重载铁路过渡段路基动力响应特性试验研究#br#

掌握列车移动荷载作用下路基的动力响应特性可为路基沉降预测,状态评估提供依据。开展重载铁路过渡段路基动力响应测试,研究动位移峰值沿线路纵向及边坡方向的变化规律,分析路肩处动位移峰值的随机分布规律。研究列车动荷载作用下路基的动力响应特征,并揭示振动能量沿路基边坡的衰减规律。结果表明：列车动荷载对路基的作用具有明显的周期性,可将相邻车厢的两个前后转向架作为一个加载单元,在该加载单元的重复作用下路肩处的动位移峰值服从正态分布。重载列车动荷载作用下路基的振动频率主要分布在0~20Hz范围内,振动能量从路肩向坡脚方向衰减剧烈,基床层受列车动荷载影响显著,而基床以下路基受列车动荷载影响非常微小。分析结果有助于评估列车荷载作用下路基的瞬时及长期动力稳定性,同时为采用模型试验及数值分析手段研究路基动力响应特性时准确模拟重复列车动荷载提供了思路。     

重载列车荷载下新型预应力路基的加速度响应试验研究

路基的加速度响应是表征列车荷载下路基体振动剧烈程度的代表性参数。基于Buckingham π理论，研制了缩尺预应力路基动力模型试验系统，并开展了不同重载列车轴重、预应力大小和加载振次下的预应力路基加速度响应试验。结果表明：(1)预应力钢筋在张拉锚固后，由于路基土的蠕变变形会出现预应力损失现象，建议实际工程中进行超张拉；(2)路基在循环动荷载作用下产生显著的周期性响应，相同位置处横向加速度均小于竖向加速度，且振动能量从路肩向坡脚方向逐步衰减；(3)短期加载测试下，各测点加速度峰值基本随列车轴重的增加线性增大，随预应力的增加而近似线性减小；(4)35t大轴重列车长期荷载作用下，预应力100kPa下路基加速度有效值随振动次数的增加先减小后趋于稳定，且均小于无预应力工况下的加速度有效值。以上结果表明预应力加固结构在降低路基动力响应方面具有积极作用。     

高速铁路桥桩在轴向循环荷载长期作用下的承载和变形特性试验研究

针对高速列车通过小跨度桥梁时列车活载对桥桩的影响分析来获得动力加载参数,进而对位于软粘土地层中的钻孔灌注桩进行了轴向循环荷载长期作用下的动力试验,测试和研究了循环荷载长期作用下桩的动位移幅值、桩顶沉降、桩身轴力、桩侧动摩阻力和单桩极限承载力等参数的发挥和变化情况。试验结果表明:列车循环荷载长期作用下,灌注桩的桩身轴力发生了局部调整,砂性土层的桩侧摩阻力具有增强效应,淤泥质粘性土的桩侧摩阻力具有退化效应;列车循环荷载对软土地区单桩的承载能力和桩基的工后沉降影响甚微,但会使单桩竖向刚度降低。     

货运铁路扩能运输对桥梁动力性能的影响

随着铁路扩能运输的快速推进,列车编组增加、车辆轴重增大、运营密度提高,使得铁路桥梁承受的荷载与疲劳效应显著增加。为了分析重载运输对朔黄铁路桥梁运营性能的影响,文章通过对朔黄铁路7座桥梁进行运营性能相关试验,分析运营荷载作用下结构的动力系数、梁跨跨中振幅、横向加速度和梁跨自振频率等动态性能指标以及试验梁跨两端桥墩的墩顶振幅等参数变化规律,结合梁跨横向刚度等运营性能指标,分析不同车辆类型对桥梁结构动力性能的影响,为管理部门系统掌握该桥的技术状态、制定运行方案和养护维修提供技术依据。     

不同环境荷载激励下考虑流固耦合效应的深水桥墩响应分析

为探讨不同环境荷载组合激励下,动水压力对深水桥墩结构响应的影响程度,本文基于非线性Morision方程,同时考虑附加质量效应和流固耦合效应,对深水桥墩结构在波浪、冰荷载和地震3种环境荷载单独作用下,以及不同组合形式共同作用下的结构响应进行数值分析.计算结果表明:结构各项参数,包括长细比、墩高以及水深都将会对动水压力影响...     

九桩厚承台室内外试验分析与设计探讨

为研究大型桥梁工程中常见的厚桩基承台受力机理,首次对1个九桩双薄壁墩厚承台模型进行室内破坏性加载试验,对承台的受力全过程进行了研究,并对某大型桥梁九桩双薄壁墩承台进行了施工全过程的现场实测。室内外试验结果均表明,厚承台的受力与传统的受弯构件不同,线荷载作用下承台的受力机理符合以带有主要单向性压应力的混凝土区域为压杆,主受力钢筋为拉杆的空间桁架模型。通过荷载等效,将作用在承台上线荷载等效为集中荷载,建立了统一的空间桁架模型,进而可采用有关规范给出的设计方法设计。     

堆土对既有高速公路桥梁桩基稳定性影响分析

以杭州某机场高速路为例,结合现场地质勘查报告和设计资料,采用Midas有限元软件建立了高架桥箱梁三维模型,在桥面上施加移动荷载,获取各种组合效应下的高架桥墩顶反力,同时采用Plaxis 3D有限元软件建立桥墩-承台-桩基-地基下部结构,并将上部高架桥墩顶反力作用至下部结构,计算分析了堆土作用下的桥梁桩基变形和内力变化规...     

带桩基防空地下室底板上等效静荷载的确定

参照静力荷载作用下桩与承台共同承担竖向荷载的试验与研究，结合核爆动荷载作用的特点，给出按单桩允许荷载设计时，非饱和土及饱和土中带桩基防空地下室底板上等效静荷载值。并附带阐明了在底板静荷载组合中是否应计入水压力的问题。     

30t轴重重载铁路简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究重载铁路简支梁桥上无缝线路纵向力分布规律,以及墩顶纵向刚度限值等关键参数的影响,建立了30t轴重重载铁路简支T梁-有砟轨道一体化空间有限元模型,研究温度和活载作用下30t轴重重载铁路简支梁桥上无缝线路纵向力和墩台水平力分布规律,并与普通铁路进行对比;探讨简支梁跨数和布置方式、制动力和挠曲力组合方式对梁轨系统受力特性的影响,提出重载铁路常见跨度简支梁桥墩顶纵向线刚度限值。研究表明:当下部结构刚度相差不大时,多跨简支梁桥可按8跨简化建模;重载铁路简支梁桥上无缝线路纵向力比普通铁路大约10%~31%;简支梁不等跨布置时,墩台挠曲力差异最大达49%;考虑列车竖向活载和制动耦合作用时,墩台水平力比传统的代数求和检算方法偏大22%;建议30t重载铁路双线24m、32m、40m和48m简支梁桥墩顶纵向水平线刚度限值分别为600k N/cm、800k N/cm、1000k N/cm和1200k N/cm。     

动、静荷载作用下细粒土的冻胀特性实验研究

随着列车速度的不断提高,季节冻土区路基工程的冻胀问题也越来越突出。为研究细颗粒土在动荷载作用下的冻胀特性,进行了无荷载、静荷载和动荷载条件下室内开敞系统的冻胀实验,对比分析了无荷载、静荷载和动荷载条件下细粒土的冻胀变形、水分迁移速率及土中含水量的分布。实验结果表明：静荷载、列车动荷载对土的冻胀都具有一定的抑制作用,随着外荷载值的增大,该细颗粒土的冻胀率逐渐减小;且当静荷载值等于动荷载幅值的二分之一时,动、静荷载对细颗粒土冻胀的影响基本相同;土冻结过程中水分迁移速率随着冷却温度的降低而逐渐增大,而随列车动荷载值的增大而相应降低;土的冻胀特性基本不受列车动荷载频率变化的影响。     

前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台试验研究

 设计并完成前后排抗滑桩加固滑坡桥基的振动台模型试验。通过输入不同频率、加速度峰值的正弦波,分析振动时桥墩基桩、抗滑桩的受力变形规律,以及PGA放大系数变化特性。试验结果显示,当滑体为可塑的粉质黏土时,后排抗滑桩桩后土压力峰值分布随台面加速度峰值变化,由三角形逐渐变为倒三角形;由于桥墩、后排抗滑桩间距很小,两者相互作用增强,桥墩基桩受到较大的动力荷载影响,随着台面振动加速度峰值增加,桥墩基桩的应变最大值从桩顶下移至滑面附近;当正弦波加速度峰值相等时,频率越高,土体黏滞阻尼越小,滑坡的PGA放大系数越大,相应云图呈层状分布,同时高频振动波使土体产生较小的位移和变形,导致滑坡推力也较小;振动波在向上传播时,土体存在滤波效应,自振频率附近的频谱幅值会被放大。     

群桩基础桥墩静力PUSHOVER分析

静力Pushover分析是应用能力谱法进行抗震分析的重要一步,也是研究结构非线性受力特征的重要方法之一。本文采用Pushover分析方法, 同时考虑地基土与桩构件的非线性,研究了群桩基础桥墩的侧向加载模式与非线性受力特征。研究结果表明:(1)侧向加载模式不同,获得的能力曲线不同。均匀分布和墩顶集中力加载模式分别反映了结构能力曲线的上、下限,一阶振型和SRSS分布介于两者之间。建议群桩基础的Pushover分析应采用SRSS加载模式。(2)墩高小于20 m时,高速铁路简支箱梁桥的水平惯性力主要集中在墩顶及承台处。(3)受拉侧单桩初始屈服后,群桩基础的承载能力还可继续增加,但横桥向多排桩(4排桩)群桩基础增加更明显。横桥向多排桩群桩基础的位移延性系数高于纵向两排桩的情况。     

河床冲刷深度变化对大型桩基桥梁地震反应的影响

以一座超大跨度斜拉桥为工程背景,采用解析解和有限元模拟计算相结合的方法,对河床冲刷深度变化对大型桩基桥梁地震反应的影响进行初步探索性研究。建立两质点单墩模型,推导地震反应计算公式,用解析法计算桥墩及其基础的地震反应随河床冲刷深度变化的情况,分析高桩承台基础与桥墩的动力相互作用规律,结果表明,由于承台大质量的存在,桥墩的地震反应会表现出显著的共振效应,当桥墩和基础的自振周期相近时,会出现一个峰值。进一步地,建立斜拉桥的全桥有限元模型,计算边墩、主塔及其基础的地震反应随河床冲刷深度变化的情况,验证了解析法得出的影响规律:河床冲刷深度变化对大型桩基桥梁的地震反应有很大的影响,随着冲刷深度的增加,桥梁结构的地震反应并不是单调减小,而可能出现一个峰值。     

桥墩沉降下纵连板式轨道与桥面间动态#br# 接触行为及其对列车动态特性的影响

桥墩沉降在高速铁路运营过程中不可避免,其会导致纵连板式轨道与桥面之间的变形不协调,进而引起底座与桥面之间的动态接触行为,恶化轨道力学性能并最终影响列车正常运行。这对这一问题,文章首先研究该动态接触过程的产生机制,并基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论提出纵连板式轨道和桥面间动态接触行为的研究方法;借助该方法从静态与动态两个角度研究桥墩沉降下轨道-桥梁动态接触行为;在此基础上探讨列车通过时的动态特性。结果表明：桥墩沉降和列车荷载会导致底座与桥面出现三处明显的动态接触区域;桥墩沉降导致的相邻桥墩处梁体上拱位移远小于沉降桥墩处的梁体下沉,但是沉降对上拱区域力学特性的影响却不可忽略;轨道的纵向连接特性可以在一定程度上缓解高速列车通过沉降区域时的振动;轨道随机不平顺不能完全掩盖桥墩沉降对系统动态特性的影响,表明沉降对系统的影响是不可忽视的。     

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。     

高速铁路桥梁基础单桩动力模型试验研究

在软土中进行了桩的轴向动静力受压模型试验 ,对桩的动承载力、桩动侧阻、动端阻、桩顶竖向累积位移、桩顶振动位移幅值及动刚度进行了分析研究 ,得到了软土地区高速铁路桥梁桩基承载力设计值应折减 10 %～ 3 0 %等结论     

车辆撞击作用下RC桥墩动力响应

采用LS-DYNA建立了钢筋混凝土(RC)桥墩水平撞击有限元模型,简要介绍了有限元建模技术及相关参数的取值,并通过与水平撞击试验结果进行对比,验证了目前较为常用的2种混凝土本构模型和钢筋本构模型的有效性,进而验证了有限元结果的有效性,并进一步研究了桥墩在等代车辆撞击作用下的破坏机理,分析了与桥墩动力响应和损伤程度有关的影响参数。结果表明:对于水平撞击试验而言,采用MAT_SCHWER_MURRAY_CAP_MODEL(145^#)混凝土和MAT_PLASTIC_KINEMATIC(3^#)钢筋材料模型构建的有限元模型能够更加准确地反映RC桥墩在等效车辆撞击作用下的动力特性、剪切破坏模式和损伤分布; 在等代车辆撞击作用下,混凝土的损伤累积主要集中于墩底剪切带处,而桥墩其他部位的混凝土未出现明显损伤累积; 参数分析结果表明,增大撞击质量能够显著增大撞击荷载峰值、桥墩变形和损伤程度; 提高撞击位置会使桥墩破坏模式由局部剪切破坏转变为整体弯曲(或弯剪)破坏; 在相同撞击冲量下,撞击荷载峰值、桥墩变形和耗能会随撞击速度增加而增大。     

不同类型桩基支撑的整体桥力学性能

以福建永春县上坂大桥作为工程背景建立了全桥有限元模型,通过实桥静载、动载试验对模型进行验证,并在整体式桥台下分别设置了矩形桩、圆形桩、预应力高强混凝土(PHC)管桩、钢管桩、H型钢桩、工型超高性能混凝土(UHPC)桩和工型UHPC-矩形变截面桩,研究了整体桥采用不同类型桩基时对其整体力学性能的影响。结果表明:有限元模型的计算基频较实测值减小了5.5%,第1阶模态均为横向侧飘,主梁在汽车偏载和中载作用下出现的竖向挠度与实测挠度较吻合,验证了有限元模型的合理性; 随着整体温度的升高,不同类型桩基支撑的整体桥主梁和桩基最大正、负弯矩和剪力随之增大,主梁竖向挠度随之减小,梁端水平位移也呈现明显的增长趋势,但在相同温度荷载作用下,整体式桥台下设置不同类型桩基对梁端水平位移的影响很小; 桩身显著变形区主要出现在0～6.4D(D为桩径)埋深处,在更大埋深处基本可忽略,表现出了柔性桩的变形性能; 随着变截面桩的上部UHPC桩段抗弯刚度的增大,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩均显著增大,桩顶水平变形显著减小; 随着上部UHPC桩段长度的增加,主梁最大正、负弯矩与桩身最大弯矩先呈现明显的增长趋势,而后趋于稳定,桩顶水平变形则先呈现明显减小趋势,随后趋于稳定; 上部UHPC桩段长度一般取为桩基总长的36%,对整体桥主梁和桩基的受力较好,为UHPC桩段的经济长度; 温差小于15 ℃时,整体桥采用不同类型桩基时对主梁和桩基的受力影响不大; 随着温差继续增大,整体桥采用H型钢桩、工型UHPC桩或工型UHPC-矩形变截面桩时主梁和桩基的受力性能更好。