长度对桥梁横向振幅的影响研究。结果表明:当增补桩数量为12根时,梁跨中横向振幅与墩顶横向振幅抑制比增长最为明显,分别为10.5%和13.2%;增补桩长度越大桥跨结构振动越小。当增补桩长度为24 m时,对跨中横向振幅的抑制比最大为34.6%,对墩顶横向振幅的抑制比达到44.5%,但当增补桩长度超过24 m时,加固对桥梁结构横向振幅的抑制比增长趋势变缓,24 m桩长是最优增补桩长度。     

32m重载铁路T梁动力性能试验研究

重载铁路运输的快速发展,显著提高了铁路运营能力和经济效益。但是随之带来的是对铁路桥梁冲击振动加剧、梁体开裂等一系列不利影响,严重危及铁路行车安全。以重载运输条件下32m铁路T梁为研究对象,通过有限元仿真分析结合现场动载试验,研究不同轴重列车作用下对桥梁动力性能的影响,最后得出桥梁横向加速度值与列车轴重有关,验证了本文提出的有限元仿真计算与荷载试验相结合的方法是可行且有效的。     

重载运输条件下12 m低高度混凝土梁承载力研究

12 m低高度钢筋混凝土梁在既有铁路运输中占有相当比例,随着重载运输的发展,该类桥梁冲击振动加剧、梁体开裂现象严重。以12 m低高度钢筋混凝土梁为研究对象,采用有限元仿真分析和实桥静动载试验相结合的方法,对其强度、刚度以及动力特性等进行研究,结果表明该类桥梁竖向刚度及横向振动特性满足既有重载运输承载力要求、竖向强度安全储备不足,运营中应重点关注该类桥梁承载能力。     

高强钢-混凝土组合梁受力性能分析

为研究高强钢-混凝土组合梁中结构几何参数及材料强度对组合梁受力性能的影响,建立了14组构件在跨中两点对称荷载作用下的有限元数值模型,对其受力性能进行了分析。分析结果表明:在承载能力极限状态下,钢梁的贡献占竖向抗剪强度约77.0%;在弹性与塑性阶段,不同材料强度的组合梁的跨中最小与最大挠度比值分别为79.5%和28.0%;在塑性状态下,不同混凝土板横向配筋率和宽度的组合梁的跨中最小与最大挠度比值分别为62.1%和53.3%,不同材料强度、混凝土板宽度、横向配筋率和厚度的组合梁的最小与最大纵向滑移量比值分别为25.0%、41.9%、63.2%、70.7%。可见,提高钢梁强度或增大钢梁尺寸可显著提高组合梁竖向抗剪能力;材料强度对组合梁弹性工作阶段的跨中挠度影响较小,混凝土板横向配筋率及其宽度对塑性状态下跨中挠度有较大影响;弹性工作阶段材料与几何参数对组合面滑移的影响不明显,塑性状态下材料强度、混凝土板宽度、横向配筋率及厚度对纵向滑移影响较大。     

铰缝的破坏机理及其对结构性能的影响

通过理论和ansys有限元软件分析了铰缝的破坏机理,验证铰缝的实际受力情况;并通过有限元模拟铰缝损伤,来分析不同铰缝损伤程度对桥梁整体结构性能的影响趋势。结果表明,空心板梁桥在汽车荷载作用下,铰缝处于拉、压、弯、剪复合应力状态下,铰缝损伤程度的增加会导致空心板梁在荷载作用下的竖向挠度呈现增大趋势,且各板梁横向分担的荷载比例不符合横向分配系数,铰缝损伤越严重,空心板梁桥的整体受力性能越差。     

横向连接失效对空心板桥受力影响

针对空心板桥的横向连接失效对空心板桥受力性能的影响进行深入的分析。利用动载试验针对桥梁横向联系加固后、横向连接钢板失效、铰缝混凝土与横向连接钢板失效三个工况进行有限元计算与现场数据实测,对比分析竖向挠度曲线。结论是空心板横向连接处板间受力复杂,传统的横向铰接板(梁)理论不能很好的模拟现场空心板横向连接间受力情况,未能突出模拟空心板的"单板受力"情况;空心板加固后,横向钢板失效与压力注胶失效对桥梁的承载力有一定幅度的降低,同时使桥梁的整体受力性能得到大幅度降低。     

连续刚构桥梁车桥耦合竖向动力行为分析

以广州地铁6号线高架3×36 m连续刚构桥梁为基本实例,通过动力学有限元分析程序MSC.DYTRAN建立了车桥耦合分析模型;通过大量的参数分析,在一定范围内总结了连续刚构桥梁结构参数变化以及车速变化,对结构动力系数、车体竖向加速度的影响;研究结果表明：对于广州地铁6号线采用的3跨连续刚构桥梁而言,结构边跨跨中动力系数随着主梁线刚度的增大,呈增大的变化趋势;车速是影响结构动力系数变化的主要因素之一,当列车轮对的加载频率与结构的1阶竖向自振频率接近时,动力系数明显增大,并且随着车速提高,动力系数总体呈增大的趋势;车体竖向加速度随着主梁线刚度增大而减小,而随着车速的提高而增大。     

重载铁路货车轴载作用下嵌入式轨道受力变形分析

为研究嵌入式轨道在重载铁路中的适用性，采用有限元法，建立嵌入式轨道有限元模型，从钢轨应力、钢轨位移、轨道板位移的角度分析货车轴载对嵌入式轨道结构受力及变形的影响，并针对现有嵌入式轨道结构进行优化研究。研究结果表明：货车轴载对嵌入式轨道轨头应力、轨底应力、钢轨横向及竖向位移影响显著，其中，轨头应力、钢轨横向位移均超过限值要求，但其对轨道板位移影响较小；采用75 kg/m钢轨替换60 kg/m钢轨后，轨头应力显著减小，但钢轨横向位移仍然超过限值要求；在此基础上，随着填充材料弹性模量的增大，钢轨应力及位移均显著减小，且均在规范限值内，填充材料弹性模量建议取为400 MPa。     

基于静动载试验的桥梁承载能力评估研究

为了合理地评估桥梁结构的承载能力,以准跨径为13 m、横向25片空心板的三跨简支板桥为背景,采用有限元法和荷载试验方法分别分析了桥梁承载能力。试验表明:背景桥梁计算所得的挠度和应变校验系数分别在0.16～0.54和0.14～0.40之间,均满足结构强度和刚度的要求。实测挠度的横向分布规律与理论挠度的横向分布规律相吻合,说明横向刚度良好且传力正常。背景桥梁的有限元计算振型与实测振型形状吻合程度很高,验证了有限元模型的正确性;一阶竖向振型的阻尼比4.58%,属于低阻尼振动。实测振型与理论值吻合较好,实桥自振频率实测值为10 Hz,而有限元软件计算频率为9.1 Hz,其两者的误差为9%,竖向自振频率实测值与计算自振频率的比值为1.1,误差较小同时满足刚度的要求。     

铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动与动力性能

为探究铁路大跨T形刚构桥车桥耦合振动特性与动力性能,以宜万铁路马水河大桥为工程背景,建立桥梁空间杆系有限元模型以及包含31个自由度的车辆模型,进行车桥耦合振动计算分析.通过动载试验测试桥梁的自振特性,并测试列车以不同速度通过桥跨和以一定速度在特定位置制动时桥跨结构的动应变、动位移以及加速度等动力响应.依据动载试验与车桥耦合振动计算综合分析马水河大桥的动力性能.研究结果表明:车桥耦合振动计算结果与实测结果吻合较好,桥梁结构动力响应满足规范限值,该桥具有良好的横向、竖向刚度与动力性能;实测桥跨结构及墩顶动力系数最大值为1.08,桥梁结构受行车及制动的动力作用不明显;列车的动力响应随车速的提高而增大,但均满足规范限值,具有良好的安全性与平稳性.      

重载铁路小跨径混凝土桥梁运营性能研究

重载铁路运输的快速发展提高了铁路的运输能力和经济效益,但列车轴重提高和编组增加给既有铁路桥梁带来了严重的影响.采用现有标准设计的桥梁结构,虽然在一定程度上可以满足列车运营要求,但也暴露出小跨度桥梁承载能力不足、桥梁横向振动偏大等危及列车安全的问题.以重载运输条件下小跨径混凝土简支梁桥为研究对象,通过理论计算分析,结合桥梁运营性能试验,对桥梁的受力特点和运营性能进行系统地研究.     

高速客车悬挂系统静挠度分配对运行平稳性的影响

为提高高速客车乘坐的舒适性,以悬挂系统静挠度为研究对象,讨论了二系和一系悬挂静挠度比与总静挠度的关系.根据振动理论及多体系统动力学原理,研究了不同静挠度比下二自由度车轮荷重系统受迫振动的特点,建立了高速客车分析模型,分析了不同速度下一系和二系静挠度分配对高速车辆运行平稳性的影响.研究结果表明:对于车轮荷重系统,在低于4 Hz的频段中,车体加速度随挠度比的增大而减小,在高于4 Hz的频段,挠度比为1.0和2.0时,车体加速度较小;随着静挠度比增大,构架振动加剧,车体横向平稳性略有降低,频率在2～10 Hz之间车体垂向振动明显变大,静挠度比为0.5和8.0时的垂向平稳性指标比静挠度比为2.0时的计算结果分别高出1.5%和6.0%.