大跨度混合梁斜拉桥-轨道系统受力特性

研究目的:考虑结构刚度-质量不平顺、热膨胀系数、导热率等差异,为研究大跨度混合梁斜拉桥与轨道系统的非线性互制作用,基于梁轨相互作用原理,采用带刚臂的梁单元模拟梁体,用非线性杆单元模拟梁轨接触,并与UIC算例对比以验证其正确性。以(2×57. 5+172. 5+600+4×57. 5) m跨西江混合梁斜拉桥为例,建立考虑桥塔、拉索、主梁、轨道以及相邻桥跨的高速铁路大跨度混合梁斜拉桥梁轨相互作用模型,分析温度、活载、列车制动以及地震作用下斜拉桥上无缝线路纵向力的分布特征,并对关键设计参数的影响进行探讨。研究结论:(1)在斜拉桥两端设置钢轨伸缩调节器可大幅降低梁端处钢轨温度应力峰值,钢轨温度应力主要由温升幅度较高的钢箱梁段控制;(2)竖向活载和列车制动作用下桥塔均承受着较大的水平力;(3)地震作用下,斜拉桥跨中钢轨也承受着较大的应力,梁段质量分布情况对钢轨应力和位移具有较大的影响;(4)塔梁相接处设置的黏滞阻尼器可有效减少列车制动和地震过程中桥塔承受的纵向力;(5)本研究成果对大跨度混合梁斜拉桥关键结构设计优化具有参考价值。     

极端温度作用下桥上CRTSⅡ型无砟轨道受力特性

为研究极端温度作用下高速铁路简支梁桥与CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道相互作用,以5～32 m简支梁为例,建立考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、摩擦板、端刺,以及梁体、墩台等构件的桥上CRTSⅡ型无砟轨道系统精细化仿真模型,研究高温和严寒等极端温度条件下系统的受力与变形特征,探讨不同轨道伸缩刚度、滑动层摩擦因数和砂浆黏结力对系统受力与变形的影响.研究结果表明:在高温条件下,轨道板代替钢轨承受了更多伸缩力,轨道板轴向力最大值出现在主端刺处,易导致上拱破坏;正温度梯度作用下,轨道板上、下表面最大纵向应力差达10.1MPa,将引起翘曲变形导致端部砂浆层脱黏;在极寒条件下,轨道板最大纵向拉力出现在右端刺处,最大值达3.9 MPa,轨道板易发生断裂;底座板初始裂缝对轨道板及底座板的受力分布与变形产生不利影响;滑动层可有效减小梁轨之间的相互作用,适当增大砂浆黏结力有利于减小轨道板-底座板离缝和砂浆脱黏等病害的发生几率.     

简支梁－C RTSⅡ型板式无砟轨道制动力传递规律

为研究制动力作用下高速铁路简支梁桥与CRTS Ⅱ型板式无砟轨道的相互作用问题,以沪昆高铁上某12×32 m双线简支箱梁为工程背景,建立考虑钢轨－轨道板－底座板－梁体－墩台的一体化有限元模型,系统分析单线制动和双线同向制动工况下轨道和桥梁结构的受力及变形规律。研究结果表明：钢轨制动力及位移对加载位置极为敏感,检算时应考虑多种荷载位置的影响;单线制动作用下钢轨与轨道板相对位移、CA砂浆剪切位移、桥梁和底座板相对位移均处于弹性范围内;当车辆在桥上靠近桥台处制动时,摩擦板可有效地减少传递至路基段的纵向力;双线同向制动作用下各项效应与单线制动有载侧趋势相同,桥梁和底座板将发生相对滑动。     

半潜船在风浪中的横摇运动分析

半潜船在风浪中航行产生的横摇运动,对船舶的安全造成影响。确定半潜船的横摇角对其运输的重大件捆扎系固意义重大。本文在确定不同风速下半潜船横摇角的大小时运用了不同的理论方法。对低风速小倾角横摇,采用了线性理论来计算,对高风速大倾角横摇,采用非线性方法,通过绘制不同风速下波能谱计算图谱,来求得不同风速对应的横摇角。本文的计算结果,为现实半潜船运输提供数据支持,具有一定的指导意义。     

大轴重重载铁路简支梁桥梁轨相互作用研究

为探明大轴重重载铁路简支梁桥上无缝线路钢轨纵向应力和墩顶水平力的分布规律,以我国在建的30t轴重重载铁路双线32m简支T梁为例进行梁轨相互作用分析。采用ANSYS建立多跨重载简支梁桥-无缝线路一体化分析模型(桥梁与轨道的非线性连接采用非线性杆单元模拟),研究温度和活载作用下钢轨纵向应力与墩顶水平力的分布特点,分析简支梁跨数对纵向力分布的影响。在此基础上,探讨检算钢轨应力时,挠曲力与制动力组合方式的合理性。分析表明:重载铁路简支梁桥上无缝线路钢轨所受纵向应力普遍比客货共线铁路大9.8%~31%;简支梁跨数增加至8跨时,钢轨和墩顶的受力逐渐趋近于稳定;在检算墩顶水平力时,采用挠曲力、制动力耦合的方式进行计算较为安全。     

一种基于盲运算的1比特压缩感知重建算法

为了解决1比特压缩感知中符号匹配追踪算法(matching sign pursuit)在稀疏度未知的情况下不能自适应重构信号的问题,提出了向前/向后迭代符号匹配追踪算法(forward-backward matching sign pursuit, FBMSP).该算法以逐步逼近理论为核心,通过逐步扩大支撑集来扩大搜索范围,把相邻两次迭代的差值作为终止条件,在MSP算法模型下进行盲运算,以实现信号的重构.数值试验表明:在控制迭代系数=8,=1的情况下,FBMSP算法比传统的符号匹配追踪算法重构精度提高了3 dB,运算时间减少了40%.      

槽形梁斜拉桥塔梁固结区受力分析及构造细节

某槽形梁斜拉桥塔梁固结区采用预应力混凝土结构,槽形主梁在两侧与塔柱固结、主梁下设横梁与桥塔形成横向框架体系.为研究该槽形梁斜拉桥塔梁固结区的受力特性并验证结构安全性,采用有限元软件ANSYS建立塔梁固结区空间模型,验证模型正确性后分析固结区结构的应力分布情况,并探讨了槽形梁底板上缘与塔柱交接角、槽形梁过人洞与塔柱人洞交接角以及塔柱过人洞折角等构造细节对固结区应力的影响.结果表明:塔梁固结区整体应力满足使用要求,但存在局部应力集中现象.最大主压应力、最大主拉应力分别出现在槽形梁底板上缘与塔柱交接角处及槽形梁过人洞与下塔柱人洞交接角处.构造细节改进后,塔梁固结区应力集中程度明显降低.     

复杂地形条件下桥上CRTSⅡ型轨道系统地震响应

为了研究复杂地形对桥上CRTS Ⅱ型轨道系统地震响应的影响, 以沪昆高速铁路线16~32 m简支梁桥为例, 考虑钢轨、扣件、轨道板、砂浆层、底座板、滑动层、桥梁、固结机构、端刺与挡块等部件, 建立了多跨简支梁桥-双线CRTS Ⅱ型轨道系统非线性动力学仿真模型, 研究了桥上CRTS Ⅱ型轨道系统纵向力分布特征; 设置了4种典型地形工况, 分析了不同墩高条件下桥上CRTS Ⅱ型轨道系统地震响应规律。分析结果表明: 与非纵连轨道结构相比, 桥上CRTS Ⅱ型轨道结构最大钢轨应力相对较小, 约为138.8 MPa, 应力包络曲线呈反对称, 线形平滑; 轨道板和底座板共同承受纵向力, 其最大值均出现在桥台附近, 最大拉应力分别达到25.2、27.1 MPa, 将在地震中发生开裂; 在地震中, 端刺承受着巨大的纵向力, 可达14~20 MN; 底座板与桥面之间相对位移超过24 mm, 对系统有隔震耗能作用; 地形对钢轨、轨道板和底座板纵向力的影响约为30%左右, 对墩底剪力影响较大, 在地形发生突变处, 墩底剪力增幅达4倍; 靠近桥台处的滑动层横向变形较大, 可达2.7 mm, 随着墩高增大, 扣件与滑动层纵横竖变形增大; 在地震作用下, 滑动层普遍存在着较大的竖向变形, 桥台附近滑动层竖向变形可达43.5 mm; 在地震中, 挡块与底座板之间存在着频繁的碰撞现象, 桥台附近挡块碰撞力可达38 MPa, 挡块将发生损坏。      

基于离散元理论的粗粒土三轴试验细观模拟

基于三维离散元颗粒流理论,综合考虑颗粒间黏结力,确定颗粒接触本构关系,建立有黏结材料工程性质的数值仿真模型,实现对粗粒土工程力学特性的模拟。根据某粗粒土室内三轴试验结果和大量数值试验,对颗粒流数值模型进行标定,精确再现室内试验的加载曲线。基于标定后的颗粒流模型,针对不同的试样加载过程,分析不同应力路径下的力学响应。通过对颗粒流试样细观参数的进一步分析,研究试样的颗粒间的摩擦系数、细观连接强度以及孔隙率对宏观力学特性的影响。揭示模型细观参数对宏观力学响应的影响,研究结果表明：通过控制细观参数可实现对宏观力学响应的调整,并据此给出细观参数选取的若干建议,为今后的颗粒流模拟试验提供参考。     

圆曲线段无砟轨道横竖向温度梯度研究

研究目的:为得到设有超高的无砟轨道温度场分布的时变规律,建立无砟轨道横竖向温度梯度荷载模式,在某客运专线圆曲线段上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器对其温度场进行了长期连续观测。研究结论:(1)无砟轨道昼夜温度变化较大,表面最高日温差可达24.7℃,平均日温差达19.0℃;(2)随着距表面深度的增加,无砟轨道温度变化幅值逐渐减小,峰值出现时间不断滞后;(3)底座板底面最大日温差为6.1℃,平均为5.0℃;(4)纵连板式无砟轨道的竖向温度梯度可拟合为指数曲线,与铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布在形状上较为符合;(5)纵连板式无砟轨道横向温度梯度分为轨道板和底座板两类,轨道板横向温度梯度可采用二次函数拟合回归,底座板横向梯度可采用线性分段函数拟合;(6)研究成果可为我国中部地区高速铁路设计温度荷载模式提供指导作用。