大跨度无砟轨道连续梁桥后期徐变变形研究

无砟轨道能适应高速铁路高平顺性和高稳定性的要求,但可调性很小。预应力混凝土的后期徐变变形会引起桥梁的上拱和下挠,造成轨道不平顺。本文研究混凝土桥梁徐变变形的原理和计算方法,对现行中国铁路规范、中国公路规范和欧洲混凝土规范中的混凝土徐变系数与试验值作了比较。结果表明。3个规范的徐变系数都较实测值大,中国现行铁路规范的混凝土徐变系数又较另2个规范大,比较保守。对一座85 m＋135 m＋85 m的高速铁路预应力混凝土桥梁,模拟施工全过程,按成桥后10 d和90 d两种时间铺轨,计算分析铺轨后20年间由混凝土收缩、徐变、预应力损失引起的徐变变形。结果表明,按现行铁路规范计算所得的上拱值最大可达20 mm,比按现行公路规范计算大得多;徐变变形对铺轨时间较敏感,成桥后等待90 d再铺轨,后期徐变变形上拱度可显著下降。     

高速铁路无砟轨道矮塔斜拉桥变形控制研究

以京沈高速铁路潮白河特大桥为背景,为适应高速行车条件下无砟轨道变形控制需求,通过建立纵向有限元分析模型,对梁高、塔高、二期恒载上桥前停梁时间等参数进行计算对比,研究其对桥梁竖向刚度、轨道平顺性和残余徐变的影响,主要结果及结论如下:(1)随着梁高的增加,梁的刚度增大,温度变形及由温度产生的轨道不平顺值呈降低的趋势;(2)随着塔高的增加,索长及由索梁温差引起的温度变形随之增大,由温度产生的轨道不平顺值呈增大的趋势,而梁体残余徐变由下挠变为上拱,且残余徐变绝对值呈先减小后增加趋势;(3)中跨跨中铺设二期前的徐变变化趋势为上拱,且停梁时间越长,后期残余徐变越大,而边跨跨中铺设二期前的徐变变化趋势为下挠,且停梁时间越长,后期残余徐变越小。     

铁路大跨度混凝土拱桥徐变变形控制因素研究

研究目的:混凝土拱桥具有较大的横竖向刚度、良好的环境适应性和较高的经济价值,在山区大跨度铁路桥梁建设中得到推广应用。然而,受拱结构的受力特点和混凝土的材料特性影响,混凝土拱桥在后期运营过程中会出现徐变下挠变形,直接影响线路的平顺度,进而影响行车的安全性和舒适性。本文以一座在建的铁路大跨度混凝土拱桥为研究对象,从分析混凝土徐变机理及影响因素出发,选取工法、加载龄期、铺轨时间以及拱上结构形式等因素作为变量,基于CEB-FIP(1990)徐变本构模型开展结构的徐变变形研究,分析不同因素下混凝土拱桥的徐变变形情况,探究徐变变形控制的主要因素。研究结论:(1)平衡加载法的受力模式使得拱圈顶底板应力差较大,导致后期徐变变形较大;(2)悬臂拼装法可以节省施工工期,但预制时间较短也会导致后期的徐变变形较大;(3)延长混凝土龄期和减少拱上结构重量对抑制后期徐变下挠有一定的帮助,但效果并不明显;(4)延迟铺轨对减小长期徐变下挠有明显的改善;(5)在以上四种影响拱圈后期收缩徐变的因素中,工法和铺轨时间对后期混凝土收缩徐变影响较大,可作为大跨度拱桥徐变变形控制技术的关键因素;(6)本文研究可为类似结构的设计提供参考和借鉴。     

高速铁路大跨连续刚构柔性拱组合桥梁设计

研究目的:以商合杭铁路淮河特大桥(112+228+112) m连续刚构-柔性拱桥为工程背景,研究大跨连续刚构-柔性拱桥的总体及构造、拱肋及吊杆的受力、大跨刚构体系桥梁主墩的受力、桥梁变形对铺设无砟轨道的适应性、车桥耦合动力分析等,系统研究和总结大跨连续刚构-柔性拱桥特点,为大跨度连续刚构-柔性拱桥在高速铁路中的应用提供参考和借鉴。研究结论:(1)连续刚构-柔性拱桥刚度大,受力性能和经济性能优良;(2)通过优化纵向预应力钢束布置并在柔性拱的辅助作用下,能够控制主梁的徐变位移,为无砟轨道的铺设创造良好条件;(3)在考虑主梁徐变、温度等各种位移工况下的主梁附加不平顺后,车桥耦合动力响应分析表明桥梁能够满足列车高速行车的安全性和乘坐舒适性要求;(4)本研究成果可应用于高速铁路大跨度无砟轨道桥梁设计。     

梁拱组合桥吊杆力优化及工程应用

吊杆是梁拱组合桥梁主梁和拱肋之间的传力构件,吊杆内力对主梁和拱肋协作受力合理与否起着关键性作用。以包西铁路跨黄延高速大桥主桥的简支梁拱组合桥为工程背景,运用已经在斜拉桥索力优化领域比较成熟的影响矩阵法原理,以结构应变能最小为优化目标对成桥吊杆力进行优化,最终取得了很好的优化效果,进一步证明了影响矩阵法在梁拱组合桥吊杆力优化中具有很好的应用效果。同时本文的优化计算方法也为同类桥梁的优化问题提供了参考。     

预应力混凝土连续梁拱组合桥吊杆成桥索力计算及影响因素分析

根据预应力混凝土连续梁拱组合桥的结构特点,充分考虑主梁的承载能力,提出基于指定截面应力法的吊杆成桥索力分步算法。根据主梁截面的应力控制条件,以总的吊杆索力最小为目标函数,采用数学规划方法初定吊杆索力,然后采用最小二乘法进行吊杆索力调匀,从而得到较为合理的吊杆成桥索力。应用该方法对宿淮铁路京杭运河特大桥主桥(62+132+62)m连续梁拱组合结构进行吊杆成桥索力分析,研究主梁截面尺寸、施工方法等对吊杆成桥索力、主梁预应力布置的影响。结果表明:随着梁高的增大,主梁参与全桥受力的程度随之增大,吊杆索力减小,拱肋负担的荷载也减小;施工方法不同,吊杆成桥索力和主梁内的预应力布置也不同,当主梁由悬臂浇注法改为支架现浇法施工时,吊杆的成桥索力增大,主梁在中支点截面处需配置的预应力钢绞线数量减小,在中跨跨中截面处需配置的预应力钢绞线数量增大。     

32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究

运用Midas软件分别建立简支梁桥-CRTSⅡ型板式无砟轨道空间耦合静力学模型和车-线-桥耦合动力学模型,进行32m高速铁路简支梁桥铺轨后残余徐变上拱限值研究。结果表明:桥梁残余徐变变形是影响32m波长周期性高低不平顺的主要因素;随着桥梁残余徐变幅值增加,长钢轨的附加不平顺呈线性增大,桥梁残余变形幅值为10mm时,钢轨的上拱变形量可达9.8mm;行车速度为380km·h^-1、桥梁残余徐变上拱幅值由3mm增加至10mm时,车体的垂向加速度峰值由0.275m·s^-2增加至1.159m·s^-2,旅客乘坐舒适度指标由1.549逐渐增加至3.105;当桥梁残余徐变幅值为8.0mm,在280~380km·h-1车速范围内,旅客乘坐舒适度指标达到3.108,桥梁梁端振动加速度达到5.217m·s^-2,已超出规范限值,因此建议高速铁路32m简支梁桥铺轨后其残余徐变上拱限值按7.0mm控制,为避免残余徐变限值的改变对桥梁设计方案产生显著影响,可通过适当延后铺轨时间保证桥梁残余徐变变形满足限值要求。     

大跨桥上线路调坡及板式道床铺设方法研究

研究目的:研究目的:深圳地铁某大跨桥为(90+150+90) m连续梁桥,在混凝土收缩徐变效应下,成桥后数年内梁面标高会持续变化,因此梁面设置了一定的预拱度;同时由于桥梁存在一定的施工误差,导致梁面平顺性欠佳。另一方面,由于桥上采用预制板道床,铺轨时道床厚度的可调整范围较小,消化桥梁施工误差的能力有限。在上述不利条件下,如何保证轨道的高平顺性,确保行车安全,是亟待解决的问题。研究结论:(1)以"调坡后线路+成桥预拱曲线"作为轨面标高理论控制线,运营期间安全风险可控,且轨道结构高度均匀,适合预制板式道床的铺设;(2)通过线路调坡、以相对标高控制铺轨、在铺轨及运营期间加强轨面高程监测等措施,可有效保证大跨桥上的铺轨精度和轨道平顺度;(3)本研究成果对城市轨道交通领域大跨桥上施工误差处理及板式道床铺设具有一定的指导意义。     

考虑混凝土徐变效应的城市轨道交通标准简支梁桥铺轨时机研究

为保证城市轨道交通轨道平顺性和后期行车安全,文章运用Midas软件建立简支梁桥-无砟轨道/二期恒载加载周期徐变模型,结合对简支梁张拉后不同铺轨时间监测的简支梁徐变情况,对简支梁铺轨后徐变上拱值进行研究。结果表明：预应力张拉15天后进行轨道铺设与预应力张拉60天后进行轨道铺设相比,跨中徐变上拱值在铺轨后差6mm,在180天时（初期运营）差3.2mm,在1年及10年时徐变上拱值分别相差2.9mm、3.0mm,且15天铺轨后期徐变上拱值小于5mm,满足相关规范要求。相关研究可为其他类似工程中标准简支梁最佳铺轨时机和施工流程的确定提供参考和借鉴。     

商合杭铁路矮塔斜拉桥无砟轨道适应性研究

研究目的:高速列车运行对无砟轨道的平顺性要求非常严格,而大跨度桥梁在温度荷载作用下引起的主梁竖向变形是引起轨道平顺性发生变化的主要原因。本文以商合杭铁路沙颍河大跨度矮塔斜拉桥为背景,对不同的桥梁结构体系、边跨比、主梁类型、梁高、斜拉索规格及布置、桥塔高度等进行对比分析,研究其对温度变形的影响,从而确定矮塔斜拉桥的无砟轨道适应性。研究结论:(1)矮塔斜拉桥可以满足无砟轨道的平顺性要求,保证高速铁路的行车安全性及舒适性;(2)有效释放梁体收缩徐变及温度变形的桥梁结构体系更加容易满足轨道平顺性要求,应优先选用;(3)斜拉索的温度变化及索梁温差是引起主梁竖向变形的主要因素,确定合适的斜拉索规格、安全系数、索间距,既能充分发挥斜拉索对主梁的贡献,又能减小温度荷载作用下主梁的竖向变形;(4)为减小斜拉索对温度变形的影响,主梁宜采用混凝土结构;(5)本研究成果对今后高速铁路矮塔斜拉桥设计具有一定的指导意义。     

西宁进站跨兰西高速特大桥设计

介绍西宁选站跨兰西高速（76＋160＋76）m预应力混凝土连续梁拱组合桥设计,通过分析阐述连续梁拱组合结构既具有较大的跨越能力,又较好地解决了拱桥的施工架设及其对桥下运营线路的影响;同时拱及吊杆对中跨的加强作用,减小了主梁高度和边跨跨度,降低了桥梁建筑高度,减小了桥梁长度。     

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。     

钢管混凝土系杆拱桥施工控制研究

结合先梁后拱钢管混凝土系杆拱桥,采用倒装—正装计算法有限元分析对施工过程中结构的受力特性和变形进行预测,指导主拱、主梁的线形、吊杆索力施工过程控制,达到理想成桥状态.     

高速铁路悬臂现浇连续梁桥后期徐变影响因素分析

长期荷载作用下,徐变将引起大跨度预应力混凝土连续梁桥的上拱或下挠。为满足现行高速铁路的高平顺性及高稳定性要求,大部分均采用无砟轨道,但其可调性很小。通过建立多座不同跨度的连续梁有限元模型,分析了混凝土弹性模量E、预应力张拉龄期τ、不同徐变计算模式及二恒铺装时间等主要因素对后期徐变的影响。结果表明,混凝土弹性模量必须达到设计要求;预应力张拉时混凝土龄期根据具体计算结果可适当调整;不同徐变计算模式差异大;延长二恒铺装时间可显著减小徐变变形。     

自然环境温度作用下徐变对预应力混凝土桥梁挠度影响研究

基于开展自然环境条件下徐变试验,对现行的和考虑温度影响的徐变模型对于自然环境温度条件的适用性进行检验。结合目前通用桥梁有限元程序,实现应用选取出的组合徐变模型将变温作用引入到铁路PC连续梁桥的徐变效应分析中。通过将基于组合徐变模型和《铁路桥涵钢筋混凝土和预应力混凝土结构设计规范》(TB10002.3—2005)分析得到的梁体挠度结果进行比较,探讨忽略实际环境温度变化对徐变影响可能导致的对铁路PC连续梁桥结构变形状态的认知偏差。研究结果表明:考虑变温影响后的徐变预测结果与自然环境条件下徐变试验结果更为贴近;不同变温历程下,PC连续梁桥梁体徐变挠度的变化趋势和挠度量值表现出明显差异;忽略桥址处自然环境温度变化对徐变影响,可能使设置的预拱度与实际产生较大偏差,有时甚至方向相反而加剧梁体上拱或下挠问题,严重影响桥上轨道的平顺性和桥梁结构的安全性。桥址处环境温度变化对施工、运营乃至后期维护期间的桥梁梁体徐变挠度的影响均较为明显,应予以考虑。     

济青客运专线铁路连续槽形梁拱桥设计研究

研究目的:高速铁路跨越城市立交道路及高速公路时,为不影响下方道路正常通行,减小线路路堤建设高度,降低工程成本,同时满足设计要求,可采用建筑高度较低的下承式连续槽形梁拱结构形式。本文以新建济南至青岛客运专线工程跨越改移青兰高速公路的(66. 5+142+66. 5) m连续槽形梁拱桥为背景,从结构尺寸、梁拱刚度等主要参数设计以及纵横向受力、剪力滞等方面展开研究,从而掌握该类结构的主要技术特点。研究结论:(1)桥面布置上比较灵活,通过人行道、电缆槽的最优布置,可以使桥面宽度最小,适当增加边主梁宽度、设置"马蹄"形构造、拱肋预埋段局部穿孔,可以有效解决拱脚构造带来的钢束布置空间不足问题;(2)拱轴线、拱肋截面形式、吊杆布置与常规箱形截面预应力混凝土连续梁拱相差不大,设计时可参考取值;梁拱刚度比主要影响拱肋及主梁的内力、残余徐变、短吊杆的吊杆力,将梁拱刚度比确定为36. 0,主梁、拱肋各指标在合理水平;(3)剪力滞分析表明,边支点、边跨跨中、中支点、中跨跨中典型截面剪力滞系数分别为1. 29、1. 19、1. 30、1. 14,均大于常规箱形截面的规范计算值,为保证结构安全,槽形梁拱在设计中应采用基于实体模型计算的剪力滞系数;(4)目前连续槽形梁拱桥在高速铁路工程中应用较少,缺乏一定的设计理论与经验,本研究成果可为类似桥梁的设计提供参考。     

城市轨道交通大跨度连续刚构桥徐变时效分析与控制研究

混凝土徐变对预应力混凝土连续刚构桥梁长期服役下的变形及受力有非常重要的影响.推导了基于龄期调整的有效模量法的徐变轴力和徐变弯矩计算公式.以广州地铁4号线连续刚构桥沙湾大桥为工程背景,采用CEB-FIP(MC90)的徐变模型,按龄期调整的时效分析有限元法,对成桥初期到3年后该桥的徐变效应引起的桥梁变形、内力进行了计算分析,得出了连续刚构桥收缩徐变的发展变化规律;利用近3年实桥现场观测结果验证了该理论分析结果.     

连续刚构与三肢桁式拱组合桥创新技术研究

研究目的:广珠铁路虎跳门特大桥主桥为连续刚构与三肢桁式拱组合结构。该桥为单线铁路桥,桥面宽度窄,主跨跨度大,大跨单线铁路桥梁结构的横向稳定性和后期徐变成为该结构的难题,本研究旨在从结构布置形式上找到合理的解决方案。研究结论:(1)创新采用外侧两管平行-内侧单管提篮内倾的三肢桁式拱,外侧平行两管用于张拉吊杆,内侧单管提篮内倾用于增强结构的横向稳定性,该结构分工明确,构件受力合理,可解决大跨单线铁路窄桥横向稳定性难题;(2)该组合结构通过主动调整吊杆张拉力,优化了恒载内力分配,减小了主梁截面上、下缘应力差值,可解决大跨度混凝土结构后期徐变控制的关键技术难题;(3)该桥式具有拱肋结构形式新颖、整体刚度大、经济美观等特点,可为类似铁路桥梁设计研究提供借鉴和思路。     

多跨连续梁合龙顺序的优化以及混凝土初始加载龄期的探讨

以衡阳耒河的预选合龙方案为依据,通过MIDAS有限元软件模拟该桥4种不同方案的施工过程,从最终合龙后在短期组合作用下跨中底板应力分布情况以及承载能力组合状态下每跨的最大累计位移2方面对合龙方案进行对比分析,并得到最合理的合龙顺序。研究结果表明:混凝土的收缩徐变变形与混凝土加载龄期有关,混凝土徐变随加载龄期的增长而单调的衰减,考虑不同的混凝土初始龄期通过MIDAS有限元软件模拟在成桥,成桥3a;成桥10a后桥梁跨中最大挠度,确定合理的初始加载龄期,节省施工时间的同时对后期挠度的影响不大。     

高速铁路无砟轨道大跨组合结构桥梁应用研究

研究目的:跨度超过200 m的无砟轨道桥梁,采用普通PC梁已不尽合理,而大跨钢结构桥梁对无砟轨道的适应性尚存在许多不明之处,且造价较高。因此,PC梁与钢结构相结合的组合结构桥梁,兼具二者优点,是一种切实可行的结构。组合结构一般有梁拱、梁索、梁桁组合,本文结合西延高铁王家河特大桥分别就三种组合结构在高铁无砟轨道中的适应性进行分析,从而为无砟轨道大跨度桥梁选型拓宽思路。研究结论:(1) 248 m梁拱、梁索、梁桁组合结构,均可满足高速铁路无砟轨道的要求;(2)对于主跨的混凝土徐变变形控制方面,梁拱组合结构效果最好;(3)部分斜拉桥增设背索对控制主梁变形效果显著;(4)本研究成果对PC组合结构在高速铁路大跨桥梁中的应用具有一定意义。