高速铁路纵横梁体系结合桥面横梁面外弯曲问题的研究

中国大跨度高速铁路钢桁梁桥大多采用钢-混凝土结合桥面,横梁的面外弯曲是设计中的关键问题之一.本文针对高速铁路混凝土板仅与纵梁结合的纵横梁体系,从结合桥面系变形协调出发,推导出横梁面外弯曲问题的计算公式,并结合算例分析各种因素对横梁面外弯曲问题的影响.桥面系的连续长度和下弦杆的轴应力越大、下弦杆结点对于横梁的约束刚度越大、纵梁与下弦杆的距离越小,横梁的面外弯矩和弯曲应力越大.在四线铁路三主桁下承式钢桁梁桥中,中桁对横梁的约束近于绝对刚性,纵梁离中桁下弦杆的距离较小,使横梁的面外弯曲应力较二主桁桥梁大得多.     

梁柱半刚性连接的钢框架非线性分析

考虑连接的半刚性以及构件的几何非线性的影响,采用二阶非线性分析方法对半刚性连接钢框架进行分析,推导考虑轴力和剪切变形影响的刚性梁柱单元刚度矩阵和半刚性梁的单元刚度矩阵,并编制了相应的程序计算钢框架的内力和位移.算例结果表明,考虑连接的半刚性,节点约束程度减弱,钢框架横梁跨中弯矩和柱底弯矩增大,梁端弯矩减小;节点半刚性连接和二阶效应对钢框架受力性能有明显影响.     

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系传力特性

在列车制动力等纵向力及竖向荷载作用下的空间变形均会导致钢桁梁桥面系存在复杂的纵向受力和传力,针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑内密肋桥面系,基于解析公式推导、有限元仿真分析研究其受力特性和桥面构件的纵向传力比。在此基础上,基于应力等效准则制作1∶4的试验模型,进行最不利工况下加载试验,研究该桥面系的实际受力和传力特性。结果表明:纵向传力解析式显示,K撑与横梁的纵向传力比仅与结构参数相关,为0.69~2.76的定值,能传递40.83%~73.40%的总纵向力,K撑面积、横梁外伸长度是影响纵向传力比的主要参数;由全桥杆系有限元模型分析的内力结果计算的纵向传力占比介于61.09%~72.53%之间,由局部有限元模型分析的应力结果计算的纵向传力占比介于57.45%~86.60%之间,试验模型实测应力计算的纵向传力占比介于58.16%~87.95%之间,不同方法计算的纵向传力占比存在一定误差,其原因主要源于理论简化、计算模拟及测试误差,但均能反映纵向传力比的基本范围。可见,K撑构件能够有效传递纵向力,降低横梁面外弯矩,改善桥面系结构受力。     

隧道施工对框架结构及地表位移影响的数值分析

研究目的：隧道施工对邻近建筑物影响的现有研究方法通常首先计算地表位移，然后将地表位移施加于建筑物模型上，忽略了建筑物自重和刚度的影响。建立隧道从框架结构正下方穿越的三维有限元模型，分析地表在隧道开挖和既有框架结构共同作用下的位移变化规律，分析隧道施工对梁、柱和桩体位移及受力的影响，为隧道下穿既有框架建筑物的设计和施工提供参考意见。研究结论：框架结构的自重会显著增大地表沉降值及其范围，其刚度会显著限制地表侧向位移；隧道施工对框架结构的竖向位移影响较大，对其侧向变形影响较小；中梁弯矩变化较小，边梁的的最大负弯矩有较大幅度的增加。中柱的轴向压力降低，边柱的轴向压力增加。在实际工程中，应加强对边梁弯矩和边柱轴力的监控．     

对迫导式机车用三轴转向架曲线通过性能的分析研究

铁路货运提速要求有功率更大、重量更重的机车。为了不使其轴重超限，每台机车上要有２台三轴转向架或３台二轴转向架。重型机车采用迫导式转向架可以降低曲线通过时轮轨间的横向力。本文介绍了迫导式三轴转向架的曲线通过性能和运行稳定性方面的数值分析。在分析中，当该转向架的转向联杆杠杆经、转向联杆上部弹簧刚度、车轮踏面锥度、轮对支承刚度变化时，对稳定运行的车轮横向力和临界速度进行了数值验证。此外还研究了提高临界速     

深厚淤泥质土层深基坑变形特性研究

为解决因淤泥质土层较厚导致的基坑变形大和地表沉降不均等问题,依托湖北交投实业总部深基坑工程,通过数值仿真分析,对比两种不同内支撑布置方式下的变形规律,并研究深厚淤泥质土层对基坑变形的影响。结果表明：开挖深度较浅且未设置内支撑时,围护结构整体表现为“悬臂梁式”变形形态;随开挖深度增大及内支撑逐步施作,围护结构主要表现为中部向坑内凸出的“鼓肚形”变形形态。受淤泥质粘土层影响,围护结构变形与地表沉降变化值显著增加。基坑开挖至坑底时,在角部设置两道内支撑方案最大位移发生在0.77H位置(H为基坑开挖深度),为43.2 mm;在轴对称处设置一道内支撑时最大位移为47.48 mm。两种方案下的地表沉降最大值均基本稳定在0.6H位置,分别为31.50 mm、31.24 mm。当基坑进行两次拆换撑操作时,围护结构及地表沉降变形值有一定幅度增大,尤其在第一道支撑拆除后,建议施工过程中做好监测及相应控制措施。     

双竖井铁路隧道活塞风非定常流动理论计算研究

针对既有竖井影响下活塞风理论计算研究的不足，基于连续性方程和伯努利方程建立双竖井铁路隧道活塞风非定常流动理论计算模型；将列车在双竖井铁路隧道中行驶的全过程分为4个阶段，分别推导各阶段隧道内活塞风非定常流动的理论计算式；通过模型试验和数值模拟2种方法，验证理论计算式的可靠性并进行修正。结果表明：随着列车与竖井相对位置的变化，隧道内与竖井内的风流关系呈动态变化，若按固定值计算会引起较大误差，而采用数值模拟方法可实现风流动态关系式的反推，达到修正理论计算式的目的；修正后的理论计算式精度较高，总体误差低于10%，适用列车速度范围为0～360 km·h-1；该理论计算式不仅可计算结构类似的铁路或地铁隧道活塞风速，还可推广应用于单竖井或多竖井（3个及以上）隧道。     

湘黔铁路资水大桥冲刷稳定性计算分析

以湘黔铁路资水大桥为研究对象，就冲刷对铁路重力式实体桥墩稳定性的影响进行研究。采用弹性半空间地基模型分析基底冲刷淘空面积对桥墩稳定性的影响，并通过Matlab计算程序给出影响曲线表达式。通过曲线拟合出粒径和局部冲刷深度之间的关系。研究结果表明：基底冲刷淘空面积对桥墩稳定性各检算项目都有明确的影响，其中墩顶弹性水平位移和合力偏心矩较敏感，在基底冲刷淘空面积较小时率先达到最大容许值，此时二者对应的冲刷淘空面积占基底总面积百分比的最小值分别为14．3％和17．8％；当其他因素一定时，河床土粒径对局部冲刷深度有明显的影响，这种影响在粒径小于0．12m的范围内变化时最为强烈。分析结果反映出适当增大桥墩周围河床土粒径可以有效提高其冲刷稳定性。     

富水流塑软硬复合地层下地铁盾构隧道施工稳定性分析

以长沙轨道交通3号线一期工程地铁盾构隧道侧穿浏阳河大堤为工程背景,研究渗流作用下盾构隧道开挖对地表、地层及河堤变形的影响,进而提出变形控制方案,并通过实测数据对模拟结果进行验证。研究结果表明:由地下水上浮作用产生的隧道洞周围岩的竖向位移值占总位移值的20%～30%,在实际工程中该因素对隧道洞周围岩位移的影响不可忽略;未采取加固措施时,流固耦合效应下地表沉降不符合规范要求,提出三重管旋喷桩加固地层方案;采取加固措施后,通过对比发现未考虑流固耦合时隧道各关键部位的沉降值误差比考虑流固耦合时要大,这说明将考虑流固耦合效应的数值模拟作为隧道正式施工前的稳定性分析依据更加合理。     

预制拼装铁路重力式桥墩的抗震性能研究

为适应中国铁路建设向高烈度震区快速发展的需要,解决传统预制拼装桥墩墩柱及承台连接位置薄弱等问题,提出一种灌浆波纹管连接的模块化预制拼装桥墩体系,通过设置承台与墩身塑性区域共同浇筑及墩底局部无黏结段增强桥墩的抗震性能。制作1个局部无黏结整体现浇铁路重力式桥墩模型和1个局部无黏结预制拼装铁路重力式桥墩模型开展拟静力试验,并结合有限元分析,进行预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能研究。结果表明：局部无黏结预制拼装桥墩整体连接性能稳定,可通过墩底塑性区域破坏与墩身及节段间的摇摆实现共同消能,其破坏模式表现为墩底塑性区域的弯曲破坏,未发生破坏位置转移现象;局部无黏结预制拼装桥墩等效塑性区域高度比整体现浇桥墩降低,抗侧向水平承载力与耗能能力提升显著,位移延性能力良好,可适应更大加载位移,最终累积耗能增长64.3%;结构接缝位置连接稳定可靠,同等加载位移下等效刚度基本一致,抗震性能得到明显提高;预制节段划分对预制拼装铁路重力式桥墩抗震性能的影响不大。     

高速铁路土工格栅加筋膨胀土边坡作用机制

土工格栅加筋处治是解决膨胀土边坡问题的关键技术。为深入研究格栅与膨胀土相互作用机制,依托南宁铁路改柳南线工程,开展加筋设计及格栅抗拔稳定性计算。将考虑膨胀土侧向膨胀影响及格栅反包约束作用的设计方案应用于实际工程中,并通过预埋设的监测元件,对自然降雨-蒸发气候下加筋边坡的含水率、应力、位移及格栅应变的变化特征进行长期监测。研究结果表明：在考虑侧向膨胀及格栅约束的影响下,土工格栅的抗拔稳定安全系数仍满足规范要求。基于监测数据发现,受大气环境影响,体积含水率的波动幅度由浅至深逐渐减弱;格栅应变变化趋势与土体应力变化趋势基本一致,随季节性干湿气候呈“波浪”式变化;靠近坡面土体受大气干湿循环的影响更为显著,对降雨入渗敏感,其土工格栅应变变化迅速,峰值出现时间早;格栅应变峰值远小于格栅允许拉应变,且边坡累积水平位移量较小,表明加筋边坡滑移破坏风险较低;在降雨过程中,格栅对边坡土体施加弹性约束,允许坡面发生一定程度的膨胀,释放坡体因增湿产生的膨胀势,从而避免边坡因侧向应力增大形成渐进式滑坡,体现了土工格栅加筋膨胀土边坡“以柔治胀”的作用机制。研究成果可为高速铁路膨胀土边坡的土工格栅加筋设计与施工提供...     

基于弹性半空间地基模型的冲刷对桥墩稳定性的影响分析

围绕着湘黔铁路线上的资水大桥受冲刷后的稳定性展开研究，从基底被冲刷淘空后引起的墩台地基不均匀沉降入手，应用弹性半空间地基模型和Matlab编制的计算程序分析计算了基底不同冲刷淘空面积对桥墩墩顶弹性水平位移和基底压应力的影响，从而得到了在不同冲刷程度下桥梁的整体稳定情况。根据计算结果，用最小二乘曲线拟合法找出了影响曲线表达式并绘出了图形。此外，还将该方法分析计算得到的数据与有限元方法分析得到的数据进行了比较，两种分析方法所得的结论相互验证。     

腹板受损U型梁承载力及破坏机理分析

研究目的:为研究腹板损伤情况下U型梁的竖向承载力,采用显式动力分析软件LS-DYNA建立简支U型梁精细有限元模型,并根据足尺模型试验结果对有限元模型进行校核验证。通过在U型梁翼缘一定范围内施加侧向位移荷载,模拟U型梁腹板在极端状况下不同程度的损伤,并对不同腹板损伤程度的U型梁承载力进行分析。研究结论:(1)随着腹板损伤程度的提高和损伤范围的扩大,U型梁竖向变形刚度和承载力呈显著下降趋势,最大下降幅度达到53%和44%;(2)随着底板挠度增加,U型梁受损一侧腹板首先出现较大的面外变形,在腹板受损薄弱截面继而出现竖向贯通裂缝,最终结构发生非对称弯曲失稳破坏;(3)U型梁腹板对于结构整体竖向承载力贡献明显,在桥梁结构设计和运营阶段对腹板的防护设计要尤为重视;(4)本文研究可为U型梁桥的防撞设计提供一定参考。     

考虑加固桩轴力的层状土坡地震稳定性分析方法

在地震作用下,土质边坡的加固桩内力较静力条件下有一定增大,其轴力作用不可忽视。针对加固桩加固多层土质边坡的地震稳定性问题,充分考虑桩体轴力作用,基于对数螺旋面滑动模式,采用极限分析上限法和拟静力法,推导了桩体剪力计算表达式,确定了在给定设计安全系数下桩体需提供的剪力及坡体的临界滑动面位置。实例分析表明,静力条件下本法与忽略桩体轴力的既有方法得到的桩体剪力值较为一致,相对偏差约为4%;但在地震条件下,本法比既有方法结果偏大,且二者差异与地震影响系数呈正相关性。讨论了地震影响系数、设桩位置、桩径、层面倾角、各土层厚度等因素对桩体剪力的影响;其中,水平地震影响系数、层面倾角及设桩位置影响较大,桩体剪力与前两者呈成显著正相关性,与后者呈非单调关系;多层土坡中较软弱土层的相对厚度对桩体剪力影响显著,剪力值随较软弱土层相对层厚增大而增加,但当设桩位置靠近坡顶或者层面倾角较大时,其影响减弱。     

多因素影响下顶管施工引起土体变形计算研究

为解决圆形顶管施工穿越特殊地层(如下穿切割塑料排水板)时引起地层变形的影响分析等问题,考虑刀盘挤土效应产生的正面附加压力、顶管与土体之间非均匀分布的侧向摩擦力,因塑料排水管的切削而不能忽略的顶管机刀盘的正面摩擦力引起的地层变形,基于Mindlin解得到在顶管施工阶段地表竖向位移计算公式;最后结合顶管工程项目实例验证计算方法的合理性,并与实测结果对比。分析结果表明:考虑多因素共同影响的地表沉降曲线与现场实测值较为吻合,能够反映顶管顶进过程中纵向地表沉降规律,总体表现为先隆起后沉降。沉降最大值位于开挖面后方8 m左右处;隆起最大值位于开挖面前方5 m左右处。在本文所考虑的影响因素中,影响程度最大的是顶管刀盘的正面附加推力,在沉降变形最大值中占比约为80%,在隆起变形最大值中占比约为56%。选取不同断面分析对比不同深度处土体沉降情况,沉降突变及差异主要表现在顶管轴线两侧12 m范围内。沉降槽曲线近似服从正态分布,不同土层深度的土体沉降最大值均位于顶管轴线正下方。在土体深层沉降中,随着与顶管轴线距离的增加,曲线不再满足随着深度的增加沉降值增大,反而在距离轴线4~6 m远处出现反转,直至随着深度的增加沉降值反而减小。     

湿化作用下重载铁路改良膨胀土动力响应与累积变形试验研究

以蒙华重载铁路改良膨胀土路基试验段为依托，针对水泥改良土路堤、石灰改良土路堑两种形式路基开展不同轴重、不同干湿状态下现场激振试验，分析动应力、动加速度分布特征及振动累积变形发展规律；通过室内动三轴开展素膨胀土、水泥改良土、石灰改良土分别在4个不同含水率和4种不同应力水平下动力湿化变形试验，研究湿化幅度、动应力幅值对膨胀土及改良土累积应变特性的影响规律。研究结果表明，动应力和动加速在基床底部衰减率可达80%,且路基刚度越大，动应力、加速度沿路基深度衰减越快；同一深度下动力响应浸水状态大于干燥状态，且轴重越大，影响更为显著，湿化作用显著削弱路基对动应力与动加速度的衰减能力，水泥改良土抗浸水能力相对石灰改良土更强；路基面累积变形在浸水后随轴重和振动次数增加而增加，且在相同振次情况下，素膨胀土及其改良土累积应变均在湿化幅度超过2%后急剧增加，且动应力越大，应变增长速率越快，改良土累积变形速度仅为素膨胀土的1/8～1/5,石灰与水泥改良后均可有效抑制膨胀土的湿化变形；基于动三轴试验数据，建立累积应变的预估模型，得出素膨胀土及改良土模型参数与湿化幅度之间的经验关系。