铁路隔震连续梁桥地震碰撞响应研究

在地震作用下隔震桥梁的梁体位移比非隔震桥梁明显增加,使得相邻梁发生碰撞的概率增大。以1联3跨铁路隔震连续梁桥为例,选用3条人工地震波,采用非线性时程分析方法进行该桥的碰撞响应分析,研究梁间伸缩缝宽度和隔震支座刚度对梁间碰撞响应的影响。结果表明:随着伸缩缝宽度的增大和隔震支座刚度的增大,相邻梁碰撞的发生次数和碰撞力均有明显减小;地震作用下隔震固定墩墩底最大弯矩和最大剪力均随着隔震支座刚度的增加而增加。因此,在进行隔震桥梁设计时,应综合考虑隔震支座的隔震效果和碰撞响应,从而得到既经济又安全的隔震桥梁设计参数。     

轨道交通高架桥合理抗震设计参数及抗震措施研究

本文结合某独柱墩高架轨道交通线和建设，建立了高架桥梁结构（包括桥上轨道结构）－桩基－土动力相互作用力学模型，采用工程场地波计算了轨道交通高架桥的非线性地震响应；并采用约束混凝土的概念分析了墩柱的抗震延性。重点探讨了高架桥上长钢轨对桥梁的纵向约束作用及后继结构对桥梁抗震性能的影响；分析了橡胶支座对高架桥的减、隔震作用；按桥梁结构的抗震能力设计思想提出了轨道交通高架桥合理抗震设计参数，从而克服了我国现有《铁路抗规》及《公路抗规》只对桥梁进行抗震强度及稳定性验算的不足，确保高架桥在强震作用下具有足够的延性。研究结果表明，桥上轨道结构对桥梁的纵向约束作用改善了桥梁的抗震性能，但其改善程度与钢轨扣件的纵向力学参数有关；板式橡胶支座的应用，虽使主梁位移有所增大，但减小了桥梁的纵、横向地震响应；独柱墩高架桥潜在塑性铰通常发生在其底中区域，为确保高架桥具有足够的抗强震变形能力，其潜在塑性铰区域横向约束钢筋配置率应不小于0．5％。     

太白路桥减隔震设计分析

为满足太白路桥的高烈度抗震要求,对该桥进行了减隔震设计分析。利用Midas/Civil软件对该桥进行了非线性时程分析,并对比了减隔震设计前后桥梁的地震响应。结果表明:安装粘滞阻尼器和E型钢支座后,桥梁固定墩的纵向和横向墩底弯矩和剪力都明显减小;桥梁纵向和横向梁端位移也明显减小;固定墩墩顶位移在纵向和横向也减小很多。采用本文提出的减隔震设计方案后,太白路桥能够满足所在地区的抗震要求,大大提高了桥梁结构在地震作用下的安全性。     

高速铁路梁桥减隔震研究

研究目的:高速平稳行车的安全性、舒适性、巨大的列车活荷载对高速铁路桥梁支座的性能有着严格要求,一般的减隔震装置难以满足要求。因此,本文提出功能分离的设计理念,研发适用于高速铁路桥梁的功能分离型减隔震系统,并采用振动台试验验证功能分离型减隔震系统对高速铁路简支梁桥地震响应的控制效果。研究结论:(1)功能分离型减隔震系统工作后,桥面峰值加速度在不同烈度下减少幅度达30%~51%,证实了功能分离型减隔震系统的有效性,台面加速度被削弱程度仅与地震输入烈度大小有关,与输入地震波特性无关;(2)功能分离型减隔震系统工作机制遵循了本文建议的基于功能分离型减隔震系统的高速铁路桥梁减隔震设计原则;(3)地震强度对功能分离型减隔震系统的最大水平滑动位移影响较大,最大水平滑动位移随着地震强度的增大而增加,功能分离型减隔震系统复位状况良好,发挥了良好的滞回耗能和提供了足够的恢复力的功能,阻止能量向桥梁上部结构的传递;(4)调节功能分离型减隔震系统中的铅芯橡胶支座的水平刚度,可有效减小梁体在地震作用下的水平位移,提高功能分离型减隔震系统的适用性是进一步研究内容;(5)该研究结论可为减隔震技术在高速铁路简支桥梁中的设计和应用提供全新的思路和手段。     

钢筋混凝土摩擦阻尼器在 隔震层中的应用

针对基础隔震时隔震层水平相对位移较大的问题,提出一种钢筋混凝土摩擦阻尼器,并与钢筋沥青隔震墩组合成一种全新的复合隔震层。为研究钢筋混凝土摩擦阻尼器对上部结构动力响应的影响,对有无摩擦阻尼器2种情况下上部结构加速度峰值和隔震层最大水平相对位移进行振动台试验对比。研究结果表明:不同烈度地震波下弹簧合理压缩量不同,在台面输入加速度峰值为0.3g时弹簧合理压缩量为25 mm左右,复合隔震层隔震时上部结构加速度峰值最大可衰减66%,较隔震墩单独隔震时可使隔震层相对位移衰减40%以上。表明钢筋混凝土摩擦阻尼器使上部结构加速度衰减的同时有效降低了隔震层的相对位移,能够较为全面地降低结构的动力响应。     

减震榫在宝兰客专48 m简支梁桥中的设计应用

研究目的:位于高烈度地震区的高速铁路大跨简支梁桥具有质量重、跨度大、抗震设防问题突出等显著特点。多遇地震下可通过加强墩身及基础配筋来满足抗震需要,而罕遇地震下如何合理确保结构的安全,成为亟待解决的关键问题。本文针对宝鸡至兰州客运专线上位于0.3g动峰值加速度区的48 m大跨简支梁桥开展设计研究,采用墩顶设置减震榫的方式进行减隔震设计。研究结论:(1)减震榫采用"支座功能分离"的构思,将传统支座的水平力传递和竖向支撑功能完全分离,梁体竖向反力及梁端转角仍由支座实现,水平力及水平位移由采用低屈服点钢阻尼器减震榫支撑和控制,结构构造简单,设计理念先进;(2)减震榫的减震效率在顺桥向随着墩高的变化而变化,当墩高≤12 m,多遇地震下减震率最大达54%,当墩高增大到20 m时,多遇地震下减震率最小为29%,横桥向的减震率基本维持在43%~55%;(3)罕遇地震下,采用减震榫后,可以将墩顶罕遇地震下的水平地震力减小到多遇地震未采用减震榫时墩顶水平地震力的程度,随着墩高的增加,设置减震榫后罕遇地震下的水平地震力将略大于多遇地震下未设置减震榫的墩顶水平地震力;(4)本研究成果可为今后高烈度地震区大跨桥梁的减隔震设计和施工提供参考。     

连续梁桥墩底自复位减隔震机理及参数优化分析

铁路连续梁桥一般只设置一个固定墩,在强震区固定墩的抗震能力难以满足需求,提出一种连续梁桥固定墩墩底自复位减隔震设计思想。在正常使用情况下,固定墩墩底与承台之间处于固接状态。在罕遇地震情况下,固定墩墩底与基础承台之间发生相对摇摆,减少了地震能量向上部结构的传递,并通过摆动过程中的相互摩擦消耗部分地震能量,起到减隔震作用。同时在地震余能和结构自重的共同作用下,使结构在震后基本能够自动恢复到初始平衡位置。以典型铁路三跨连续梁桥为例,研究了墩底自复位减隔震结构的减隔震机理,分析了墩底自复位减隔震结构主要参数对减隔震效果及滞回性能的影响。研究表明,在连续梁桥固定墩墩底设置自复位减隔震结构可以有效降低固定墩的地震响应,具有较好的减隔震效果。但在桥墩较矮时,会增大梁端纵向位移响应,在实际设计中应予以考虑。墩底自复位减隔震结构的椭圆长半径a、短半径b及桥墩高度H等参数对墩底自复位减隔震结构的减隔震效果有较大影响,而墩底自复位减隔震结构的摩擦系数μ对其减隔震效果影响相对较小。椭圆长半径与短半径之比a/b对墩底自复位减隔震结构的滞回性能有较大影响。     

铁路桥梁近断层地震响应与地震强度相关性

研究目的:以10组典型特征周期的铁路减隔震桥梁为研究对象,采用支座位置处延性位移作为地震响应参数(EDP),研究近断层地震作用下减隔震铁路桥梁地震响应参数与多种地震动强度指标IM的相关性。研究结论:(1)速度型IM指标最为适用于表征近断层减隔震桥梁非线性位移需求;(2)当结构初始特征周期与地震波高频能量集中区域频率及速度脉冲周期相近时,将导致EDP对IM值变化敏感,减隔震桥梁结构设计时应注意避开结构周期敏感区域;(3)本研究成果可为近断层铁路桥梁的减隔震设计提供技术支撑。     

轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响

轨道是限制铁路桥梁减隔震装置在地震中发挥耗能作用的一个可能因素。为了分析轨道约束对铁路减隔震桥梁地震响应的影响,以高速铁路客运专线上两座采用不同减隔震装置的32m简支桥梁为对象,用非线性弹簧单元模拟道床的纵向位移阻力关系,建立地震作用下桥梁与轨道共同作用的线桥一体化计算模型,对其进行弹塑性地震响应分析。结果表明:轨道对铁路减隔震桥梁纵向自振频率的影响不可忽视,影响程度与道床阻力系数有关,随着道床阻力系数增加,结构的自振频率增大;轨道约束虽然对墩底的最大地震剪力影响不大,但对桥梁纵向地震位移和减隔震装置变形的影响出现增大和减小两种现象,设计时应考虑轨道约束产生的不利因素,适当提高相邻梁间的结构允许相对变形要求。     

高速铁路大跨连续梁-拱组合结构抗震性能研究

大跨连续梁拱组合结构在高烈度震区固定墩设计困难,伴随着大跨连续梁拱组合结构的大量建设,研究其在地震高烈度区的抗震性能具有重要工程应用价值。以一座跨度(110+228+110) m大跨连续梁拱组合结构为背景,为解决其固定墩设计困难的问题,采用普通支座体系、速度锁定器体系、黏滞阻尼器体系、双曲面减隔震支座体系4种不同的抗震方案进行比选分析,分析研究表明采用双曲面减隔震支座优势明显。同时又进一步进行了双曲面减隔震支座参数设计,其在强震作用下减隔震率超过60%,减隔震效果明显。综上可以看出,在强震作用下,大跨连续梁拱组合结构采用双曲面减隔震支座后,可有效降低纵桥向固定墩和横桥向各墩的地震响应,有效防止强震作用下结构的破坏,为结构优化带来较大空间。     

地震作用对有砟轨道桥上无缝道岔纵向受力与变形影响分析

桥上无缝道岔是在高速铁路、艰险山区铁路上铺设跨区间无缝线路不可避免的技术难题,同时跨越震区时,道岔结构自身处于双层薄弱环节之中。根据地震作用下有砟轨道桥上无缝道岔梁轨相互作用原理,建立地震作用下岔-桥-墩动力非线性有限元模型,分析地震波频谱特性、地震动加速度峰值、岔区阻力、梁体温差等因素下的有砟轨道桥上无缝道岔地震作用响应规律。研究结果表明:无缝道岔约束作用较大提高了桥梁结构的低阶自振频率,而且改变了其振动形态;地震波频谱特性和加速度峰值大小对桥上无缝道岔响应影响显著,地震荷载波频越靠近结构主频,加速度峰值越大,桥上无缝道岔受力和变形越大;在钢轨温变较高,又同时考虑地震荷载效应时,钢轨强度和线路稳定性均得不到保障,建议对跨越震区的桥上无缝道岔设计时检算地震荷载与钢轨、梁体温变共同作用时的钢轨纵向力以及道岔联结件受力、关键位置相对位移等。     

城轨交通高架桥梁拼接加宽设计探讨

我国城轨交通客流量不断增长,原有的城轨交通基础设施有些己不能满足运能及使用上的要求,需进行设施改造。城轨交通高架桥由于结构本身受力及列车间隔时间短,对其改造难度较大,国内尚无成熟的设计经验可以借鉴。在对上海轨道交通3号线改造工程宝山路站东侧帮梁区加宽设计的基础上,重点探讨城轨交通高架桥梁加宽的可行性及设计施工中应注意的问题,为类似工程提供参考。     

采用减隔震装置的轨道交通槽形梁桥动力性能

从桥梁减隔震的机理出发,以我国正在建设的某轨道交通槽形梁桥为工程背景,采用非线性有限元及车桥耦合振动分析理论,综合研究了轨道交通槽形梁桥采用减隔震装置前后的抗震性能和轨道交通车辆的走行性.研究结果表明,采用减隔震装置可明显改善轨道交通槽形梁桥的抗震性能,并能确保轨道交通车辆日常行车的要求.     

采用减隔震装置后轨道交通高架桥的抗震性能分析

采用非线性有限元动力分析程序,分别对设置板式橡胶支座及铅芯橡胶支座的轨道交通高架桥梁结构进行了非线性动态时程地震响应分析。分析中考虑了减隔震支座的非线性特性以及长钢轨对轨道交通高架桥的纵向约束作用。结果表明,铅芯橡胶支座较板式橡胶支座具有更好的减隔震作用,长钢轨的纵向约束增加了桥梁结构反应内力。     

城市轨道交通高架桥无缝钢轨的抗震作用

从轨道桥梁的抗震结构体系入手建立城市轨道交通全桥三维模型,准确模拟两个最重要的边界条件:一是钢轨在轨道桥梁抗震中的作用;二是在罕遇地震下的桩土相互作用,引进美国工程界比较流行的P-Y曲线法。深入分析了无缝轨道在轨道交通高架桥梁抗震的作用,结果表明顺桥向钢轨对桥梁有明显的约束作用,造成墩顶位移的减小。在城市轨道桥梁建模分析中,应该包括钢轨对整体结构的影响,并将钢轨向两侧延长。     

城市轨道交通高架桥梁抗震分析

从影响城市轨道交通高架桥梁抗震分析的地震作用、本构关系等出发,结合现行相关抗震规范,对城市轨道交通高架桥梁进行动力特性分析、反应谱分析和非线性时程分析,并提出城市轨道交通高架桥梁构造措施要求,给类似桥梁的分析研究工作提供重要参考。     

既有轨道交通高架桥移梁接驳施工技术

以上海市轨道交通2号线东延伸段4跨高架桥改造项目为例,研究轨道交通高架桥封锁移梁接驳曲线段高架桥梁体移出施工工艺、既有墩柱改造利用技术、适应特殊条件的横移梁台车、轨道新梁预制、就位精度控制技术。该工程的成功实施,可为今后类似工程的设计和施工提供借鉴。     

公轨双层高架中道路桥梁形式对轨道噪声分布影响研究

高架独立轨道交通具有建设、运营成本低的优势,但其对周边居民产生的环境噪声污染问题突出,道路与轨道双层合建高架的上层道路桥梁可起到屏蔽作用,减小由轨道交通引起的道路上部区域噪声。为分析不同道路桥梁形式对轨道噪声传播规律的影响,根据实测钢轨振动加速度,建立二维声学模型进行轨道噪声传播规律预测研究。首先采用现场噪声实测结果验证方法的准确性,然后对比分析独立双U梁轨道、空心板梁道路桥+双U梁轨道、小箱梁道路桥+双U梁轨道的噪声传播与分布规律,揭示双层高架桥梁的降噪机理。结果表明,上层道路桥改变了噪声的传播途径,在增大桥下噪声的同时可以使得一部分区域(道路桥侧上方)的噪声减小;进而,在道路以上区域,小箱梁道路桥+双U梁轨道形式相比空心板梁道路桥+双U梁轨道显著降低了噪声级,大部分降幅在6～11 dB(A)之间,最大降幅约21 dB(A);与空心板梁结构形式相比,底面凹凸不平的小箱梁结构能将声能量更好地限制在道路桥梁以下范围内,从而对道路上方区域取得更大的降噪效果。提出的噪声预测方法可为公轨合建双层高架的轨道噪声快速预测与评估提供参考,计算结果可为双层高架的道路桥梁选型提供声学性能依据。     

城市轨道交通高架桥的景观美学设计

说明景观是视觉的结果、美学是感官的享受,轨道交通高架桥是由多个元素组成的综合系统工程,将城市轨道交通高架桥作为景观设计意义重大。从轨道交通高架桥自身的结构体系（即桥型、梁墩、桥高、桥梁跨度、桥高与跨度的比例关系、梁高与跨度的比例关系、梁高与墩宽的比例关系）、桥梁美化与周边环境的整体协调等方面入手,系统阐述城市轨道交通高架桥在美观服从于自身结构功能前提下的景观关学设计。     

城轨高架桥上无缝线路伸缩附加力的一种算法

以左端路基影响长度和桥跨上的梁轨位移相等点的位置为未知量,在每跨梁的支座处用钢轨位移连续协调条件构造非线性方程组,采用Levenberg-Marquardt算法(简为LM算法)进行求解。对某城市轻轨高架桥N跨32m混凝土简支梁分别用逐跨迭代积分法和LM算法进行计算,比较分析其结果。LM算法可以弥补传统算法中因误差积累而得不到有力学意义解的不足。在现场超多跨梁,特别是城轨高架桥的无缝线路伸缩附加力计算中,推荐采用LM算法。