预应力混凝土连续梁桥有限元数值模拟及设计探讨

通过有限元软件来模拟不同工况下预应力混凝土连续梁桥的疲劳特性。工况1为通过调查统计获得的桥梁运营中实际车辆荷载谱,工况2利用MATLAB生成服从正态分布的车辆荷载,利用ANSYS软件的后处理程序将服从正态分布荷载下的梁桥时间历程瞬态动力来判断梁桥的疲劳特性。研究结果表明:工况2下危险截面材料疲劳寿命低于工况1,危险部位损伤度符合正态分布;预应力混凝土连续梁桥跨中循环次数最多,该位置混凝土正截面承受最大的压应力,造成疲劳损伤最大,桥梁疲劳寿命周期主要取决于混凝土。基于正态分布下的随机车辆荷载谱在预应力混凝土连续梁桥的疲劳分析中更符合实际工况。     

基于WIM数据的桥梁实际汽车荷载效应的研究

利用先进的WIM系统调查佛开高速实际车辆荷载,研究车辆荷载的分析统计特征,建立实际车辆荷载模型,同时借助Rice公式,计算10~35 m中小跨径简支梁、三跨25~45 m连续梁关键截面在实际汽车荷载作用下的效应值,与现行规范车辆荷载效应进行比较,研究实际车辆荷载荷载效应与规范车辆荷载效应的差别,并尝试分析荷载效应的敏感因素(车流量和重车车重等)对其标准值的影响。     

车轮荷载作用下连续梁受力性能研究

为了研究3跨连续梁桥在不同边中跨比下,各控制截面的受力情况,本文设计了一个中跨为0.85m且边中跨比从0.5~1.0变化的有机玻璃连续梁桥和对应比例的标准6轴汽车模型,在兰州大学工程试验中心实施了模拟汽车在连续梁桥产生的作用的试验。本文重点研究了汽车荷载在连续梁桥模型的不同控制截面的受力情况,通过材料力学原理由微应变实测值反推弯矩实测值和用ANSYS程序计算的弯矩理论值进行拟合对比。     

基于实测数据的铁路钢桥列车荷载模型研究

为获得更为准确的铁路钢桥疲劳评估荷载,以某跨径75m的下承式单线简支铆接钢桁梁铁路桥为背景,基于实测数据,采用概率论的方法建立列车荷载模型。将列车模型分为列车类型、机车、车辆以及列车运行速度4个参数,通过统计分析,分别得到各参数的概率分布,采用Monte-Carlo法生成随机列车荷载。将模拟荷载计算的钢桥疲劳效应与实测值进行对比,结果表明:模拟的钢桥杆件日应力谱与实测日应力谱吻合良好,所建立的列车荷载模型能很好地描述列车荷载的通行情况,可用于铁路钢桥疲劳分析,具有较强的适用性。     

黏性场地列车荷载影响下衬砌半渗透边界盾构隧道诱发地表固结沉降解

列车荷载作用下衬砌长期渗漏会显著影响软土盾构隧道周围土体的固结沉降，对邻近环境和地铁的安全运营造成不良影响。针对盾构隧道周围土体固结沉降的既有理论研究一般多考虑衬砌不透水条件，较少考虑衬砌渗漏水及列车荷载耦合作用对于地层固结沉降的影响。引入隧道衬砌半渗透边界和列车三角形循环时效荷载，基于Terzaghi-Rendulic固结理论，采用Boltzmann三元件模型模拟土体流变效应，推导了列车荷载作用下黏弹性地层盾构隧道渗漏水诱发的土体超孔隙水压力消散和地表固结沉降的复变函数解析表达式，并与6个工程实测数据进行对比，验证了所给出解析解的正确性与适用性。此外，通过参数分析讨论了衬砌-土体渗透比和列车荷载参数对土体固结沉降的影响。结果表明：衬砌-土体渗透比是影响盾构扰动地层固结快慢的主要影响因素，衬砌-土体渗透比越大，固结完成时间越早；列车荷载作用下，早期固结沉降速率相较于不考虑列车荷载时会有较明显的增加，但在列车荷载当量增加后，固结沉降速率的增长有所放缓，且其增量与衬砌-土体渗透比密切相关，衬砌-土体渗透比越大，沉降增加量则越大；隧道衬砌可以视为扰动地层的排水边界，其加速了土体固结沉降，而列车荷载与衬砌半渗透性耦合，进一步改变了土体固结沉降形态。     

考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的矩阵分析

为了更精确地研究考虑剪切剪滞双重效应波形钢腹板组合箱梁的力学性能,首先运用有限元分析方法,在综合考虑剪力滞与剪切变形双重效应影响的基础上,通过能量变分原理导出了波形钢腹板组合箱梁的控制微分方程并给出了解析解;之后在该解析解的基础上进一步推导了单元刚度矩阵及结点荷载列阵,还根据相关方程编制了FORTRAN有限元程序;最后将室内模型试验梁对波形钢腹板简支梁和连续梁的实测结果与所提理论的计算结果、ANSYS实体单元模型的计算结果进行对比分析。结果表明:所提理论和模型试验、有限元模拟3种方法所得剪力滞系数和挠度值吻合良好,且理论计算值与模型试验实测值所得跨中剪力滞系数、挠度值更接近;简支梁在承受集中荷载作用比承受均布荷载作用同一截面处的剪力滞效应影响大,连续梁在承受集中载荷作用时,在支座附近处截面的剪力滞效应的影响比跨中要大,并在靠近弯矩零点的一部分区域内表现出负剪力滞现象;波形钢腹板简支梁、连续梁的剪力滞系数随跨宽比的增大而呈曲线减小。研究成果可将波形钢腹板考虑双重效应的复杂计算问题,方便地纳入普通杆系结构矩阵位移结构体系中,可直接得到用于结构设计的剪力、弯矩,从而避免建立复杂的ANSYS有限元模型。     

美国公路桥梁设计规范中关于设计汽车荷载的研究

美国公路桥梁设计规范(AASHTO LRFD)中设计汽车荷载种类多样且复杂,介绍该规范中关于HL-93设计汽车荷载的相关规定,以及荷载影响线的动态规划法分析原理,进而研究变轴距、变车距等形式的HL-93设计汽车荷载在MIDAS Civil通用有限元软件中的快速实现方法。对国外某实桥进行HL-93设计汽车荷载效应分析,并与中国规范做对比分析。结果表明:对该多跨等截面连续梁,随着轴距的增加,主梁支点负弯矩、跨中正弯矩逐渐减小;而随着车距的增加,跨中正弯矩基本不变,支点负弯矩呈现先增大而后逐渐减小的规律。中国公路Ⅰ级与美国HL-93设计汽车荷载效应相比,主梁剪力与跨中正弯矩前者比后者大,支点负弯矩前者比后者小15%左右。     

高速铁路钢桥疲劳评估标准车型研究

该文以高速铁路钢桥为研究背景,针对新型动车组车型,对高速铁路钢桥疲劳评估标准车型进行了研究。通过荷载模拟法,考虑列车荷载产生的结构动力效应、列车轴重,以及双线铁路的影响,并统计列车的轴距、车厢数,以及每日列车通过的趟数,根据等效损伤原理得到高铁铁路斜拉桥的典型疲劳车型。同时,给出了铁路双线系数的简化计算表达式。     

变截面多跨箱梁桥剪滞效应分析

应用作者建立的有限段模型，对变截面多跨箱梁桥进行剪滞效应分析，探讨了变截面箱梁桥剪滞效应随梁的梁高比ｈ／Ｈ和宽跨比ｂ／Ｌ以及荷载形式等因素变化的影响，并编制了实用图表，可供工程设计参考。本文的计算结果与模型试验结果以及其它方法分析值作了比较，吻合良好，为变截面连续梁桥或刚构桥的剪滞计算提供了重要资料。     

大跨箱梁桥剪力滞剪切变形双重效应分析

以对直线箱梁考虑剪力滞后、剪切变形的分析为基础,给出考虑双重效应的直线箱梁在均布荷载作用下的初参数解,推导了在局部坐标系下的单元刚度矩阵及等效节点荷载矩阵。利用ANSYS大型有限元软件对大跨度连续梁桥各关键截面进行多工况分析,总结各个工况作用下应力分布情况以及剪力滞系数的分布规律,从而对大跨度连续箱梁桥的整体及典型截面处的应力进行计算、分析。     

铁路钢板梁桥疲劳及剩余寿命分析

在列车荷载作用下,铁路钢板梁桥的腹板间隙处因面外变形容易产生疲劳裂纹,影响桥梁使用安全与剩余疲劳寿命。对某铁路钢板梁桥采用ANSYS进行全桥仿真模拟,通过计算模型计算出关键部位在列车荷载下的应力历程,并与实测结果进行对比分析;并利用S~N曲线、线性累积损伤理论对各个测点的疲劳寿命进行评估。计算和分析结果表明,腹板间隙处在较低应力幅状态下仍会出现疲劳裂纹。因此,建议缩短桥梁的检测年限,并且认为设置止裂孔的维修方法不能有效地阻止面外变形疲劳裂纹的继续扩展;大部分测点的疲劳寿命趋于无限寿命,有个别测点的剩余疲劳寿命只有50年。     

古典桁架模式在钢筋混凝土及预应力混凝土梁疲劳抗剪分析中的应用

介绍了古典桁架模式在钢筋混凝士及预应力混凝土梁抗剪钢筋应力幅计算中的应用及公式推导，并给出了标准钢筋混凝土及预应力混凝士梁1／4截面抗剪钢筋应力系数。     

铁路桥梁超高性能混凝土桥面铺装力学性能分析

针对铁路桥梁超高性能混凝土桥面铺装层的受力特点,结合某连续钢桁梁特大桥工程,采用有限元软件建立力学分析模型.通过对桥面铺装层最不利荷载位置进行分析,研究桥面铺装结构的纵、横向应力及疲劳应力,发现超高性能混凝土铺装层能够有效改善正交异性钢桥面板的应力状态,确定了超高性能混凝土铺装层设计的力学控制指标.     

高速铁路斜交刚构连续梁桥车桥耦合振动分析

分别采用板单元、四片式、两片式和单片式梁单元模型来计算高速铁路斜交刚构连续梁桥的空间自振频率，通过比较和分析，推荐采用四片式梁单元进行车桥耦合振动分析。计算结果表明斜交刚构连续梁桥具有足够的刚度和良好的整体性，可以满足高速列车行车时的安全性和舒适性要求。     

高速公路上坡路段6轴铰接列车运行速度预测模型

为确保车辆在上坡路段的行驶安全，针对高速公路6轴铰接列车在上坡路段运行速度预测误差大、安全运营管理难的问题，提出了面向上坡路段6轴铰接列车的运行速度预测模型。采用雷达测速仪和AxleLight路侧激光仪采集西南某山区高速公路5处连续上坡路段的6轴铰接列车的交通流数据，并对实际运行速度与现有规范预测模型进行对比分析。以纵坡坡度、纵坡长度、车辆比功率、初始运行速度4个参数为变量，构建上坡路段运行速度预测模型。提出了预测模型误差修正方法，并分析了模型的有效性。结果表明:现有规范运行速度模型对6轴铰接列车运行速度的预测平均误差率达到了25.37%，模型误差较为显著；上坡路段6轴铰接列车的运行速度与坡度、坡长呈负相关，与车辆比功率呈正相关；构建的多元线性回归模型拟合优度R2为0.978，且满足相关检验指标；模型预测速度与实际速度差在2~4 km/h之间、相对误差平均值为8.86%，其结果较规范模型降低了16.51%；考虑交通密度因素修正后，模型预测速度与实际速度差在1 km/h以内、相对误差平均值为1.08%，其结果较未经修正的预测模型降低了7.78%，较规范模型降低了24.29%。由此可见，该速度预测模型对长上坡路段6轴铰接列车运行速度预测的准确性提升明显。      

新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥总体设计

新建安九铁路鳊鱼洲长江大桥采用两线350 km/h高铁及两线200 km/h客货共线标准建设。南汊航道桥采用主跨672 m双塔钢箱混合梁交叉索斜拉桥,北汊航道桥采用主跨2×140 m独塔竖琴式预应力混凝土梁斜拉桥,鳊鱼洲及北汊非通航孔区采用48 m简支梁桥,跨北岸大堤采用主跨100 m变高连续梁桥,南、北岸引桥除连续梁外均采用32 m、24 m铁路标准梁,基础均采用桩基础。其中南、北汊航道桥采用整幅修建,其余采用分幅修建。桥址区基岩为灰岩,岩溶发育,设计采用了预注浆及抛填片石粘土法或灌注低标号片石混凝土措施进行处理。     

京沪高速铁路高架车站道岔区桥梁设计

在京沪高速铁路高架车站道岔区桥梁设计中,考虑了道岔与桥梁的相互作用,道岔梁采用连续梁,较好地控制了道岔距梁缝的距离,在渡线两联连续梁之间插入两孔及简支梁,适当地提高了道岔梁及桥墩的刚度。通过以上措施,道岔区桥梁、轨道,道岔的强度、稳定、位移均能满足规范要求;车速350km/h的高速列车通过道岔区时,"车-岔-桥"动力性能满足规范要求。     

Optimum design of tilting bogie frame in consideration of fatigue strength and weight

This paper addresses the use of finite-element (FE) analysis to calculate the fatigue strength of a bogie frame, for the development of tilting trains in Korea. A multi-body dynamic analysis was performed to extract the load condition by tilting on curves. Using the results of the multi-body dynamic analysis and the load scenario setout in the UIC standard, FE analysis was performed to obtain the stress distribution and to calculate the fatigue strength. An attempt was made to minimize the weight of the bogie frame using a back-propagation artificial neural network (ANN). The results of this study reveal that the stresses at some nodes are near the fatigue limit in the Goodman diagram and by using back-propagation ANN, the weight of the bogie frame could be reduced by 4.7%.     

Optimum design of tilting bogie frame in consideration of fatigue strength and weight

This paper addresses the use of finite-element (FE) analysis to calculate the fatigue strength of a bogie frame, for the development of tilting trains in Korea. A multi-body dynamic analysis was performed to extract the load condition by tilting on curves. Using the results of the multi-body dynamic analysis and the load scenario setout in the UIC standard, FE analysis was performed to obtain the stress distribution and to calculate the fatigue strength. An attempt was made to minimize the weight of the bogie frame using a back-propagation artificial neural network (ANN). The results of this study reveal that the stresses at some nodes are near the fatigue limit in the Goodman diagram and by using back-propagation ANN, the weight of the bogie frame could be reduced by 4.7%.     

合成纤维混凝土路面切割小梁弯曲疲劳试验

将室外自然条件下养护的合成纤维混凝土路面板切割成小梁试件进行弯曲疲劳试验。结果表明:在同应力比下纤维混凝土的疲劳寿命是普通混凝土的25~79倍,明显大于室内养护小梁试验的结果。说明掺入纤维可减少路面混凝土中的原生缺陷,对改善路面混凝土抗疲劳性能有很大帮助。