耗能防撞装置在桥墩基底摇摆隔震中的性能研究

在桩基础桥墩基底摇摆隔震中,提出1种增加柔性耗能防撞装置设计方案.当罕遇地震发生时,桥墩在与基础分离处发生摇摆,与设计的防撞装置发生碰撞,延长了系统的撞击时间,使撞击力下降.利用多个钢绳柔性防撞圈同期作用的动态有限元方法,建立适当模型,并对防护围刚度分3种情况进行讨论.发现在撞击防撞装置的过程中,前期为部分防撞圈发挥作用,后期为全部防撞圈发挥作用,并且“同期作用历时”越短越好.分析结果表明,降低防撞构件的初始刚度,可延迟最大撞击时间,同时可减小最大的撞击压力.     

地震作用下桥梁梁体间的碰撞响应分析

以一座3×16 m简支梁桥为例,进行3种地震波作用下桥梁的地震响应分析,研究梁体间的碰撞对桥梁结构地震响应的影响。研究结果表明,结构的碰撞响应与输入地震波的频谱特性、桥梁本身的动力特性及碰撞单元特性密切相关。在强烈地震作用下,桥梁碰撞力相当大,最大达到结构自重的21倍。碰撞易发生在桥台与主梁接触部位,且次数频繁,但峰值较小,发生时间多在地震波能量最大时刻。碰撞力随碰撞弹簧刚度的增加而增大,但增加幅度逐渐变缓,梁间设置压缩刚度较小的缓冲材料,可降低梁间的撞击力。采用柔性连接时,碰撞的瞬间作用对梁跨轴力影响明显,对最大支座反力、墩底弯矩、剪力的影响不明显,说明柔性支座在碰撞瞬间作用向桥墩传递过程中,有“隔减”的效果。     

隧道内弹塑性钢管混凝土防撞系统设计及列车撞击荷载研究北大核心

为了减轻列车在隧道内脱轨后引发的灾害,提出了一种设置于隧道内用于抵挡高速列车脱轨后撞击的新型防撞系统。该系统由W梁、W梁连接件、吸能块和钢管混凝土防撞墩组成。为了研究新型防撞系统的适用性,建立了列车-防撞系统-隧道耦合模型,计算得到在不同撞击角度和撞击速度下列车撞击力时程曲线,分析列车撞击力峰值与列车撞击角度、速度的关系,最不利工况下车头的横向速度、位移时程曲线,以及撞击后列车与防撞系统的形态变化。结果表明:列车撞击力随撞击角度和速度的增大而增大,且撞击角度变化对撞击力影响较大;新型防撞系统可以抵挡列车的撞击作用,吸收部分碰撞能量,并且受到撞击后整体结构保持完整。     

钢板拉伸-弯曲式大行程吸能装置研究及优化

提出一种新型大缓冲行程吸能装置,该结构利用金属吸能板在冲击作用下产生重复弯曲-拉伸塑性变形吸收冲击动能,具有远大于其自有长度的变形行程.首先开展吸能结构样机落锤冲击试验,研究在冲击载荷下的力学特性.结果表明,吸能结构整个冲击过程稳定可控,初始峰值力为21.88 kN,稳定变形力为10 kN.随后建立有限元模型,经比较仿真结果与试验误差在10％范围内,充分证明了有限元模型的有效性.通过有限元仿真分析吸能装置的变形特性,以及钢板厚度和宽度,导轮半径和导轮数量对其吸能特性的影响.最终得出随着结构的板厚,板宽度,导轮数量的增加以及导轮半径的减小,装置的撞击力和吸能量均呈增加趋势.     

大直径双护盾TBM隧道管片厚度设计研究

以我国一高原地区大直径公路隧道为依托,运用ANSYS有限元软件计算分析合理的衬砌管片厚度。结果表明:弯曲刚度有效率、弯矩提高率的不同组合对管片结构轴力、剪力影响不大,弯矩随弯曲刚度有效率的降低而增加;不同计算模型对管片结构轴力的影响较小,修正惯用法计算模型所得的弯矩、剪力最大,实体单元-弹簧模型所得的弯矩、剪力最小;管片厚度的改变对于管片结构轴力影响较小,随着管片厚度的增加管片结构所受弯矩增大。综合有限元分析结果、类似工程经验以及本工程所处的特殊地质条件,确定管片结构厚度为0.35 m。     

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。     

桥墩泡沫铝基组合防撞装置耗能机理及缓冲效果

滚石灾害严重威胁山区铁路桥墩建设及运营安全。针对现有桥墩防撞装置存在缓冲效果差、不易安装修复等不足，开展防撞装置耗能机理及缓冲效果研究，提出采用具有优良耗能缓冲性能的泡沫铝和聚氨酯材料多层组合的防撞装置。结果表明：泡沫铝和聚氨酯材料均具有稳定的变形破坏模式和较长的应力平台区，可持续稳定地吸收能量；组合结构耗能效果与缓冲材料的厚度和密度分布相关，增加泡沫铝材料厚度和密度，组合结构吸能总量增幅较大，吸能效率和吸能稳定性受组合结构中的聚氨酯材料的影响较大；防撞装置缓冲材料按上层（表层）50 mm聚氨酯、下层（底层）50 mm泡沫铝的双层结构配置，防护效果最佳。     

地铁工程附属结构暗挖施工地表铺设钢板的选型研究

针对地铁工程附属结构浅埋暗挖施工地表铺设钢板具体参数缺少量化研究的现状,通过现状资料的分析,并以解析计算与数值模拟计算为手段,系统分析钢板厚度、钢板铺设位置、钢板超出开挖轮廓线外宽度、覆土厚度等不同条件下路面车辆静荷载对暗挖附属结构的影响,研究结论:钢板厚度的变化对地层竖向位移场和应力场的分布影响较大,结构拱顶上方地面沉降与钢板厚度基本成反比关系,钢板厚度一般可取为2 cm;随着附属结构覆土厚度的增加,铺设钢板效果逐渐降低,一般在覆土厚度达到6 m时,路面铺设钢板已无必要。     

有轨电车6号道岔尖轨转换有限元分析

为研究有轨电车6号道岔尖轨转换规律,应用有限元软件建立了有轨电车槽型轨尖轨转换模型,分析滑床板摩擦系数、钢轨密贴段刚度、扣板横向刚度和抗扭刚度、扣板位置对尖轨转换过程中尖轨牵引点转换力和最大不足位移的影响。结果表明:随着滑床板摩擦系数的增加尖轨牵引点转换力和最大不足位移均增加,大致呈线性增长趋势;尖轨从反位扳到定位时牵引点转换力与密贴段刚度取值无关,尖轨从定位扳到反位时密贴段刚度较小的情况下尖轨牵引点转换力不发生改变,密贴段刚度达到1 000 k N/m并继续增加时尖轨牵引点转换力急剧增加;随扣板横向刚度和抗扭刚度的增大尖轨牵引点转换力增加,不足位移变化较小;扣板距尖轨跟端越远尖轨牵引点所需转换力越大,尖轨最大不足位移越小。     

城轨车辆车体纵向刚度对连挂碰撞的影响

文章以某一轻轨车辆为对象,应用多体动力学软件SIMPACK对其连挂碰撞特性进行研究,验证其碰撞特性是否满足设计要求,并分析车体的纵向刚度对连挂碰撞的影响。结果表明车体纵向刚度在某一特定值范围内,最大冲击力和碰撞车辆加速度最大值均随着车体刚度的增加而显著增加,当车体纵向刚度超过某一特定值,最大冲击力和碰撞车辆加速度最大值均变化缓慢,逐渐趋于稳定。     

波数有限元法分析频率域内无砟轨道刚度的动力特性

对波数有限元方法进行验证后,结合高速铁路设计规范,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道的波数有限元模型,讨论轨道结构各部件弹性模量/刚度变化对轨道结构整体刚度的影响,进行轨道刚度对关键参数的敏感性分析,得到以下主要结论:无砟轨道刚度在低频段和高频段有不同的特征。在低频段(0~第三阶动刚度峰值频率),出现多个共振引起的波谷值和波峰值;在高频段(第三阶动刚度峰值频率~100 Hz),轨道刚度随着频率的增加而减小。轨道各部件中,扣件的刚度对轨道刚度的影响最明显,但其对轨道低频段内的共振频率影响不大;基床底层和地基弹性模量仅影响低频段的轨道刚度,共振频率和轨道静刚度随着弹性模量的增加而增大,最大轨道动刚度的变化不明显;基床表层和CA砂浆弹性模量对轨道刚度的影响较小。     

套衬对隧道空气动力学效应的影响研究

基于有限体积法,采用流体动力学计算软件建立动车组通过带有套衬隧道的空气动力学模型,运用滑移网格技术数值模拟了动车组通过隧道时的三维非定常可压缩外流场,分析套衬位置和厚度对车体表面、隧道壁面压力的影响,并与试验结果进行了对比。研究结果表明:套衬位于隧道入口时,车体表面压力变化最大,比无套衬时增加6.58%,套衬位于隧道出口时,车体表面的压力变化最小;套衬位置对隧道内压力分布规律影响较小,隧道壁面压力变化最大值均出现在距进口1 492 m附近,套衬位于隧道入口时,大多数监测点的压力均最大,套衬位于隧道出口时,隧道壁面大多数监测点的压力相对较小;相对于无套衬时,压力变化最大值增幅为2.44%,降幅可达2.03%;随着套衬厚度的增加,隧道壁面、车体表面压力变化最大值不断增加,比无套衬时分别增加约4.39%和7.90%。     

超大船舶吨级航道桥梁防船撞设计研究

针对目前对桥墩受船舶撞击的影响参数尚不明确的情况,以一座千米级公铁两用斜拉桥为工程背景,基于船舶自动识别系统数据统计分析结果,得到船舶船型、吨位、航速等参数并开展了船桥碰撞分析,提出了桥梁防船撞设施设计方法,通过有限元仿真分析对提出的防撞设施性能进行了不同工况下的计算分析.研究结果表明:未安装防撞设施时,船舶与桥梁碰撞...     

移动列车荷载下桥上有砟轨道偏心研究

为研究列车作用下有砟轨道中线与桥梁中线偏心发展机理,以石太线上行多跨连续钢筋混凝土上承式拱桥为例,建立考虑轨道结构层间相互作用及轨道与桥梁弹性耦合效应的轨道-桥梁模型,研究桥上有砟轨道结构参数对有砟轨道-桥梁偏心影响规律.研究结果表明:增加轨下扣件横向刚度能显著减小线梁偏心,轨枕-道床横向支撑刚度对偏心影响较小,而散体道床横向剪切刚度及梁轨界面横向刚度的影响可以忽略;随着道床厚度的减小,线梁偏心减小;外轨超高对偏心有一定影响;随着有砟轨道中心与桥梁中心初始均匀偏心增加,线梁偏心呈较快发展趋势.     

简支梁桥上有轨电车嵌入式轨道纵向力分析

研究目的:因桥上无缝线路梁轨相互作用较为复杂,桥梁和轨道结构的受力与变形特性成为国内外学者的热点研究问题。为研究温度荷载、列车荷载和制动荷载作用下轨道结构的受力与变形规律及影响因素,根据嵌入式轨道的特点,本文通过建立嵌入式轨道桥上无缝线路有限元模型,计算伸缩力、挠曲力和制动力三种工况下轨道结构的受力与变形情况,并分析梁体温差、高分子材料纵向阻力和墩台纵向刚度对伸缩力的影响。研究结论:(1)嵌入式轨道的线路纵向阻力和垂向刚度均为线性变化,且轨板相对位移限值为6.2 mm;(2)轨道结构的受力和变形均随着梁体温差的增加而线性增加,允许梁体温差为38℃;随着线路纵向阻力的增加,钢轨纵向位移和伸缩力逐渐增大,而轨板相对位移则逐渐减小;桥梁墩台纵向刚度对轨道结构的受力和变形影响较小;(3)在挠曲力和制动力工况下,轨板相对位移和钢轨附加力均较小,故在设计时应重点关注伸缩力工况;(4)当梁体温差和轨温变化幅度为30℃时,钢轨强度和轨板相对位移均满足要求,因此在32 m简支梁上铺设有轨电车嵌入式轨道无缝线路是可行的;(5)本研究成果对桥上有轨电车嵌入式轨道设计具有参考价值。     

轨道车辆大吨位组合式承载结构测力墙设计方法

耐冲击吸能列车已经成为世界各国轨道车辆被动安全防护技术的重要手段,轨道车辆碰撞试验是评估耐冲击吸能列车的重要方法。轨道车辆碰撞试验接触面大和撞击力大,现有的测力墙结构并不能满足测试需求。采用单因素法分析传感器间距d,传感器数量n和碰撞面板厚度h对整块式测力墙碰撞响应的影响,提出分块式和整块式面板组合的大吨位承载结构测力墙设计方法,并针对某地铁车端底架主吸能结构的测试要求,开展大吨位测力墙结构设计。通过台车碰撞试验,得到结构的撞击力大小及分布规律。试验与仿真结果趋势一致,相差不超过5%,满足轨道车辆碰撞试验大吨位撞击力测试的工程需要。     

多塔矮塔斜拉桥结构参数敏感性分析

基于结构参数敏感性分析的摄动原理,通过选择合适的摄动值计算各参数对结构力学性能的敏感系数,研究多塔矮塔斜拉桥参数变化对结构内力、变形和自振特性的影响大小,为结构设计和施工监控提供参考。研究结果表明:边跨长、主梁刚度、桥墩刚度的变化对结构刚度和内力影响较大,拉索刚度、跨中无索区长度对结构内力的影响相对较小;塔跨比、拉索刚度、主梁刚度是影响索力的主要因素;主梁和桥墩刚度、边跨长度对主梁振型的影响较大;塔跨比、主塔刚度则对主塔的振型有较大影响。     

组合梁斜拉桥稳定性影响因素研究

研究了桥面板剪力滞效应对结构极限承栽力的影响,计算结果显示某些阶段安全系数出现大幅下降,最大变化已达到42.4%;针对组合梁斜拉桥钢主梁(工字形加劲截面)横桥向抗弯刚度较小,桥面板还未安装时容易在横桥向发生局部失稳的现象,研究了钢主梁局部失稳对组合梁斜拉桥全过程的整体稳定性的影响,计算结果显示考虑局部失稳后结构的弹性稳定安全系数在某些阶段出现大幅下降,最大变化已达到24.0%.     

钩缓装置碰撞及坡道救援仿真动力学性能分析

以某城轨车辆用车钩缓冲装置为例,介绍了其结构组成,通过动力学仿真计算软件,建立了多编组列车模型,并进行列车的碰撞及坡道救援仿真分析,最终得到了车钩缓冲装置在碰撞及坡道救援过程中的作用力、缓冲器变形量及其变化规律。计算结果表明在碰撞过程中,碰撞连挂面的车钩力及缓冲器变形量最大,沿列车纵向向两端面不断减小,车钩缓冲器、压溃管、防爬器依次逐级吸收冲击能量;在坡道救援工况中,制动速度对车钩缓冲装置的动力学性能基本无影响,增加车辆载重,其制动过程中车钩作用力变大,缓冲器行程增大。     

地震作用下梁式桥碰撞反应分析

在考虑梁间碰撞反应和桥梁结构非线性特性的基础上,建立全桥模型,通过不同桥墩高度和截面刚度简支梁桥在不同地震激励下的时程响应分析,对橡胶支座隔震的简支梁桥体系在地震作用下梁间碰撞响应规律和特点进行研究。结果表明,碰撞在一定程度上显著改变结构的响应状态,增大墩底弯矩和剪力;桥墩的高度、截面刚度以及地震激励的变化会对梁间碰撞产生影响。