横桥向地震作用下高速铁路CRTS Ⅱ板式无砟轨道-桥梁系统残余变形与钢轨变形的映射模型

我国多数已建高速铁路线路穿越地震频发区，大量高速铁路桥梁-轨道系统面临地震考验。文章结合地震作用下轨道-桥梁系统典型损伤失效特征，综合考虑系统层间传力机制，采用能量方法建立系统层间构件残余变形引起的钢轨映射变形求解通用模型。通过建立考虑层间滞回特性的轨道-桥梁精细化有限元模型，开展轨道-桥梁系统在典型近场地震作用下的非线性动力响应分析，提取层间构件峰值和残余位移以及钢轨残余变形，结果表明：系统损伤主要集中在滑动层及支座。基于文中建立的钢轨映射变形求解通用模型，分别评估滑动层及桥梁主梁残余位移引起的轨面映射变形分量，求得各构件震致残余变形协同影响引起的轨面映射变形几何叠加解，并与有限元结果中的震后钢轨残余变形进行对比，钢轨映射变形叠加解与钢轨残余位移有限元结果吻合良好，有效验证文中建立的钢轨映射变形求解模型。该文建立的钢轨映射变形模型为评估轨道-桥梁系统不同部位震致损伤对震后钢轨几何不平顺影响提供了一种新思路。     

高速铁路扣件对钢轨横向变形影响分析

通过建立结构模型,以250 km/h高速铁路为例,分别分析了钢轨横向位移随轨下垫层刚度、扣压力和扣件横向刚度变化的规律,结果表明轨下垫层刚度对横向变形影响较大,并随刚度增大而减小。     

基础变形诱发无砟轨道-桥梁系统关键构件变形累积与刚度突变的轨面解析表征

为探究高速铁路基础变形诱发无砟轨道-桥梁系统关键构件变形累积与刚度突变的轨面解析表征模式,针对高速铁路桥上双块式、单元板式、纵连板式无砟轨道结构特点,基于Castigliano第二定理和线性叠加原理,分别推导考虑关键构件刚度突变、限位构件参与度影响的三种无砟轨道结构轨面变形与基础变形间解析表征模型,通过试验、仿真和实测结果对其进行验证,并基于该模型分析桥梁变形、关键构件刚度突变及限位构件参与度等对无砟轨道-桥梁系统层间变形传递与联结接触的影响规律。研究表明：提出的模型与试验结果、仿真结果、轨检车实测数据吻合良好,验证该模型的正确性;三种无砟轨道在自重下均随桥梁发生“跟随性”变形,单元板对桥梁变形适应能力较强,纵连板抵御桥梁变形能力较强,但易形成大范围板底脱空,给行车带来安全隐患;桥墩沉降下,关键构件刚度突变只对突变区域内轨面变形有影响,扣件断条致纵连板轨面变形最大,单元板次之,双块式最小,砂浆离缝致纵连板在“下陷”区域轨面变形比单元板平缓,砂浆脱空致单元板“下陷”幅度小于纵连板;侧向挡块和剪切钢筋的参与对轨面变形贡献较小,而剪力齿槽的参与对轨面变形影响较大。     

轨底坡对钢轨横向变形及扭转变形的影响

通过建立轮轨有限元实体模型,分析了钢轨横向变形及扭转变形随轨底坡变化的规律,研究结果表明钢轨横向变形及扭转变形均随轨底坡的增大而减小。     

行波激励下大跨度桥梁考虑SSI效应的地震响应分析

为了研究行波效应和SSI效应对大跨度钢筋混凝土刚构—连续梁组合桥非线性地震响应的影响规律,选取ElCentro地震波、唐山地震北京波,分析了某六跨钢筋混凝土刚构—连续梁组合桥在一致激励和行波激励下的非线性地震响应,研究了行波效应和SSI效应对该刚构—连续梁组合桥地震响应的影响规律。结果表明,行波效应增大了箱梁的受力,箱梁应力峰值随视波速增大单调递减;行波效应使墩梁固结桥墩的受力和变形呈非单调变化规律,地震响应峰值随视波速增大而先减小后增加;SSI效应增大了桥梁结构地震响应,其峰值随剪切波速增大单调递减;同时考虑行波效应和SSI效应,地震响应峰值随视波速变化曲线的拐点位置和切线斜率均发生改变,其地震响应幅值不是两种效应影响下的简单叠加;行波效应和SSI效应对桥梁地震响应的影响程度随地震波和墩梁约束条件的不同而有所差异。     

移动荷载作用下加筋路堤和轨道系统的三维动力响应

用解析法研究了加筋路堤上轨道系统在移动荷载作用下的三维动力响应问题。基于Biot多孔弹性介质的波动理论,建立了加筋路堤轨道系统分析模型。将钢轨简化为无限长弹性Euler梁,将枕木简化为连续质量块,将加筋路堤作为一横观各向同性层来考虑,将下卧土体考虑为由Biot?ǘ匠堂枋龅谋ズ桶肟占洹Ａ⒐斓老低场⒓咏盥返毯拖挛酝撂宓亩Ψ匠蹋贔ourier变换域内求解荷载作用下钢轨位移和土体位移的表达式,将求得的表达式进行Fourier逆变换得到其在时域里的表达式。研究了列车移动速度、加筋路堤层的厚度、荷载幅值大小和加筋率等对路堤及轨道系统动力响应的影响。计算结果表明,钢轨竖向变形随着速度的增大呈现先增大后减小的趋势;加筋路堤上的钢轨竖向变形显著小于同厚度下未加筋路堤上的钢轨竖向变形;钢轨竖向变形随着荷载幅值的增大而增大;随着加筋率的增大而减小。     

斜交连续小箱梁桥横向分布系数的研究

为了探究斜交连续梁桥在荷载作用下的受力特性,主要研究了8种不同斜交角度的斜交连续梁桥横向分布系数的变化规律,通过桥梁静载试验与有限元模型的对比,验证了模型所提数据能够正确反映出实际桥梁的受力特性。     

基于挠度理论的连续梁与悬索组合桥梁结构静力计算

连续梁与悬索组合桥梁结构是一种新型组合结构体系,其结构受力本质尚不明确,为研究其静力特性,提出了一种基于挠度理论的解析计算方法。首先,假设恒载状态下主缆5段线形,确定恒载作用下主缆的线形公式和主缆内力;其次,将活载作用下结构简化为外伸梁和悬吊钢箱梁部分,考虑之间约束力和弯矩的传递,分别建立其挠度方程,以主缆变形为相容方程,迭代求解结构的内力和变形;最后,以一连续梁与悬索组合桥梁结构的方案设计为例,分别采用所提挠度理论方法、弹性理论方法进行静力计算,并和有限元结果进行对比分析。结果表明：弹性理论计算结果相比有限元结果误差较大,所提挠度理论方法得到的结构主要构件内力和变形值与有限元的计算结果差异很小。所建立的连续梁与悬索组合桥梁结构静力解析计算方法模型简单、计算精度较高,可为此类组合桥梁结构初步计算和设计提供参考。     

曲率半径对弯桥受力及变形的影响规律研究

为了解曲率半径对弯桥结构的影响规律,依托厦门自行车桥工程,借助有限元软件SAP2000,构建自行车桥分幅式钢箱梁壳体有限元模型。以自重荷载工况作为所施加的均布荷载,分别选取7种不同曲率半径的2 m×20 m连续梁进行对比分析,研究不同的曲率半径下弯桥的跨中挠度、支座反力和扭矩的分布规律。计算结果表明,壳体有限元模型比实体有限元模型更优;跨中挠度和抗扭刚度随曲率半径的增大而减小,抗弯刚度和扭转变形随曲率半径的增加而增加,外侧和内侧支反力差随曲率半径的增加而增加;支座几何布置情况、限位措施等均影响弯桥变形及内力。文章研究结果可为后续此类桥梁设计提供参考。     

不同结构形式相邻桥联地震响应分析

在高墩大跨连续刚构桥中,引桥部分常采用普通的连续梁桥,相对于高墩大跨连续刚构桥,普通连续梁桥的自振频率较高,导致相邻桥联的动力性能差异较大,连接处在地震作用下可能出现严重破坏。针对上述问题,建立高墩大跨连续刚构桥的有限元模型,考虑与其相连的连续梁引桥,对主桥和引桥及过渡桥墩进行弹塑性动力分析,重点考察相邻桥联连接处的地震表现。分析表明,由于相邻桥梁的动力特性差异巨大,相邻桥联在地震作用下的变形幅值、相位差异巨大,地震作用下高墩大跨连续刚构桥的变形幅值远远超过连续梁桥,相邻桥联的主梁有可能出现撞击,过渡墩上支座也可能出现严重破坏。     

无砟轨道大跨度连续梁工后徐变变形研究

以宁杭客运专线某大跨度预应力混凝土连续梁桥为工程背景,采用Midas软件建立有限元模型,通过仿真分析,研究了混凝土收缩徐变引起的工后徐变变形,结果表明根据不同规范计算所得连续梁桥工后徐变变形差异较大,延迟轨道铺设时间可较好地控制连续梁工后徐变变形值。     

车轮荷载作用下双工字钢组合梁桥横桥向 焊钉拉拔效应

针对双工字钢组合梁在车轮荷载作用下引起的钢混界面横桥向掀起效应导致焊钉出现拉拔应力的问题展开讨论,为分析此效应对双工字钢组合梁焊钉受力的影响从而为焊钉布置提供参考,对2×35 m双工字钢组合连续梁的焊钉拉拔应力分布规律及影响因素进行了研究。分析了6种采用不同单元类型、焊钉模拟方式、接触关系的ABAQUS有限元模型组合梁钢混界面横桥向掀起效应计算结果,通过对比已有文献中的试验结果,确定了合理的有限元模拟方法。基于此方法,分析了车轮荷载作用位置、加劲肋与横梁设置形式对焊钉拉拔应力沿纵横桥向分布的影响; 研究了横梁位置、桥面板厚度与主梁间距比、焊钉横桥向间距对焊钉拉拔应力的影响并讨论了焊钉拉拔应力对各参数的敏感性。结果表明:加劲肋限制了钢梁上翼缘随桥面板变形,导致焊钉产生明显拉拔应力; 焊钉应力沿纵桥向衰减速度很快; 设置横梁能减小双工字钢组合梁的侧向变形,导致焊钉拉拔应力大幅提高,最多能提高317.97%; 焊钉拉拔应力随着桥面板厚度与主梁间距比增大而逐渐减小,随着横梁中心线距钢梁上翼缘距离的增大呈现出先增大、后不变、最后略微减小的趋势,随焊钉横向间距增大出现先增大后减小的现象; 各参数中,桥面板厚度与主梁间距比对焊钉拉拔应力数值的影响最为显著; 根据焊钉拉拔应力分布规律及影响因素,建议应适当加密双工字钢组合梁加劲肋与横梁附近的焊钉。     

连续梁桥施工中的挠度监测和控制

结合温福铁路莲花岗大桥连续梁桥的现场施工实例,对连续梁桥施工的挠度监测方法进行了系统的阐述,并具体分析了莲花岗大桥各个施工阶段的变形,为施工过程的挠度控制提供了科学依据。     

Die neue Eisenbahnbrücke über den Donaukanal und den Winterhafen in Wien

The new railway bridge across the Donaukanal and the Winterhafen in Vienna. The load tests for the new Winterhafenbrücke performed on September 1, 2008 were the last steps in reconstruction of the railway connection between Donaulände und Donauuferbahn, which was destroyed in April 1945. With a length of 168 m this new single‐line railway bridge, which is designed as a two‐field continuous girder bridge, is the central link and the heart of the project. The bridge spans were realised by triangular trussed girder across the Donaukanal on the one hand and a trough bridge across the Winterhafen on the other. Design, manufacture and assembly of the steel bridge was carried out in different stages and constituted a great technical challenge. The completion of the entire project in September 2009 will be an essential contribution towards shifting commercial transport from the road to the environmentally friendly rail.     

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.     

Patch loading and improved measures of incremental launching of steel box girder

Yandangshan Bridge is a tied-arch bridge of double-line railway with a (90 + 90) m continuous steel box girder and passes over a very busy highway in China. The incremental launching of the steel box girder of this bridge is a challenge for bridge builders, mainly because of the patch loading caused by large self-weight, large camber, unsymmetrical and flexible temporary transverse beams. Due to on-site working conditions, many commonly used measures cannot be taken for the launching of this bridge. The launching process is simulated using finite element method. The results have shown that significant local stress concentration would occur in the web plate and bottom plate of the girder if no improved measures are applied. The influencing factors of the stress concentration are studied. Four measures to reduce the local stress of the girder are presented and put into practice: to add two slide shoes on every pier; weld six short launching noses at the diaphragm of leading end of the box girder; pre-lift the 6 slide shoes on one temporary pier at different positions to eliminate part of the deflection of the temporary transverse beams, and use special adjustable slide shoes in one span. The whole launching process has been monitored and the measured stress and deformation coincide with the results of finite element analysis. Good effects have been obtained by applying the four improved measures. The incremental launching of the steel box girder of Yandangshan Bridge has been successful.     

基于BIM的高铁连续梁桥施工过程可视化管理技术研究

为研究信息化技术在高铁连续梁桥施工管理中的应用,以跨新沂河连续梁桥为工程背景,基于BIM技术开展了高铁连续梁桥施工过程可视化管理技术研究。基于BIM技术参数化设计特点,完善了桥梁结构及施工临时设施的参数化族库,建立了施工场地和桥梁结构模型; 开展了钢筋的碰撞检查和施工过程的碰撞分析,优化桥梁的设计方案; 基于BIM模型,模拟了施工现场布置方案,形成了3D施工文档用于可视化交底,并将BIM与施工监测结合,实现桥梁施工监测布置方案的可视化; 针对传统施工进度管理模式存在的问题,开展了高铁连续梁桥的4D(3D+时间)施工进度模拟与施工进度管理研究。结果表明:采用参数化建模策略提高了高铁连续梁桥的建模效率; 基于BIM的施工全过程可视化模拟不仅有利于施工方案的完善,同时降低了施工人员的理解难度; 4D进度管理可实现材料、设备、场地布置和施工进度的动态及可视化管理,有效提高了现场管理的精细化程度,研究成果为高铁桥梁施工过程可视化管理提供了可靠的技术支撑。     

大跨度高墩T构桥温度效应研究

结合宜万铁路某预应力混凝土高墩T构桥，选取了合适的主梁和桥墩温度场模式，建立了全桥的空间有限元模型，对主梁产生的温度变形和温度应力进行了分析研究。     

基于能量变分法的连续槽型梁桥剪力滞效应分析

基于能量变分法,推导出等截面连续槽型梁的剪力滞系数计算公式.以宁启铁路八百河大桥为例,对基于能量变分法和通过有限元模型计算得到的剪力滞系数进行对比分析,同时计算出槽型梁主梁顶板与道床板的有效分布宽度.推导得到的剪力滞效应计算公式,以及总结的相关规律,可为同类型桥梁的设计研究提供借鉴.