铁路高墩大跨连续刚构桥设计中的一些问题

本文以南昆线清水河大桥的大跨连续刚构的梁部设计作了概要介绍，并对控制高墩设计的横向刚度问题进行了探讨。     

连续刚构桥高墩设计关键技术及选型研究

随着我国山区铁路建设事业的发展,高墩大跨桥梁的应用更加广泛。为了研究高墩设计中的关键技术,以准朔铁路大沙沟桥刚构主墩为工程背景,对墩身纵、横向刚度,墩顶弹性水平位移以及高墩的稳定性进行详细论述,介绍不同墩身截面形式的构造特点和适用范围,对刚构墩不同的横向墩身结构类型进行对比分析,并对大沙沟桥横向墩型进行优化设计。总结了高墩设计中的一些关键技术,为类似高墩桥的设计及墩型选择提供参考。     

双肢薄壁墩刚构桥上无缝线路有限元分析研究

建立两种以轨道、桥梁、支座、墩台、基础为整体结构的纵向附加力计算有限元模型,计算某特大型双肢薄壁墩刚构桥纵向附加力。计算伸缩力时采用平面有限元模型,同时对线路纵向阻力与梁温差进行参数影响分析;计算断轨工况时,建立半空间有限元模型以反映实际工况,对断缝大小进行准确计算;运用移动加载瞬态分析法,采用平面有限元计算模型,计算绘制钢轨挠曲力包络图,同时求得挠曲力计算的最不利加载位置。     

列车制动对刚构桥上无缝线路梁轨相对位移的影响研究

基于有限元方法建立桥上无缝线路单层弹簧阻力模型,研究了刚构桥及相邻简支梁桥桥墩纵向水平刚度匹配关系对梁轨相对位移的影响。采用铁路上常用的3种跨度刚构桥进行对比计算分析,结果表明,在刚构桥全桥制动时,刚构桥桥墩纵向水平刚度在一个范围内,梁轨相对位移随着刚构桥相邻两侧简支梁桥桥墩纵向水平刚度的增加先降低后增加;小于该范围时,梁轨相对位移随着简支梁桥桥墩刚度的减小而减小;而大于该范围时,梁轨相对位移变化规律与小于该范围的规律相反;并且该刚度范围随着刚构桥总长度的增加而增大。对于60 m+100 m+60 m的刚构桥,上述范围为1 100¹ 400 kN//(cm·双线);当刚构桥桥墩刚度取定为1 100 kN/(cm·双线),简支梁刚度从800 kN/(cm·双线)降低到400 kN/(cm·双线)时,附加伸缩力降低,梁轨相对位移先降低后增加,采用归一化方法处理数据,得出最优刚度取值为455 kN/(cm·双线)。     

城际铁路4×40 m连续刚构桥与无缝线路相互作用研究

为探究多联连续刚构桥与无缝线路相互作用规律,研究梁轨相互作用,建立城际铁路4×40 m连续刚构桥与无缝线路有限元计算模型,分析不同体系刚度、桥墩沉降对钢轨纵向力、扣件垂向力、桥墩附加力的影响。研究结果表明：刚构桥体系刚度增加有利于无缝线路受力,随着体系纵向刚度的增加,无缝线路伸缩力与制动力均降低,制动力所受的影响更大,伸缩力所受影响不明显。温度工况下路桥过渡处桥墩受附加力最不利,其余联桥墩附加力基本相同;断轨工况下断轨所在两联桥墩受力最不利,桥墩附加力向远端逐渐衰减。钢轨与扣件受力随着桥墩沉降量的增加而线性增大,次边墩沉降引起的扣件拉力值更大,在运营过程中应重点关注。研究成果可为多联4×40 m连续刚构桥铺设无缝线路提供理论指导。     

大跨度连续钢桁梁铺设无缝线路

京山线上两座桥梁－永定新河桥和蓟运河桥－铺设６０ｋｇ／ｍ轨无缝线路，取得良好的运营效果。本文介绍了桥上无缝线路的设计和铺设经验。     

高速铁路桥上无缝线路附加力的研究

通过建立线路与桥梁共同作用力学模型，计算分析桥上无缝线路附加力，给出高速铁路桥上钢轨容许附加应力值。提出桥梁下部结构刚度应有合理下限，或应采取其它措施以使钢轨附加应力满足要求，并指出墩台顶承受的纵向力大于现行的规范取值。     

高墩大跨桥梁桥墩升温对桥上无缝线路的影响研究

高墩大跨桥梁桥墩整体在太阳辐射下升温,会使桥墩顶部产生竖向位移。对桥墩升温产生竖向位移对无缝线路的影响这一问题,使用有限元软件建立线-桥-墩一体化模型,分析高墩升温条件下桥上无缝线路的受力及变形。计算结果表明:桥墩的升温对桥墩受力影响较小,桥墩温度变化引起的线路竖向不平顺主要是长波不平顺。建议高墩大跨桥梁不考虑桥墩整体温度变化对线路受力的影响,但要对桥墩变形引起的竖向不平顺进行检算,以满足规范对桥上无缝线路验收的需要。     

高速铁路矮墩大跨连续刚构拱桥设计研究

商合杭高速铁路跨越亳州涡河、阜阳颍河等多处特殊工点,需要选择一种跨度较大,而墩高较矮的桥式,根据铁路桥梁既有的设计成果,对连续刚构、V形墩连续刚构及连续刚构拱桥3种方案分别进行研究,从适用、经济、受力性能、轨道长波不平顺等方面,对3种方案的轨道长短波不平顺性进行对比分析,最终确定(88+168+88)m连续刚构拱桥方案为最佳方案。通过对连续刚构拱桥梁高、刚壁墩间距、刚壁墩壁厚、拱肋截面等结构尺寸的计算调整,使结构的受力得到了很大的改善,并且使长短波不平顺值满足规范要求,成功地实现了矮墩大跨连续刚构拱桥在高速铁路桥梁设计中的运用。     

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。     

高烈度山区场地非线性效应对连续刚构桥地震响应的影响分析

为了研究高烈度山区地震场地非线性效应及其对连续刚构桥地震响应的影响,选取具有代表性的20条地震波,基于土层分析软件Deepsoil和通用有限元软件ANSYS,计算分析等效线性和非线性两种模型的场地效应和桥梁结构地震响应。结果表明:(1)考虑非线性模型时地表PGA放大系数比等效线性模型时更大,且土层越柔软,非线性模型下的地表PGA放大系数越大。小震、大震作用下的放大系数依次为1.5~3.5、1.3~1.7,呈减小趋势。(2)随着地震动强度增大,两种模型得出的土层峰值加速度随土层深度变化趋势逐渐出现差异,且非线性整体大于等效线性。在大震作用下,非线性约为等效线性的1.36倍;在软弱土层处更明显,约为1.54倍。(3)小震作用下,两种模型计算得出的地表加速度反应谱接近,呈现一致的变化规律。大震作用下,非线性模型得出的反应谱起伏变宽,峰值变大。(4)非线性得出的桥墩底剪力和弯矩均方根值约为等效线性的1.37倍,因此采用非线性模型考虑场地效应对结构响应影响较大。     

大跨连续刚构桥梁体及轨道温度分布试验及其影响研究

为了明确大跨连续刚构桥上梁体及轨道温度分布及其对桥上无缝线路力学行为的影响,以1座铁路常用双线特大连续刚构桥为例,针对箱梁及轨道结构的温度分布开展测试研究,分析结果表明:根据实测数据,钢轨温度最高值要高于气温,轨温最低值相对气温也较低。当气温较低时,最低轨温与最低气温虽不完全一致,但两者相差很小,最高轨温与最高气温亦是如此,但当气温较高时,最高轨温要明显高于最高气温;桥梁纵向温度分布差别不大,温差主要表现在竖向和横向上,箱梁温度沿梁高方向自上而下逐渐升高,沿箱梁横向上同样存在差别,但相差均较小;梁体垂向温度梯度对钢轨纵向受力影响较小,但其对线路高低不平顺会有一定影响,且主要是在长波范围内,当温度梯度较大时会出现长波不平顺超限。     

非对称悬臂施工大跨度连续刚构桥设计研究

为降低边墩较高情况下的连续刚构桥边跨现浇段的施工难度,设计非对称悬臂施工方案以降低边跨现浇段的长度。分析非对称悬臂施工方案的孔跨布置及梁段划分,介绍该桥的预应力设计,建立考虑施工阶段的有限元模型,分析不对称悬臂施工阶段的梁体应力,并针对不对称悬臂施工梁段的预应力钢束进行不同锚固位置的对比分析,根据分析结果,选择合理的锚固位置。针对不对称悬臂施工对梁体累计位移的影响进行参数分析,根据分析结果,对施工过程中的线形控制重点提出建议。     

连续刚构桥与连续梁桥线形监控影响因素对比分析

为对比研究连续刚构桥和连续梁桥施工监控中的主要影响因素,对相同梁部结构的连续刚构体系和连续梁体系进行有限元建模,分析设计参数、预应力张拉阶段及合龙工序对梁体累计位移的影响,将梁体累计位移和合龙口两端的累计位移差作为线形监控难度的控制标准,对各种影响因素进行综合分析和评价。研究发现,相对于连续梁桥,预应力效应和合龙工序对连续刚构桥的影响较小。根据分析结果,指出预应力张拉时的结构体系对连续梁体系桥梁的累计位移影响较大,进一步分析了影响原因并提出较合理的合龙工序。     

采用小阻力扣件的单线连续梁桥墩纵向刚度限值研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝线路线桥墩一体化模型,研究主桥铺设小阻力扣件下单线连续梁桥墩纵向水平刚度的限值。研究结果表明:在主桥铺设小阻力扣件下,钢轨伸缩附加应力最大值与连续梁温度跨度及桥墩刚度近似呈线性关系;轨道结构稳定性和钢轨断缝对桥墩刚度限值均不起控制作用,桥墩刚度限值仅由钢轨强度控制;连续梁温度跨度较大时,桥墩刚度限值与温度跨度近似呈线性关系,对于温度跨度为240 m的连续梁,轨温变化幅度为50℃、40℃和30℃时,连续梁固定支座处桥墩刚度限值分别为1 282、522、226 k N/(cm·线)。     

郑徐客运专线(76+160+76)m连续梁无缝线路设计

针对郑徐客运专线开兰特大桥(76+160+76)m连续梁的无缝线路设计,采用有限元法,对扣件类型和是否设置伸缩调节器进行方案比选。检算结果表明,本桥采用WJ-8B型常阻力扣件钢轨应力不满足强度要求,采用小阻力扣件非常接近钢轨的容许应力值。研究结论:该桥需要在梁端设置钢轨伸缩调节器。     

重载铁路四线高墩大跨连续刚构设计研究

兴保铁路安家山河大桥为重载铁路四线桥,为跨越安家山河而设,主桥采用(80+130+80) m连续刚构,桥高达94 m。该桥面临多线、高墩、大跨等复杂问题,需对结构尺寸优化、主墩墩型比选、墩梁结合部位、中跨合龙顶力、施工阶段安全稳定性等方面开展研究。通过分析得出结论,中支点梁高采用9.2 m,跨中梁高采用4.8 m,梁部的刚度及强度均满足规范要求,整体指标较好;主墩采用空心墩与双薄壁墩组合,在保证足够刚度的前提下,有效降低刚度差;墩梁结合部位采用固结方式,节省大吨位支座及后期维修养护。经局部分析,梁体应力状态较合理;中跨合龙顶推力采用4 000 kN,改善了后期桥墩的受力及线形;主墩在梁体最大悬臂施工状态下安全性较好。     

城际轨道交通无砟轨道大跨度连续刚构桥后期徐变控制措施研究

针对广珠城际轨道交通工程容桂水道主桥(115+2×185+115)m大跨度预应力混凝土连续刚构,分析其在无砟轨道条件下的关键技术:研究C60高性能混凝土的配比、坍落度、抗侵蚀性、耐腐蚀性;按此配比,用从工地运来的材料(包括水泥、砂、石、粉煤灰、矿粉)制造试验梁,研究预应力混凝土梁的后期徐变特性及控制方法;在此基础上,提出在设计和施工两方面采取的针对性控制措施。