大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路相互作用研究

研究大跨度铁路连续梁-拱组合桥与无缝线路的相互作用问题,采用非线性弹簧单元模拟梁轨接触,以某桥(82.9+172+82.9)m连续梁拱桥为例,建立考虑拱肋、横撑、斜撑、吊杆、主梁、轨道以及相邻路基梁轨相互作用模型,系统分析温度荷载、活载、制动力、风荷载、混凝土收缩徐变、支座不均匀沉降作用下连续梁-拱桥无缝线路纵向力的分布规律。研究结果表明:钢轨在跨中位置对梁体升温敏感程度大于梁端位置;单线活载与制动或牵引作用下,钢轨应力在中间加载时比左、右侧加载大;纵向风力达到1 k N/m以上的地区,须考虑风荷载的影响;同时,混凝土收缩徐变在降温荷载工况下,对钢轨应力有不利影响;支座沉降作用下,钢轨最大应力为4.9 MPa,设计时应予以考虑。     

千米级高速铁路悬索桥静力特性分析

为了准确掌握千米级高速铁路悬索桥在静力荷载作用下的受力特征,结合现场试验和有限元模型,以主跨1 092 m的五峰山长江大桥为工程背景,研究特大跨径钢桁梁悬索桥在静力荷载作用下的结构力学行为,揭示不同加载工况下钢桁梁及主塔应力,主缆索股力,桥梁挠度,梁端转角,主塔、支座以及梁端纵向位移,吊索索力的变化特征,综合分析悬索桥的静力特性。研究结果表明：在不同加载工况下,上下游弦杆受力均匀,上下游斜杆受力变化较大;主塔塔柱受力变化较小,实测值与理论值之比在0.70～0.94之间;主缆各索股受力均匀,上下游侧索股应力变化一致,主缆整体受力性能良好;桥梁跨中实测挠跨比为1/530,小于设计挠度比1/487,梁端实测最大转角为0.56‰rad,桥梁竖向刚度较大,满足相关要求;支座纵向位移变化均匀,但受运营初期支座纵向摩阻力及阻尼器的影响,导致荷载较大时,纵向位移变化缓慢,使得理论值大于实测值,梁端位移与支座位移变化一致,桥梁纵向位移变化均匀;主塔塔顶纵向位移、吊索索力变化均匀,实测值与理论值吻合较好。研究成果不仅可为同类型桥梁设计提供借鉴,也可为桥梁后期运维提供“指纹”信息。     

铁路悬索桥疲劳荷载下吊索内力与变形分析

铁路悬索桥由于承担较大的列车活载作用,在反复轴向应力和吊索缆上与梁上连接点纵向位移差的作用下,短吊索易发生疲劳破坏,短吊索疲劳强度成为控制设计的关键因素,需要对吊索在疲劳荷载下的内力与变形进行有限元分析并通过试验确定短吊索抗疲劳性能。以某建设中的主跨660 m铁路悬索桥作为研究对象,分析吊索在疲劳荷载组合作用下的内力和上下连接点纵向位移差,分别根据吊索内力和纵向位移差确定内力幅和吊索偏角幅值;分析了加劲梁的纵向约束和中央扣设置等对吊索最大偏角的影响。结果表明,由于需要设置传递制动力的纵向约束,导致了铁路悬索桥跨中短吊索有较大的纵向偏转角,可能对铁路悬索桥吊索的疲劳性能产生较大影响。     

大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律研究

拱桥在我国高速铁路中应用日益广泛，而不同形式大跨度拱桥上无缝线路纵向力分布规律仍有待探明。以112 m提篮拱桥、140 m钢箱系杆拱桥、(24+160+24)m系杆拱桥及(52+382+52)m钢箱拱桥4种不同形式拱桥为例，建立考虑轨道、梁体、吊杆和拱肋的拱桥-轨道系统精细化仿真模型，深入分析钢轨伸缩调节器对纵向力的影响，揭示复杂温度、竖向活载、列车制动及地震作用下大跨度拱桥与轨道相互作用规律，探讨加载历史对拱桥-轨道系统受力特性的影响。研究结果表明，在温度荷载、竖向活载、列车制动和纵向地震作用下，钢轨应力极值均出现在梁端附近，在梁端设置钢轨伸缩调节器能有效降低钢轨应力；与挠曲力、制动力相比，梁体温度变化引起的伸缩力为主要控制性荷载，吊杆和拱肋的温度变化对拱桥上钢轨纵向力影响较小；地震作用下梁端附近钢轨应力极值达到635.5 MPa;检算墩顶水平力时，应采用考虑加载历史影响的分析方法，计算结果更安全。     

钢-混凝土连续结合梁动力性能试验研究

通过对合宁铁路钢-混凝土连续结合梁动力性能试验,测试钢-混凝土连续结合梁的自振特性和CRH2动车组、120 km/h试验货车和160 km/h试验客车通过时的动力响应.试验结果表明,钢-混连续结合梁可以满足这3种列车通过时的安全性要求;梁体的竖向、横向自振频率、跨中挠跨比、梁端转角、挠度、应变动力系数、跨中横向振幅、墩顶横向振幅、竖向加速度、支座横向动位移均符合相关规范和设计的要求.     

铁路桥梁刚度描述方法

针对我国新建桥梁跨度和结构形式远远超出现有桥梁设计规范的适用条件,以及国内外桥梁刚度指标和取值存在较大差异,进行铁路桥梁刚度描述方法和预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度的限值研究。提出一种铁路桥梁刚度的统一描述方法,即采用设计荷载下的梁端处桥面(轨面)的横向、竖向转角和扭转角及非梁端处桥面(轨面)的横向、竖向转角和扭转角沿桥纵向的变化率(即曲率)描述桥梁刚度,并推导出大跨度铁路预应力混凝土连续梁(刚构)桥刚度设计参考限值。该方法不仅能方便描述简支梁的刚度问题,与现有规范相衔接,而且能描述规范所不能涵盖的大跨度桥梁和特殊桥梁结构的刚度问题。通过代表性桥梁的车桥系统动力响应计算分析,证明了统一描述方法的可行性和较好的统一性。     

上跨津山铁路PC槽形梁的力学特性分析

研究目的:采用平面计算和空间分析相结合的方法,研究PC槽形梁在上部竖向荷载作用下的梁体应力、结构变形和自振特性等力学性能,分析有无端横梁对梁体受力的影响,从而为32 m客货共线铁路PC简支槽形梁的设计提供理论指导和科学依据。研究结论:(1)竖向荷载作用下主梁腹板向槽口内侧倾斜,弯曲扭转共同作用使主梁上缘应力分布不均;(2)最不利荷载作用下梁跨中下缘纵向正应力在横桥向大致呈U形分布;(3)上部竖向荷载逐渐增大时,主梁的横向位移越来越大,槽口逐渐减小,梁端部的横向位移略大于跨中的;(4)端横梁有效改善了梁端道床板的受力,但对跨中道床板的影响甚微;(5)梁体振动表现为主梁、道床板相互作用共同参与振动,与简支板梁有所区别;(6)本研究成果可为类似PC槽形梁的结构设计提供参考。     

城际铁路常用跨度桥梁梁体竖向刚度限值研究

结合城际铁路设计荷载标准的制定,对城际铁路常用跨度桥梁梁体竖向刚度限值进行研究;根据城际铁路实际情况,开展车桥动力分析,并结合国外有关成果,提出满足城际铁路乘坐舒适度的梁体竖向刚度限值;指出梁部结构在ZK、ZC竖向设计静活载作用下,梁体的竖向挠度建议限值。结论指出:(1)挠度限值的制定应按设计荷载、运营荷载、梁体基频等综合考虑配套研究;(2)在运营荷载作用下,梁体动力加速度是梁体挠度限值制定的依据。     

三塔超大跨公铁两用斜拉桥活载加载标准研究

为探究公路铁路活载对三塔超大跨公铁两用斜拉桥结构的影响,以某公铁长江大桥为研究背景,建立有限元全桥模型。利用影响线确定活载最不利加载位置,分析铁路活载和公路活载对主梁、主塔、斜拉索的影响。研究结果表明:随着铁路和公路活载加载长度的改变,桥梁结构响应在主梁竖向位移、主梁压应力、主塔顺桥向位移、主塔顺桥向弯矩、斜拉索索力增幅等方面表现出一定的规律性,铁路活载引起的桥梁结构响应是公路活载的3.2~4.2倍;对于主梁和主塔,当铁路活载加载长度分别增加5.4%、22.2%、18.2%,结构响应对应增大35.90%~36.90%,8.27%~13.07%,4.40%~8.38%;对于斜拉索,活载作用下索力最大增幅位于跨中附近;按照偏安全的到发线长度加载比按照列车可能最大长度加载,在桥梁设计上更具有安全冗余度。研究成果可为超大跨度铁路桥、公铁两用桥的设计提供参考。     

常用跨度无砟轨道铁路桥梁动力性能试验研究

通过遂渝线常用跨度无砟轨道铁路桥梁的动力性能试验,测试CRH2型动车组和120 km.h-1速度等级试验货物列车通过时的24和32 m预应力混凝土箱梁的自振特性和动力响应。试验结果表明,24和32 m箱梁可以满足这2种列车通过桥梁时的安全性要求;梁体的竖、横向自振频率符合相关规范要求。在这2种列车作用下,梁体跨中挠跨比、挠度动力系数、跨中横向振幅、跨中竖横向加速度、墩顶横向振幅、梁端转角、支座横向动位移、梁缝两侧钢轨支点的竖横向相对位移均符合相关规范要求,但是部分测点的梁体应变动力系数超出设计规范要求。梁体竖横向阻尼比和跨中竖向振幅也均正常。实测24,32 m箱梁跨中挠跨比分别为1/11436和1/12 386,但设计规范值和设计采用值只有1/1 200和1/4 000,且梁端转角只有规范要求的1/10左右,由此可见梁体竖向刚度设计过于保守。     

高速铁路大跨度斜拉桥运营性能检定技术探讨

基于近年来我国高速铁路大跨度斜拉桥动力性能测试实践和试验数据,探讨大跨度斜拉桥运营性能检定技术,提出了高速铁路大跨度斜拉桥运营性能评定的主要技术参数。对于主跨跨度在430~630m范围内的大跨度斜拉桥,给出了梁体1阶竖向、横向自振频率参考值与跨度及主桁宽度的关系式,提出了采用1/800作为主跨竖向挠跨比参考值,建议考虑设计活载的差别,梁端竖向转角的参考值采用1.0‰或1.5‰,给出了不同检定参数的测试方法建议。我国高速铁路大跨度斜拉桥运营性能试验数据仍需要进一步积累和分析总结,以形成适合于我国高速铁路大跨度斜拉桥运营性能评估标准。     

大跨度连续梁拱组合桥梁轨互制特征

为研究大跨度连续梁拱组合桥梁轨相互作用特征,以梅汕线上某(34+160+34)m刚架系杆拱钢箱连续梁组合桥为背景,采用理想弹塑性模型模拟线路纵向阻力,建立"轨-拱-梁-墩"一体化空间模型,对钢轨纵向力的分布规律进行分析,对是否考虑轨道作用下的主梁应力、梁端转角、墩底纵向反力进行比较。结果表明:连续梁拱组合桥远离固定支座的梁端处钢轨纵向力较大,其中最大伸缩应力达到114.0 MPa,在不设钢轨伸缩调节器时钢轨强度仍满足要求;轨道结构对温度荷载和制动力作用下的主梁应力影响较大;轨道结构对梁端转角及墩底纵向反力的分配亦有较大影响。     

考虑轨道静态变位的简支梁竖向刚度限值研究

研究目的:高速铁路桥梁在徐变、温度、桥墩沉降等作用下会发生多种静态变位,进而影响轨道平顺性与列车走行舒适性和安全性。本文将桥梁静态变位与列车活载下的动态变形统筹考虑以获取简支梁竖向刚度限值,使得列车在一定轨道静态变位的简支梁上具有优良的走行性。研究结论:(1)小于活载挠度的初始桥梁上拱对列车走行性有利,而初始下挠、桥墩不均匀沉降、轨面随机不平顺及过大的初始上拱均为不利因素;(2)规范在桥梁刚度的限值上留有一定富余度,跨度越短、车速越高则对桥梁静态变位的要求越严格;(3)设计时可在预测桥梁静态变位的基础上合理选择桥梁刚度,养护时则可根据当前桥梁的实际刚度和静态变位组合采取整治措施;(4)本研究成果可为铁路桥梁刚度设计、运营维护及规范修订提供参考。     

铁路悬索桥疲劳最不利吊索分析方法

铁路悬索桥活载在总荷载中所占比例较高,其应力幅相对公路桥更大,吊索更容易产生疲劳现象。国内对于悬索桥吊索疲劳相关理论分析较少,对于铁路悬索桥吊索的疲劳研究更是寥寥无几。本文根据我国铁路桥梁疲劳检算的设计规范和标准得出相应的疲劳荷载布载方式,结合悬索桥内力计算的特殊性,确定各吊索的疲劳设计竖向力;研究列车通过桥梁时各吊索点的纵向位移时程,确定纵向弯折的幅度。运用相应桥梁结构分析软件计算得出各吊索各部位相应荷载值,分析疲劳最不利吊索。     

高速铁路常用跨度桥梁挠跨比限值研究

在高速铁路桥梁设计实践中,实际设计的高速铁路桥梁在ZK静活载作用下的竖向挠度均远小于《高速铁路设计规范》表7.3.2中的限值。控制高速铁路桥梁设计的为基频、梁端转角和残余徐变变形等其他限值指标,《高速铁路设计规范》中的竖向挠度限值只有象征意义,并不控制设计。通过梁端转角与挠跨比的相关关系入手,采用车-桥耦合动力仿真分析方法,对高速铁路常用跨度桥梁的挠跨比进行分析研究,并结合工程实践,提出挠跨比建议值,研究成果为铁路桥梁设计规范的修订提供参考。     

跨座式单轨钢混结合轨道梁桥静动力分析

以跨座式单轨交通线路上采用的钢混轨道梁桥为研究对象,利用大型通用有限元软件ANSYS建立三维有限元模型。采用容许应力法计算在4种组合下的竖向和横向位移,分析静力及自振特性。结果表明,轨道梁在静活载作用下竖向位移满足规范要求,采用多种工况组合分析时,顶板最小纵向正应力为–171.42 MPa,底板的最大纵向正应力为146.99 MPa,均出现在结构的跨中位置;横撑和下平纵联的横向正应力为115.63 MPa,剪应力范围为13.85～15.13 MPa,可以看出结构在各个荷载工况下应力水平较低,小于容许应力,轨道梁整体刚度大,具有较好的动力性能,结构设计合理、安全,可为此类桥梁的设计提供理论依据和技术参考。     

制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应分析

为研究制动荷载作用下桥上无砟轨道动力响应问题,建立车辆子系统模型和无砟轨道-桥梁子系统模型。根据高速列车制动减速度特性曲线确定列车制动力,利用Hertz理论求解轮轨力,通过交叉迭代法求解有限元数值方程。以4节编组的CRH2型动车组在桥上无砟轨道制动为例,进行系统动力响应分析。研究结果表明:轨道、桥梁结构的纵竖向位移和加速度均逐层递减,梁端处轨道结构的竖向振动比跨中处大;列车制动过程中列车速度逐渐减小引起轨道结构的竖向动力响应也减小;列车停车后,轨道结构和桥梁的纵向位移反向突变、纵向加速度突变,随后都有自由衰减的趋势;列车停车瞬间,列车和桥梁出现纵向最大振动。研究成果可为桥上无砟轨道的设计提供理论支持。     

长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向变形研究

由于长大简支梁桥上无缝线路,在温度荷载和车辆荷载作用下的轨道和桥梁结构各项变形较大,简单的桥上无缝线路计算模型和检算项目已不满足要求。为了能够更好地分析其受力与变形,更详细地对其进行计算和检算,采用有限元方法建立了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路纵横垂向空间耦合模型。所建立的空间耦合模型,充分考虑了长大简支梁桥上有砟轨道无缝线路各部分的细部结构和其对整体力学特性的影响。采用该模型可以计算钢轨附加力,也可以对梁缝纵向变化量、钢轨横向变形、桥梁竖向挠度、梁端转角和梁轨相对位移等进行计算。计算结果详细,检算项目全面,方法便于设计与施工使用。     

加劲梁外伸跨对悬索桥静动力特性的影响

为研究加劲梁外伸跨对悬索桥静力、动力特性的影响,以一中等跨度悬索桥为例,利用桥梁非线性分析系统BNLAS,分别建立加劲梁单跨简支、三跨连续以及五跨连续的单跨悬吊体系有限元模型,对结构进行静力、动力特性分析。结果表明:外伸跨加劲梁能够有效降低梁端最大纵向位移及转角,降低了活载作用下加劲梁的挠度,而且有效提高了结构整体面外刚度;外伸跨加劲梁有效减弱了行车下梁端位移的响应,降低了梁端支座的往复式位移总量;在动力特性方面,外伸跨加劲梁同样具有较多的优点。为提高伸缩缝及支座的耐久性,单跨悬吊悬索桥推荐采用带外伸跨的连续加劲梁体系。     

大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置对列车走行性影响的研究

梁端伸缩装置是大跨度桥梁的重要组成部分,是容易受损的构件之一,对高速车辆的走行性影响较大。本文针对大跨度铁路桥梁梁端伸缩装置,建立结构动力分析的有限元模型,通过多工况车-桥(线)耦合振动计算,分析梁端伸缩装置自身变形、安装误差及梁端折角等因素对列车走行性的影响,提出车辆平稳性和乘客对车辆振动感觉的评判标准,并进一步基于车辆的平稳性和乘客对车辆振动的感觉确定车速及梁端竖向折角限值。研究表明,车辆响应对梁端竖向折角较为敏感。