快速复合方法加固铁路桥梁的力学性能研究

研究目的:针对既有线32 m简支T型梁桥在列车提速时横向刚度不足、振幅过大以及重载列车过桥时承载力不足的问题,提出通过预制混凝土横隔板及体外预应力钢绞线对桥梁进行横向和纵向复合快速加固方法,通过ANSYS和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)进行桥梁加固前后静力性能以及车桥耦合动力性能分析。研究结论:(1)提速列车过桥时主要问题是横向振幅过大,而横向加固能够有效提高梁体的横向刚度,使桥梁的横向一阶、扭转一阶自振频率显著提升,减小列车过桥时的动力响应;(2)重载列车过桥时主要问题是承载力不足,竖向挠度过大,竖向加固在提高承载力和竖向一阶自振频率的同时,会导致梁体的横向自振频率变小,需在纵向加固同时进行横向加固;(3)证明了车桥系统共振理论推导公式计算结果的正确性以及桥梁加固后发生共振时桥梁的安全性;(4)加固后桥梁能够满足提速列车以及重载列车运营要求;(5)此加固方法适用于工期紧张且不能中断运营的铁路既有简支桥梁的加固。     

列车提速下32 m PC简支T梁的横向刚度加固方案研究

对既有单线铁路32m标准预应力混凝土简支T梁在列车提速条件下的几种横向刚度加固方案进行研究。采用车桥系统动力相互作用分析的方法，考虑轨道不平顺和车辆蛇行运动影响，针对铁道专业设计院提出的几种加固方案，计算了不同列车速度下桥梁与车辆的动力响应。分析影响桥梁横向振动的主要因素，指出进行桥梁加固时应注意采取的措施，并对各加固方案进行了分析比较。     

提速状态下预应力混凝土简支梁受迫振动试验研究

通过对不同车速、不同编组情况下塑黄铁路小唐河大桥预应力混凝土简支梁桥动力性能的检测试验,研究列车提速条件下桥梁的动力特性及其动力响应。研究结果表明:列车以70和75 km.h-1速度运行时,其横向强振频率与桥梁横向自振特性相近,发生共振现象,PCT梁抑振措施应以提高梁体横向刚度为主;车速超过60 km.h-1时,PCT梁最大横向振幅均超过安全限值;PCT梁的横、竖向振动加速度值都不大,均在《铁路桥梁检定规范》规定的限值以内;PCT梁的跨中横向振动频率明显偏低,只有参考值的40%~50%;跨中竖向自振频率较大,竖向挠跨比小于《铁路桥梁检定规范》中的跨中竖向挠跨比通常值,说明梁体具有足够的竖向刚度。车辆编组方式对PCT梁的横向振幅影响较大,C64编组方式时梁体横向振幅最大,C64K编组方式时梁体横向振幅较小。     

拱肋内倾角对钢管混凝土提篮拱桥车桥动力响应的影响

为考虑拱肋内倾角对大跨度钢管混凝土拱桥的动力特性及车辆走形性的影响,以某主跨为240 m的钢管混凝土提篮拱桥为例,运用结构动力学以及有限元原理,分别建立了3种不同内倾角度(7.5°,8.5°,9.5°)下的桥梁动力分析模型和车辆模型,由动力学势能不变值原理"与形成矩阵的"对号入座"法则建立空间振动方程,并对3种情况下的车桥耦合空间响应进行了计算分析。研究结果表明:桥梁横向自振频率随拱肋内倾角的增加而明显增大;竖向自振振动频率随内倾角度的增大而减小;列车通过桥梁时,不同内倾角度下拱顶竖向位移和加速度的变化很小,而横向位移、横向加速度均随着内倾角度的增大而减小;车辆的动力响应对内倾角的变化不敏感。     

临时铁路便桥的动力特性分析

应用MIDAS软件建立有限元模型,计算临时铁路便桥的振动特性,分析其结构自振频率及振形。采用车桥耦合振动分析软件VBC2.0,对列车通过临时铁路便桥时引起的车辆与桥梁结构耦合振动进行数值仿真分析。通过分析和计算临时铁路便桥动力响应位置的横向振幅、横向加速度、竖向位移和竖向加速度表明,脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力、车体竖向和横向加速度的最不利计算结果能够基本满足相关规范要求,可以保证列车安全运行。     

中、下承式拱桥自振特性分析

以平行式、提篮式和斜靠式3种中、下承式混凝土拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立桥梁空间有限元计算模型,对其进行自振特性分析,比较3种不同桥型自振特性的特点,计算结果表明:中、下承式混凝土拱桥的振型主要有拱肋面外横向振动、结构整体竖向振动和扭转振动,高阶振型才出现桥面系的横向振动;3种拱桥都是首先出现拱肋的面外横向振动,低阶振型均以拱肋面外横向振动为主,拱肋的横向自振频率小于竖向自振频率;斜靠式拱桥的振型密集,横向振动基频比平行式和提篮式拱桥的横向振动基频大;3种拱桥的竖向振动都表现为桥梁结构整体竖向振动;3种拱桥的扭转振动都出现较晚.     

既有重载铁路墩梁加固分析

针对大秦线运量不断增加后出现的简支梁、中高桥墩横向自振频率偏低、振幅过大的情况,对梁、墩进行有限元分析,通过比选提出合理的加固方案。加固前后结构动载试验表明,通过加固可以有效改善结构的动力性能,能够满足《铁路桥梁检定规范》的要求,保证列车安全运营。     

简支铁路桥梁加固前后共振响应分析

研究目的:由于加固前后铁路简支桥梁自振频率发生变化,车桥系统发生共振时对应的列车速度发生改变,因此需要分析加固前后桥梁的共振响应是否满足要求。本文介绍车桥系统发生共振的原理,研究影响车桥系统共振响应的因素,采用ANSYS软件和多体动力学软件UM(Universal Mechanism)分析加固前后桥梁仿真模型的车桥耦合动力性能。研究结论:(1)对于小跨径直线桥梁,加固前后桥梁发生共振时对应的列车速度发生明显改变;(2)通过桥梁加固,其发生竖向共振时列车速度已经超出高速列车的速度范围;(3)列车第二共振速度时桥梁的竖向振幅和加速度远小于列车处于第一共振速度时,故可以不考虑;(4)对桥梁进行加固,能够明显减小共振时桥梁竖向及横向的跨中振幅和跨中加速度;(5)本研究成果可为简支铁路桥梁的共振控制提供借鉴。     

A型高墩大跨混凝土连续刚构桥车桥动力分析

研究目的:针对A型高墩大跨混凝土连续刚构桥,具有墩高、跨度大、墩身体量轻、刚度相对小等特点,分析车桥耦合动力响应,得出车桥动力性能指标,探讨桥梁结构横向自振周期与车桥动力响应的关系。研究结论:(1)结构基频为纵向振动,频率为0.401 Hz,第二振型为横向振动,频率为0.657 Hz,一阶竖弯频率为1.125 Hz;(2)客车以200 km/h运行,车辆运行安全性和平稳性满足要求,横向及竖向舒适度指标均为优良;货车以120 km/h运行,能满足车辆运行安全性和平稳性要求;A型高墩能较好地解决大跨度连续刚构桥的动力性能问题;(3)桥梁横向第一自振周期对桥梁横向振幅影响较大,对梁体竖向、横向加速度影响规律不明确;(4)车辆响应对桥梁横向自振周期不敏感,采用桥梁横向自振周期来反映桥上车辆的运行安全性、舒适性和平稳性的规律性不明显,两者的相关性不显著;(5)本文分析成果对高墩大跨铁路桥梁设计具有指导意义。     

铁路简支T梁横向预应力加固方法

重载铁路简支T梁横向刚度不足,在运营过程中存在横向振幅超限现象,影响铁路运营安全。本文依托山西阴(塔)火(山)铁路桥梁加固工程进行荷载试验,对铁路简支T梁横向预应力加固方法进行研究,提出了一种用于模拟分析铁路简支T梁横向加固效果的有限元方法,并将计算结果与加固前后荷载试验数据予以对比。研究结果表明:采用横向预应力加固方法后,桥梁横向振幅最大降低32. 7%,平均降低9. 9%;自振频率最大增加245. 4%,横向自振频率平均增加36. 5%。铁路简支T梁横向预应力加固方法对桥梁横向刚度的提高效果显著,可以应用于简支T梁加固工程。     

既有线框构桥顶进施工纵、横梁加固体系的分析

研究目的：针对框架立交桥顶进施工的安全关键，综合分析各种线路加固体系的特点及适用范围，并在综合分析的基础上，通过实桥试验的方式，验证纵、横梁加固体系在限速45km／h的运输条件下顶桥施工的安全性，为此类加固体系的设计及施工提供理论依据。研究方法：对加固体系采用强度及刚度两方面分析，并采用理论计算及编组试验列车进行实桥试验的方法。研究结论：通过分析得出纵、横梁加固体系可适用于任何跨度、宽度及轴长的框架桥顶进施工，同时试验结论显示，该加固体系在限速45km／h条件下，安全可靠，并提出改进方向，具备进一步提高速度的可能性，是既有线顶桥施工中较好的一种加固方案，具有较强的推广应用价值。     

下承式铁路钢桥的病害原因分析及加固措施论证

研究目的下承式铁路钢桥在其腹部、底板和横梁上出现裂纹和腐蚀面,这是该种钢桥在服役多年后普遍存在的病害。本文将寻求对病害原因的全面认识。研究方法利用有限元软件,对该钢桥进行结构受力分析,通过化学实验对钢材进行化学成份分析,并对裂纹位置进行了疲劳结算,对所采取的加固措施进行了可行性论证。研究结论(1)纵梁腹板水平裂纹系被硬物划伤所致,纵梁端截面处的腹板下部竖向裂纹是疲劳引起的。(2)下平纵联节点板呈现的层状撕裂是由于材质不合格及冶炼时层间夹碴引起的。(3)桥梁上的腐蚀凹面是列车上的污物掉落在桥上长期腐蚀的结果。(4)现行采用的在裂纹部位粘贴钢板加固纵梁的方法,改变了纵梁的内力分布,改善了纵梁的应力水平,使钢桥满足了承载能力的要求。     

Test Analysis of the Vibration Response of Trough Girder Bridge in the Small Radius CurveEI北大核心

Research purposes: The bridge in circinate line of Hefei Railway Hub was built in the curve with radius of 300 m. In order to reduce structural height of the bridge across the Huainan railway, the single-line simple trough girder bridge with 32 m span was applied. The lateral vibration of the vehicle and bridge is intensified under the action of centrifugal force, and the torsion effect is obvious when the train running on the bridge in the small radius curve. On the other hand, the torsional rigidity of the trough girder with open section is lower than that of the closed box girder. Moreover, the wheel lateral force and the derailment coefficient is increased, and the reduction rate of wheel load is also increased owing to centrifugal force caused by unbalanced superelevation. In order to ensure the safe and smooth operation of the train and reveal the dynamic performance of the trough girder bridge in the small radius curve, the vibration response of the single-line trough girder bridge is tested and analyzed. Research conclusions:(1) The measured vertical and horizontal fundamental frequencies of the trough girder bridge are obviously larger than the vertical self-vibration frequency limit given by the relevant specification and the normal value of the measured transverse minimum natural vibration frequency. The lateral stiffness of the bridge is mainly controlled by its foundation stiffness. (2) The stiffness of the bridge can meet the requirements of C62 freight train safe running on the trough girder bridge in the curve with radius of 300 m at a speed of not more than 40 km/h. (3) The transverse vibration response of the bridge consists of the transverse static response of the structure caused by the centrifugal force and the lateral dynamic response caused by the coupling vibration of the vehicle-bridge system. (4) The research results can be referenced in the design of the railway bridge in the curve and coupled vibration analysis of trains and bridge in the small radius curve. © 2018, Editorial Department of Journal of Railway Engineering Society. All right reserved.     

64 m跨简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态

研究目的：随着列车速度的提升，对铁路钢桥的要求越来越高，一些既有线路的老式钢桥是否能够满足现有规范的设计要求是一个迫切需要解决的问题。本文通过对64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥在新规范下的运行状态进行分析以得出它是否满足新规范的要求。 研究方法：通过比较铁路桥梁钢结构设计的新旧规范，找出它们之间的主要差异。然后通过理论计算，分析老式钢桥是否满足新规范的要求。 研究结果：得出新规范在纵向联结系的长细比限值、中心压杆轴向容许应力折减系数、各种构件疲劳容许应力的检算和横向刚度的规定等诸多方面更加严格的结果。通过进一步分析得出64m跨下承式简支栓焊钢桁梁桥主要杆件的内力、构造和整体结构的横向自振频率等方面无法满足新规范要求，而强度也几乎达到新规范的临界值的结果。 研究结论：随着高速铁路的发展和列车运载量的提升，需要对老式钢桥进行加固处理，以满足列车安全运营的要求。     

既有铁路混凝土简支梁桥加固技术研究

研究目的:既有铁路混凝土梁桥以中小跨度为主,理论与实践表明列车提速后,大多数梁体横向刚度不足,墩台截面偏小同样会刚度不够,不能满足提速的要求,为此需要对梁体及墩台进行加固改造.本文结合漯阜铁路既有线提速及改建设计,对既有铁路混凝土简支梁桥加固进行研究,总结了一些经验,有益于其它既有线铁路桥梁加固参考.研究结论:加强混凝土简支梁横隔板横向连接,可很好地抑制桥梁横向振动;梁底粘贴钢板、增设体外预应力钢束,可有效提高梁的承载能力;加大桥墩截面可大幅度增加横向刚度;采取以上措施加固的既有铁路混凝土简支梁桥能满足提速要求.     

3～20 m桥整体横向移梁施工技术

研究目的:在第六次铁路提速施工中,调整线间距和缓和曲线长度引起多项桥梁改造项目。通过移梁可以 最大限度地发挥既有桥梁的使用功能,同时又能大大缩短提速改造施工的工期。 研究方法:本文详细介绍了在津浦线第六次提速改造施工中对3-20 m简支T梁的整体移梁施工技术,施 工中针对桥梁钢支座需埋设锚栓固定下摆的特点,根据现场实际情况,巧妙利用钢板固定既有钢桥支座,采用 竖向千斤顶和横向千斤顶相结合的普通施工方法,在不中断铁路交通运输,利用夜间列车运营“天窗点”的时 问,结合铁路线路拨道,安全正点地完成了大吨位桥梁的横向移设施工任务。 研究结果:使既有线满足了200 km／h运营速度的要求 研究结论:移梁后通过后期观察,梁体在铁路运营中结构稳定,质量可靠,收到了预期的效果,实践证明此 项移梁施工技术是成功的,是安全可行的。     

轨道不平顺导致的车桥耦合振动分析

研究目的：轨道不平顺常常是激起车桥系统耦合振动的主要因素之一，通过研究轨道不平顺导致的车桥耦合振动规律，为铁路桥梁精确设计提供理论依据。 研究方法：以H．Hamid等人提出的轨道不平顺功率谱密度为例，构造了时域内的轨道随机不平顺函数。以轨道不平顺样本函数为激振源，通过求解车桥系统耦合振动微分方程，分析铁路桥梁在列车荷载作用下的动力响应规律。 研究结果：计算了广西红水河铁路斜拉桥在列车通过时的动力响应，给出了不同车速及不同不平顺样本函数情况下桥梁主跨中点横向位移时程曲线。 研究结论：桥梁结构动力响应主要随车速及不平顺样本函数的不同而变化，且有较大的随机性。对于广西红水河铁路斜拉桥，桥梁主跨中点的最大横向位移一般在车速为75～95km／h时达到最大。     

宜万铁路万州长江大桥设计与施工

研究目的根据宜万铁路跨越长江的关键性控制工程——万州长江大桥,位于峡谷地段,水深流急,江中不宜设置桥墩的特点,对该桥设计、施工关键技术进行研究,解决大跨度钢桁拱设计、施工关键技术问题。研究方法结合桥址处的地质、地形、通航、水文条件,进行综合技术经济比较,采用结构分析计算和桥梁结构动力学与车辆动力学的研究方法。研究结果针对国内首次采用钢桁拱—桁梁组合体系的大跨度铁路桥梁的建设,探索出一套成功的设计、施工经验和一系列有针对性的技术措施。研究结论正桥采用168m 360m 180m三跨连续钢桁拱-桁梁组合结构桥。桁宽采用16m,列车行车安全及舒适性有保障;吊杆合理开孔,有效拟制了风致振动;钢桁拱的架设必须采用爬坡式吊机架设;合理的安装顺序和工艺技术措施保证了钢桁拱的高精度合龙。     

大跨度铁路桥梁刚度统一描述方法探讨

研究目的:本文在已建成的桥梁基础上,进一步开展了大跨度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,以提出一种大跨度铁路桥梁刚度问题的统一描述方法。研究结论:采用设计荷载下的梁端横向、竖向、扭转角及非梁端处横向、竖向、扭转角的变化率(即曲率)描述桥梁刚度,推导了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。该方法不但能方便地描述简支梁的刚度问题,与现有规范相衔接,而且在描述规范所不能涵盖的大跨度桥梁、特殊桥梁结构刚度问题时也非常方便。研究方法和研究成果有利于提高桥梁刚度研究和设计水平,为发展更大跨度桥梁提供技术支撑。     

青山长江大桥主航道桥结构动力特性分析

研究目的:青山长江大桥主航道桥是目前世界最大跨径全漂浮体系斜拉桥,桥塔为目前世界最高的A形桥塔,主梁为目前长江上最宽的钢箱梁,其动力特性是结构受力特性的关键,与常规斜拉桥相比具有独特之处。本文采用ANSYS建立空间有限元计算模型,对青山长江大桥主航道桥成桥状态、施工阶段最大单悬臂状态结构动力特性进行分析,从而为进一步进行结构抗震、抗风性能分析研究奠定基础。研究结论:(1)在成桥状态时,结构前3阶振型分别为纵飘、对称侧弯、对称竖弯,对应周期分别为14.22 s、6.25 s、4.78 s;在最大单悬臂状态时,结构前3阶振型分别为侧弯、竖弯、竖弯,对应周期分别为8.4 s、4.44 s、2.93 s,两种状态均属于长周期结构;(2)成桥状态和最大单悬臂状态时,结构侧向刚度均偏弱,对横向风致振动响应敏感;(3)结构采用A形桥塔、超宽主梁、空间双索面提高了结构的扭转频率和抗扭刚度,增强了结构的抗扭稳定性,边跨设置辅助墩提高了结构频率和刚度;(4)在成桥状态时,结构的高阶振型中出现了振型的耦合现象;在最大单悬臂状态时,结构的低阶振型中即出现了振型的耦合现象;(5)本研究成果可为大跨度全漂浮体系斜拉桥结构抗震、抗风设计提供依据。