辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明:设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

长跨柔性悬索桥风致抖振响应分析

以某主跨500 m的大跨度悬索桥为工程背景,对长跨柔性悬索桥在脉动风荷载作用下的抖振响应进行了分析和计算,得到了一些有借鉴性的结论。模态分析表明,大跨度悬索桥的自振频率较低,为典型的风敏感柔性结构。当同时考虑抖振力和自激力时,根据极值理论可以得到悬索桥主梁的抖振位移响应极值,结果表明,竖向、水平和扭转方向的最大抖振位移响应极值均发生在主跨跨中处,且数值较大,在结构设计中不容忽略。     

基于地区温度实测数据的大跨度钢箱梁悬索桥的温致效应研究

基于地区的温度实测数据,采用4种常用的概率分布模型对桥址区不同季节日温度极值分布进行拟合,通过5项拟合指标评价各概率分布模型的拟合优劣,并选取最优概率分布模型。基于最优概率分布模型,进一步推算出桥址区重现期分别为20、50、100a的温度极大值和极小值。采用ANSYS有限元软件建立某大跨度钢箱梁悬索桥有限元模型,并研究考虑极端温度下不同构件升降温对桥梁自振频率和位移的影响。进一步研究中央扣、竖向支座和伸缩缝等约束体系对桥梁温致效应的影响。结果表明:全桥自振频率除加劲梁一阶对称横弯频率外,其余的频率与全桥的温度呈负相关;悬索桥的桥塔和加劲梁分别升、降温25℃时,桥梁各阶自振频率变化量都在5%以内;悬索桥主缆降温12℃时,导致加劲梁反对称竖向振动频率的显著增加,约为12%。此外,加劲梁纵向竖向位移响应及桥塔竖向和纵桥向位移响应与桥梁温度变化的呈线性相关性,且加劲梁的纵向位移受加劲梁的温度变化影响最大,建水测和元阳侧纵向位移变化率分别为4.7、3.3mm/℃。加劲梁梁端竖向位移和转角主要受到主缆温度变化的影响。竖向支座和伸缩缝纵向限位装置对桥梁的温致位移响应影响可忽略不计,但中央扣会使桥梁跨中处短吊杆的内力发生突变。     

列车作用下大跨径悬索桥纵向运动响应分析方法对比研究

随着我国铁路事业的发展,近年来设计和建造了一些大跨径铁路悬索桥。悬索桥属于典型的柔性结构,加之列车荷载大、运行速度快,列车过桥时加劲梁纵向运动问题突出。准确地计算出列车过桥时梁端纵向运动响应是进行悬索桥结构设计和梁端位移控制的前提。该文通过有限元仿真,采用4种不同的分析方法,对运行列车作用下大跨径铁路悬索桥纵向运动响应特征进行对比研究。首先,分别介绍移动静载法、移动荷载法、移动质量法、车-桥动力相互作用法的计算理论及其有限元实现方法;随后,以某主跨1060m铁路悬索桥为例,分别采用4种方法进行纵向运动响应计算;最后,对4种分析方法的计算结果进行对比分析。结果表明：大跨径铁路悬索桥纵向运动分析应考虑动力效应;通过移动荷载法、移动质量法及车-桥动力相互作用法分析得到的纵向运动响应接近;采用移动荷载法进行大跨径铁路悬索桥纵向运动响应分析可以简化计算且满足计算精度要求。     

双车交会过程的风-车-桥耦合振动研究

侧向风作用下,双车交会过程中车辆和桥梁的风荷载会发生突变。以大跨度悬索桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试不同状态车辆和桥梁各自的气动力系数。针对强风作用下双车交会过程,通过风-车-桥耦合振动分析,对比分析双车交会情况下车辆和桥梁的响应,讨论双车间距、风速、车速等因素的影响。研究表明双车交会时背风侧车辆风荷载突变使车辆的横向响应显著增大。     

火灾下大跨度悬索桥承重构件静力分析

以某通车运营的大型悬索桥为工程背景,建立桥梁热分析模型与有限元力学模型。通过热分析,模拟不同车辆火灾下大型悬索桥主要承重构件的温度变化过程。通过对小汽车、客车和货车火灾时对主缆的影响,分析桥梁主要承重构件的应力、挠度的变化情况,找出桥梁主要承重构件高温下力学性能退化规律。为大跨度悬索桥设计和安全运营提供技术依据。     

行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响分析

为了研究行波效应对大跨度悬索桥地震响应的影响,本文以南沙大桥(原名:虎门二桥)坭洲水道桥为工程背景,建立ANSYS三维空间有限元模型,采用非线性时程分析法研究地震一致激励作用和多点激励行波效应对大跨度悬索桥结构关键位置内力及位移的影响。为使结果更具有普遍适用性,选取了500m/s至8000m/s范围内的9组视波速。研究结果表明:对于大跨度悬索桥,多点激励行波效应对各桥塔塔底内力、塔顶位移、梁端位移及塔梁相对位移影响不同。在视波速超过一定水平时,主塔塔底轴力、剪力及梁端位移均趋近于一致激励情况;而对于塔顶位移及塔梁相对位移,多点激励行波效应下的结构响应与一致激励情况有较大差异。因此,大跨度悬索桥的抗震设计应重点考虑行波效应的影响。     

竖向地震对柔性直流换流站大跨度阀厅结构影响分析

柔性直流换流站阀厅常常采用大跨度钢结构,由于阀厅结构的复杂性和重要性,应对其竖向地震响应进行分析。依托厦门柔性直流换流站工程,采用弹性时程分析法对大跨度阀厅结构的竖向地震响应进行计算分析。结果表明,不同于水平地震,竖向地震对阀厅屋盖弦杆及钢柱的轴力影响较大,其对重型屋盖阀厅结构的影响比轻型屋盖阀厅结构更为显著。此外,通过对不同跨度的重型屋盖阀厅钢结构在不同场地类别下的竖向地震响应的试算,推荐该类结构在7度0.15g时竖向地震影响系数可偏安全的取0.08。     

大跨度稳定型悬索桥力学性能分析

近年来悬索桥已成为大跨桥梁的首选桥型,而稳定型悬索桥作为普通悬索桥的优化结构,势必将在大跨径领域有广泛发展,因此研究大跨度稳定型悬索桥的力学特性具有十分重要的意义。首先建立稳定型悬索桥和与之相应的普通悬索桥,并对两者进行了多项力学性能分析对比,研究了静力特性、动力特性、地震响应振动特性。藉此确定大跨度稳定型悬索桥的力学特性,相比较结果可得大跨度稳定型悬索桥各方面力学性能要明显优于大跨度普通悬索桥。     

大跨度铁路悬索桥车-线-桥耦合振动分析

运用车辆-线路-桥梁耦合振动理论,建立相对完善的车辆-线路-桥梁耦合动力学模型。以某座主跨为1120m的悬索桥方案为工程背景,对该方案在ICE3列车以速度160～300km/h作用下桥梁、轨道和车辆的动力性能进行分析,并对主缆和吊索在不同索力下桥梁和车辆的动力响应进行对比研究。     

大跨钢桁梁悬索桥风-车-桥分析系统建立与可视化实现

从钢桁梁断面风荷载和车辆荷载加载角度对现有风-车-桥耦合振动系统进行精细化改进。首先基于钢桁梁自身结构特性,以桁杆为单位,对静风力和抖振力,采用合力等效原则,使得任意时刻每个截面内所有节点所受静风力和抖振力的合力与作用在该截面形心的等效静风力和抖振力相等,求取每个节点的静风力和抖振力;对于自激力,依据刚体运动学理论,推导了钢桁梁截面节点与相应截面形心两者运动状态之间的关系式,采用响应不变原则,获取每个节点的自激力。其次在已建立适用于单主梁模型的分析系统的基础上,融入提出的钢桁梁风荷载精细化分析方法,构建大跨钢桁悬索桥风-车-桥分析系统,并基于OpenGL技术集成开发风荷载作用下随机车流过桥的动态可视化功能。最后依托一座典型大跨钢桁悬索桥,采用建立的分析系统,对不同风速和车流密度作用下的桥梁响应进行分析。结果表明：桥梁跨中竖向位移响应主要受车辆荷载控制,横向位移同时受风荷载和车流密度控制,但风荷载起主要作用;随着风速和车流密度的逐渐增大,跨中内力与位移响应极值明显增大。     

体外预应力加固刚构桥及锚固分析

随着交通量的增加和荷载等级的不断提高,旧桥加固问题愈加突出。为研究大跨度刚构桥体外预应力加固后的结构性能以及锚固块空间应力分布情况,采用有限元程序ANSYS分别对主跨160 m连续刚构桥加固后的承载能力和边跨锚固块的空间应力进行了分析。分析结果表明,体外预应力加固能有效地提高结构的承载能力、改善结构性能,应用于大跨度连续刚构桥梁加固是有效可行的;同时指出,锚固区箱梁中的主要拉应力存在于箱梁边缘及转向孔边缘。分析结果可为同类桥梁的加固提供参考。     

中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动#br# 理论分析与试验验证

为探讨中低速磁浮列车-桥梁系统竖向动力相互作用特性,文章将中低速磁浮列车进行两种方式的简化,考虑PID主动悬浮控制系统,基于模态叠加法,建立2种类型的中低速磁浮列车-桥梁系统竖向耦合振动分析模型。随后基于长沙中低速磁浮运营线桥梁动载试验,对建立的2种仿真模型进行对比与验证。基于仿真模型2,以不同梁高的桥A、桥B、桥C为研究对象,对中低速磁浮列车-桥梁系统耦合振动特性进行分析。研究表明：将磁浮列车简化为均布荷载的方式能较为准确的模拟实际状况;桥梁刚度的减小会导致作用于车辆和桥梁上的电磁悬浮力增大,使得车体和桥梁的动力响应变大;磁浮列车低速运行时悬浮力频谱分布较离散,而正常速度运行时较集中;中低速磁浮列车-桥梁系统竖向存在着由电磁悬浮力自身频率引起的共振现象,该共振频率较低。     

Dynamic analysis of three-dimensional bridge–high-speed train interactions using a wheel–rail contact model

A formulation of three-dimensional dynamic interactions between a bridge and a high-speed train using wheel–rail interfaces has been developed. In the interface, contact loss is allowed, the vertical contact is represented by finite tensionless stiffness and the lateral contact is idealized by finite contact stiffness and creepage damping. Such stiffness and damping are nonlinearly dependent on normal contact force. The relative rotations of a wheelset to the rails about its vertical and longitudinal axes are included. Bridge eccentricities and deck displacement due to torsion are accounted for in bridge deck modeling. A numerical algorithm using separate integrations for bridges and trains, and iterations for interface compatibilities is established. A case study of a ten-car train passing over a two-span continuous bridge at various speeds and rail irregularity wavelength ranges is analyzed. The responses of the bridge, car-bodies and wheelsets are investigated for their behavior, acceptability and relations with the wavelengths. Analytical and numerical evaluations of resonant speeds are in good agreement, and the exit span vibration is more amplified than the entrance one at those speeds. The computed relative displacements of all wheelsets to the rail facilitate an explicit assessment for derailment risk.     

Dynamic behavior comparison of steel-composite and concrete high speed railway bridges

The dynamic behavior of two steel bridges crossed by the Korean High Speed Train (KTX) has been investigated experimentally and the results are compared with the specification requirement and other typical prestressed concrete box girder bridge’s responses. The investigated bridges are two 2-girder steel bridges, one of 1@40 m span length, and the other of 2@50 m span length, and a PSC Box girder bridge of 2@40 m span length. A set of experimental tests were performed during the operation of KTX, and a number of accelerometers, LVDTs and ring-type displacement transducers were utilized for measurement of three kinds of dynamic responses (acceleration, deflection, and end-rotation angle). Measured responses show that the vertical deflections and end-rotation angles of the three bridges all satisfy the spec. requirement with a large margin, but acceleration responses were also found to be very close to, or exceeded, the limit value. It was found that most of the excessive acceleration responses occurred when the passing speed of the train is close to the critical velocity which causes resonance. No noticeable differences of dynamic responses due to the different materials (steel or concrete) could be found within these experimental results.     

张力腿基础刚度对大跨浮式悬索桥风-浪动力响应的影响

采用张力腿基础的大跨度浮式桥梁是一种新型跨海桥梁体系,由于张力腿结构横向刚度弱,风-浪作用下结构响应受基础设计的影响大。该文构建了浮式桥梁风-浪荷载计算及结构运动响应有限元分析方法,以某采用张力腿基础的浮式悬索桥为对象,分析了张力腿基础淹没深度、张力腿拉索倾角等设计参数对张力腿基础横、竖向刚度以及风-浪作用下浮桥动力响应的影响。结果表明,风荷载对浮桥主梁的动力响应起主导性作用;通过增加张力腿基础的淹没深度增大结构的竖向刚度,能直接有效地减少大跨浮桥的动力响应;调整张力腿拉索倾角为75°～80°时可以有效降低结构的横、竖向运动响应,过小的倾角虽然可以提供较大的横向刚度,但会增大主梁的运动响应。因此,张力腿基础刚度是大跨浮式桥梁结构动力响应的控制性因素,应对基础设计参数开展重点研究。     

上海长江大桥风-轨道车辆-桥耦合振动及抗风行车准则研究

为确定上海长江大桥轨道交通车辆的抗风行车准则,将风、车、桥三者视为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,通过风洞试验测定主梁及车辆的气动参数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS进行风-车-桥耦合动力分析计算。计算结果表明:桥梁和车辆的响应随风速的增大而增大,风荷载对行车的安全性和舒适性有很大影响。当风速小于20m/s时,车辆可按设计车速90km/h运行;当风速在20～30m/s之间时,车速不应大于60km/h;当风速超过30m/s时,应封闭轨道交通。     

我国桥梁钢结构的应用现状与展望

随着公路、铁路的大规模发展,我国已成为桥梁大国.列举了世界前5名已建成的大跨度斜拉桥、拱桥、梁式桥和悬索桥.我国是钢铁大国,但钢桥建设发展缓慢,应该顺应我国钢铁产业的发展,适时发展钢、钢-混凝土结构桥梁.波形钢腹板PC箱梁桥与传统PC箱梁桥和混凝土钢板箱梁桥相比,具有更好的力学性能,因此它是钢-混凝土组合梁桥应用的首选.     

Study on the safe value of multi-pier settlement for simply supported girder bridges in high-speed railways

This paper presents a method to analyse the influence of multi-pier settlement on the train–track–bridge coupled dynamic system, and to determine the safe value of the continuous multi-pier settlement for simply supported girder bridges in Chinese high-speed railways. Firstly, the mapping relationship between the multi-pier settlement and the rail deformation is derived theoretically. Then, taking the superposition of the rail deformation and the track random irregularity as excitation, the variations of vehicle dynamic indices are analysed based on the train–track–bridge dynamic interaction theory. Further, the relationships between the pier settlement and the change amounts of vehicle dynamic indices are obtained. The multi-pier settlement safe value is determined according to the limits of vehicle dynamic indices. Results show that the rail deformation caused by multi-pier settlement agrees well with the settlement data. When passing through the 32.6 m-long simply supported girder bridge with multi-pier settlement, the train suffers a low-frequency excitation. Only considering the influence of pier settlement, the settlement value difference between two adjacent piers should be less than 26.3 mm at China’s highest operation speed of 350 km/h from the perspective of dynamics, which is much larger than the pier settlement limit in the current code for Chinese high-speed railways.