墩台沉降对桥上纵连板式无砟轨道线路动力影响

基于耦合动力学理论,考虑纵连板式无砟轨道-桥梁系统各部件间非线性接触,建立高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁三维非线性有限元耦合动力学模型。运用建立的模型,研究高速列车在桥上纵连板式无砟轨道线路墩台不均匀沉降区段行驶时,墩台沉降对高速列车-纵连板式无砟轨道-桥梁耦合系统动力特性的影响。研究结果如下:①墩台不均匀沉降对高速列车、纵连板式无砟轨道各部件振动特性有很大影响,但对桥梁振动影响相对较小;②墩台不均匀沉降对最大垂向轮轨力、扣件最大压力影响较小,而对钢轨最大正弯矩、扣件最大拉力、轨道板和底座板纵向最大拉应力、CA砂浆最大压应力影响较大;③墩台不均匀沉降对耦合系统振动特性及无砟轨道动应力特性的影响不是简单的单调线性增加,而与墩台不均匀沉降引起的无砟轨道各部件间、无砟轨道与桥梁间局部脱空有关。     

基于高速铁路路基冻胀的轮轨动力响应研究

季节性冻土区高速铁路无砟轨道路基冻胀,影响了列车运行的安全性、舒适性以及无砟轨道主体结构的服役性能。为研究路基冻胀和高速行车荷载组合效应下的轮轨动力响应,建立了车辆-轨道-路基冻胀耦合动力学模型,对路基不同冻胀幅值、冻胀位置和行车速度下CRTSⅠ型板式无砟轨道轮轨动力响应及轨道结构受力进行分析。结果表明:冻胀发生区段轮轨动力响应增大,列车以350 km/h运行时的安全性和舒适性满足冻胀管理标准要求,但轮轨力随冻胀幅值和速度的增加而增大;轨道板和底座板振动加剧,在计算冻胀波长和幅值范围内,离缝处轨道板振动加速度峰值超过动态验收标准要求,容易引起离缝处CA砂浆层及路基基床表层伤损破坏,且轨道板、底座板振动加速度随行车速度增加而增大;轨道结构动应力和列车荷载传递关系密切,路基冻胀状态下列车荷载引起轨道板和底座板处于交替和交变的拉压受力状态,需要在设计中提出控制裂纹的措施,行车速度对短波冻胀时轨道结构受力影响较小。     

地面沉降对路基上双块式无砟轨道平顺性的影响

高速铁路无砟轨道对于基础沉降变形特别敏感,地面沉降会显著影响路基上无砟轨道的受力变形及使用寿命,影响高速列车安全平稳运行。该文针对路基上双块式无砟轨道,基于有限元方法建立了梁-板-实体空间耦合模型,对地面不均匀沉降的幅值、范围及型式与双块式无砟轨道系统平顺性的关系开展了研究。结果表明：无砟轨道及路基各层沉降量随着地面沉降量增加基本成线性增加,支承层和路基表层间沉降差较大易出现离缝问题;地面沉降量20mm、沉降范围小于15m时,路基及轨道结构离缝现象明显,沉降范围大于15m时结构变形趋于平缓、轨面曲率半径增大;地面错台和折角型不均匀沉降均易导致无砟轨道及路基在折角点出现沉降差、结构离缝甚至开裂,折角值大小直接影响轨面平顺性。     

无砟轨道端刺结构纵向位移的解析算法及应用

考虑高速铁路纵连板式无砟轨道底座板、摩擦板、端刺结构及路基土体的相互作用关系,深入分析了端刺顶部水平力的传递机理,借鉴水平荷载及弯矩共同作用下单桩承载力及变形的计算公式,推导出适用于计算端刺结构纵向受力与变形的解析算法。该方法中,底座板与摩擦板间“两布”滑动层的摩擦力假定为均匀分布,摩擦板和端刺间传递纵向力和弯矩且满足变形协调条件,路基土体对端刺侧面均匀支撑。解析算法的计算结果和基于有限元软件ANSYS 所建立的空间耦合模型具有较好的一致性,说明该文提出的解析算法正确可靠,可实现纵连板式无砟轨道端刺结构纵向位移的快速准确计算。端刺结构计算结果表明:随着大端刺深度、宽度及小端刺数量的不断增加,端刺纵向位移会不断减小,有利于减小底座板的纵向位移及土体的压缩变形。     

高速铁路框架型板式轨道动力学分析

建立了高速列车-框架型板式轨道的动力学模型.基于弹性薄板振动理论和加权余量法,推导了框架型轨道板关于振型坐标的常微分方程.对比分析了运行速度为300 km/h的CRH2-300动车组作用下框架型和平板型板式轨道动力响应,结果表明:两种轨道结构的钢轨垂向位移、钢轨支点反力差别不大,框架型板式轨道的轨道板垂向位移、CA砂浆动应力均大于平板型.分析了CA砂浆弹性模量、板下胶垫刚度对框架型板式轨道动力响应的影响,计算了框架型轨道板的动应力分布,结果表明:随CA砂浆弹性模量的增大,框架型轨道板垂向位移减小,CA砂浆动应力增大,对钢轨垂向位移和钢轨支点反力影响不大;增设板下胶垫可以有效降低CA砂浆动应力;框架型轨道板最大拉应力小于混凝土抗拉强度标准值,可保证强度.     

CRTS Ⅱ型轨道板/CA砂浆界面内聚力模型研究

轨道板与CA砂浆层间离缝是CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的主要病害之一。为描述轨道板-CA砂浆层间界面本构行为、揭示层间离缝机理,该文提出了一种改进指数型界面内聚力模型,并基于理论分析和试验数据确定了改进模型的参数取值。该模型为含有指数系数的分段函数,可以表征层间界面拉力-位移关系的非线性特征。研究结果表明:改进指数型内聚力模型可以高效计算轨道板-CA砂浆界面内聚强度、损伤萌生时界面相对位移和界面临界断裂能,结果与试验值基本一致;改进指数型模型可以较为准确地模拟轨道板-CA砂浆界面的法向和切向开裂行为。     

CRTS Ⅱ 型板式无砟轨道板下离缝动力影响分析及运营评估

轨道板与CA砂浆层间离缝是CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的主要病害之一。为描述轨道板-CA砂浆层间界面本构行为、揭示层间离缝机理,该文提出了一种改进指数型界面内聚力模型,并基于理论分析和试验数据确定了改进模型的参数取值。该模型为含有指数系数的分段函数,可以表征层间界面拉力-位移关系的非线性特征。研究结果表明：改进指数型内聚力模型可以高效计算轨道板-CA砂浆界面内聚强度、损伤萌生时界面相对位移和界面临界断裂能,结果与试验值基本一致;改进指数型模型可以较为准确地模拟轨道板-CA砂浆界面的法向和切向开裂行为。     

CRTSII型无砟轨道温度翘曲变形及其对车线动力响应的影响

以孝感北站附近综合工区内的轨道板为研究对象,对露天环境下的轨道板进行两天的温度测量。采用节点温度荷载的加载方式对轨道板温度场进行模拟,分析轨道板整体温度升降和温度梯度共同作用下轨道板的温度变形。轨道板的翘曲引起钢轨的垂向变形,将其作为附加轨道不平顺分析车线系统的动力性能,并以此为基础计算高速列车通过轨道板翘曲区段时的行车安全性问题。研究表明,CRTSII型板式无砟轨道结构轨道板温度翘曲变形分析主要考虑两个因素:温度梯度值大小;轨道板面温度与初温。温度梯度值越大,翘曲变形的最大竖向位移越大;相同温度梯度时,轨道板面温度越接近初温,翘曲变形的最大竖向位移越小。在温度荷载影响路段,各项动力指标较正常路段都有所增大,钢轨和轨道板的垂向振动加速度的增大尤为显著,行车安全性指标劣化。     

有砟与板式无砟轨道结构对高速铁路地基振动的影响分析

将既有的车辆-有砟轨道-路基-层状地基耦合系统垂向振动解析模型进行修改,使模型适应于板式无砟轨道的状况。针对我国客运专线线路情况,利用模型比较分析了有砟与板式无砟两种轨道结构下高速列车运行引起的地基振动,得到地基表面垂向振动加速度的振级、时程曲线和Z振级,动应力的功率谱与时程曲线;并讨论了轨道随机不平顺对地基振动的影响。分析结果表明:板式无砟轨道具有更好的隔振能力,板式无砟轨道情况下的地基振动加速度和动应力都明显小于有砟轨道的情况,其中Z振级减小约10~20 d B,且减小振动的主要频率分布在10~40 Hz的中频范围内;移动轴荷载对地基的低频振动贡献较大,而轨道随机不平顺主要对中高频振动产生作用,且板式无砟轨道情况下轨道随机不平顺对地基振动的影响远大于有砟轨道的情况,因此板式无砟轨道需更严格控制轨道的平顺状态。     

桥梁收缩徐变诱发高速列车-CRTS Ⅱ型板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究

混凝土桥梁的收缩徐变效应在高速铁路桥梁工程中不可避免,会导致桥梁竖向变形,并最终导致CRTSⅡ型纵连板式轨道和桥面之间出现脱空。针对这一实际工程问题,深入研究收缩徐变引起的高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用问题。对桥梁收缩徐变下纵连板式轨道-桥梁系统非线性接触机制进行讨论;提出桥梁收缩徐变条件下高速列车-纵连板式轨道-桥梁系统非线性动力相互作用研究方法;在此基础上研究桥梁收缩徐变对桥轨非线性接触行为、轨道层间相互作用、轨道混凝土结构附加动应力以及列车动态特性的影响。研究表明:提出的研究方法可以有效地研究收缩徐变条件下列车-纵连板式轨道-桥梁结构的动力相互作用问题。在收缩徐变条件下,梁端处出现了底座和桥面间的脱空现象。列车动荷载引起桥轨接触力明显增大,同时也导致脱空区域发生明显变化。整体来看脱空区域长度对速度并不敏感。梁端位置处的轨道层间力有明显变化,砂浆力变化比扣件力剧烈。轨道板和底座上表面主要以承受拉应力为主,仅在脱空区域附近才出现局部受压;而下表面则呈现相反的应力分布。收缩徐变效应主要影响列车的振动,而对轨下结构的振动影响较小。     

分离式叠合板组合梁抗火性能研究与数值分析

为了研究分离式叠合板组合梁的火灾行为,对四块足尺分离式叠合板组合梁进行了均布荷载作用下的火灾试验。考虑了栓钉间距、后浇层厚度、预制板在钢梁上翼缘搭接长度的影响因素,研究了组合梁在受火过程中沿板厚混凝土温度场分布规律、混凝土板中钢筋温度、沿钢梁高度温度场分布规律、抗弯刚度以及叠合板与钢梁的整体工作性。并利用ABAQUS对叠合板组合梁在热力耦合作用下的温度场和变形行为进行了数值模拟分析。结果表明：升温过程中,后浇层与预制底板结合界面未发生明显破坏,仍能共同承受荷载;但由于结合界面和预制板拼缝的存在,组合梁的整体抗弯刚度明显降低;热力耦合作用下,预制板在钢梁上翼缘搭接长度对组合梁的变形能力影响显著;对比试验研究结果与数值分析结果,二者吻合良好,验证了数值分析模型的有效性与可行性。     

预制式轨道板的纵向布置对轨道交通中车辆振动特性的影响

在对具有轨道板结构的无碴轨道分析基础上，建立了预制式轨道板结构的力学模型，即刚体模型。通过对分布式轨道板结构不同的纵向布置对车辆系统的振动响应影响分析，得到了高架桥无碴轨道中预制式轨道板的合理布置方式。     

装配式干式连接剪力墙结构中楼板性能试验研究

装配式剪力墙结构中存在大量竖向拼缝,竖向拼缝采用干式连接可减少现场湿作业,提升建筑装配率。竖向拼缝采用干式连接后,由于拼缝宽度较小,拼缝两侧的剪力墙相对变形较大,而楼板在竖向拼缝处通常保持连续,因此在地震作用下,竖向拼缝处楼板局部将受到较强的剪切作用而发生严重破坏。针对上述问题,提出一种带局部加强构造的楼板做法,通过试验研究楼板在干式连接拼缝处的破坏现象和机理,并与现浇剪力墙进行了对比。试验结果表明：对于带竖向拼缝的剪力墙,楼板表现出明显的剪切破坏特征,在无干式连接节点时,楼板局部破坏严重,大震后难以修复;采用干式连接后,墙体的承载力和延性均有提升。由于干式连接节点的贡献,墙肢间相对变形减小,楼板损伤程度较轻,大震后更容易修复。     

四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火性能试验研究

钢筋桁架混凝土叠合楼板由预制混凝土底板、钢筋桁架及现浇混凝土后浇层组成。预制板块间设置混凝土现浇带,受力钢筋在现浇带处搭接连接,形成整体楼板。通过4块四边简支钢筋桁架混凝土叠合板抗火试验,研究了叠合板在火和荷载耦合作用下的火灾行为,试验中考虑了不同后浇叠合层厚度和不同预制板拼装方式。结果表明:钢筋桁架混凝土叠合板在高温-荷载耦合作用下,预制底板与叠合层未产生明显脱离现象,火灾时叠合板仍具有较好的整体工作性能;板上表面沿现浇带与预制板结合面及钢筋桁架将产生纵向裂缝,最终结合面形成贯通裂缝,楼板被烧穿达到耐火极限,试验板的耐火极限均达到3 h;火灾时现浇板带板底混凝土爆裂严重,现浇带处采用搭接方式连接的钢筋外露,失去作用,双向板受力机理发生变化,形成由预制板和现浇带组成的沿预制板跨方向的单向板带,承载力大幅降低,火灾时板的剩余承载力宜按单向板计算;后浇层厚度小,预制板宽大、拼缝少,耐火极限短;钢筋桁架对保证火灾时叠合层与预制层共同工作起到关键作用。     

屈曲约束支撑钢筋混凝土框架结构干式柔性梁柱节点的试验研究

建议了一种由受弯框架与采用梁柱柔性节点的屈曲约束支撑框架并联组成的装配式混凝土双重抗侧力体系,设计并完成了4个装配式梁柱节点试件和1个现浇节点试件的往复加载试验。研究了混凝土楼板、螺栓孔形式等因素对该柔性节点受力性能和破坏模态的影响,并与现浇试件进行了对比。试验结果表明：混凝土楼板对柔性节点刚度及承载力有很大的影响,在设计时不可忽略;螺栓孔形式在结构位移较小时对节点的受力性能没有影响,但当结构位移较大时会影响节点的破坏模式;与现浇节点相比,装配式柔性节点具有很大的变形能力。     

既有预应力空心板桥加宽设计的荷载横向分布计算方法

既有预应力空心板桥加宽时,一般将新旧空心板连接起来共同工作,荷载横向分布系数是该类型桥加宽设计的关键问题之一.该文根据铰接板法的基本假定,应用力法原理推导出了铰接板法的一般力法方程,可用于空心板截面、间距和材料属性等均不同的任意铰接空心板桥的荷载横向分布影响线计算.编制程序求解了荷载横向分布影响线、横向分布最不利位置和横向分布系数,对一座普通空心板桥和一座加宽空心板桥进行了计算分析.通过对比原规范与现行规范中相应汽车荷载,提出了旧桥加宽后各板最大横向分布系数允许值,以该值为标准校核各板横向分布系数计算值可以确定需要加固的空心板.通过对比各板横向分布系数值的变化,确定了需要增强横向联系的空心板.     

楼板系统对去柱后钢框架梁的轴向约束刚度研究

钢梁两端约束刚度对其悬链线效应影响很大,因此钢梁悬链线效应中约束刚度的研究是一个重要的内容。该文研究“双跨钢梁”两端的钢梁、楼板以及栓钉连接件对钢梁的轴向约束作用。首先,提出提供约束的钢梁、楼板以及栓钉连接件的非线性位移和变形函数。其次,利用最小势能原理,推导楼板系统对去柱钢框架梁轴向约束刚度的计算公式。考虑提供约束的楼板总是局限在一定范围内,提出并使用楼板“临界长度”对理论公式进行了修正。最后,采用20 个有限元算例对理论公式进行算例验证,证明了该文研究结论的可靠性。     

不等跨布置RC空间梁-板结构竖向倒塌能力数值研究

为研究不等跨布置下RC空间梁-板结构抗连续倒塌能力,利用有限元软件ABAQUS建立在关键柱失效下空间框架结构精细化模型,通过Pushdown分析方法对试验子结构进行数值模拟。分析关键柱失效位置、梁板参数、楼板的损伤性能以及梁端截面内力对倒塌能力的影响。分析结果显示:内柱失效工况下楼板能提供承载力的40%~50%,边柱失效工况下楼板能提供20%~30%的承载力,角柱失效工况下楼板能提供15%~25%的承载力;梁跨度越大,柱失效后结构承载力越低,等跨设计的结构较不等跨设计受力存在“滞后性”,且横向约束对无板结构承载力基本上没有影响;梁板参数对提高结构承载力以及延性有重要影响;小变形下楼板损伤性能可以反映楼板的屈服模式,从而可推测楼板裂缝分布;最后提出了不等跨布置下考虑楼板影响的承载力计算公式。     

全装配式RC楼盖板缝节点拉剪复合受力性能试验研究

为研究分布式连接全装配RC楼盖(DCNPD)板缝节点在拉剪复合作用下的受力性能,进行了12个板缝节点在纯剪和拉剪复合作用下受力性能试验,对板缝节点的承载能力、裂缝模式、破坏形态、位移延性和应变规律等进行了较为系统的研究。结果表明：拉力的存在减小了由剪切作用引起的连接件与相邻混凝土间的承压作用,致使板缝节点抗剪承载力不同程度的降低,并且拉剪比越大,拉力对板缝节点屈服荷载和峰值荷载的削弱作用越明显;拉剪复合作用下,板缝节点较早呈现出非线性受力特征;拉力对板缝节点位移延性有较大的削弱,尤其对于楼盖中高拉剪比区域应采取措施避免节点发生脆性破坏;综合考虑板缝节点的荷载-位移响应、位移延性特征和破坏模式等因素,HPC、CPC和HP-CPC三种节点是较为理想的DCNPD板缝节点形式,SPC锚筋与锚板间焊缝在拉剪复合作用下易发生断裂,需改进措施以提高其拉剪复合受力性能。     

考虑压-拉薄膜效应的围框约束RC板极限抗力分

合理估算大变形条件下梁板构件的极限抗力,对工程设计计算具有重要意义。传统的RC （reinforced concrete）板极限抗力一般由小变形条件下的受压薄膜效应得到,然而RC板构件的灾变断裂大部分出现在大挠度阶段,因此考虑压-拉薄膜效应的极限抗力分析尤为重要。该文将RC板从加载到断裂全过程分为板端受压上升段、混凝土开裂下降段和钢筋拉伸上升段,根据正截面抗弯的钢筋混凝土弹塑性模型得到基于受压薄膜效应的荷载-挠度全曲线。利用经典的挠曲线微分方程并引入抗弯刚度软化系数对挠度进行修正,结合能量原理推导出大变形条件下基于受拉薄膜效应的RC板极限抗力,进一步得到考虑压-拉薄膜效应的荷载-挠度全曲线。计算结果表明,考虑压-拉薄膜效应的RC板极限抗力分析方法可以更合理地预测荷载-挠度全过程,计算结果与相关试验吻合良好,为合理评估RC板的极限承载力提供参考。