高速铁路车桥耦合轮轨接触几何关系与接触力的理论推导

以接触力学为基础,运用了泰勒级数及小变形理论的假设,并且结合车桥耦合接触过程中的轮轨相互挤压的变形实际情况,推导了轮轨接触几何关系。基于弹性力学及Hertz理论,运用了坐标系间的转换关系及椭圆积分理论和弹性比拟法,推导了轮轨间的法向接触力。

丹大铁路两连续梁相接处桥墩设计分析

详细论述了铁路两连续梁相接处桥墩的总体设计思路,给出了设计流程,并以丹大铁路一处实际工点为例,展示了从拟定桥墩外形、结构尺寸到计算所受的主力、附加力、地震荷载和其他特殊荷载的计算方法。地震荷载需要结合实际工点的地质条件和地震带区域划分,以Midas建模求解。计算桥墩截面内力时,需要分析桥墩在施工及运营阶段可能受到的各种荷载组合,取最不利工况进行配筋。铁路桥墩的设计,均可以上述流程和思路作参考。

丹大铁路高填土框构桥设计

以丹大铁路小华尖框构桥为例,建立仿真模型,对二期恒载、恒载土压力、活载土压力和列车活载冲击系数等进行荷载分析;利用Midas Civil软件并结合有关规范要求,进行荷载工况仿真计算,根据计算结果进行框构配筋;采用"理正岩土计算"软件,结合框构两侧出入口的挡墙设计,进行地基处理和挡墙稳定性验算;提出框构设计应充分考虑各种荷载的组合情况,对可能出现的各种荷载形式分别进行计算等结论。

铁路标准桥梁典型减隔震体系响应行为与谱分析方法

基于铁路标准桥梁3种典型减隔震设计体系,分析了结构的地震响应行为,重点研究了墩身质量的动力效应和减隔震体系的振型效应.结果显示:铁路标准桥梁墩身质量对桥墩的地震响应存在显著的动力效应,忽视该效应会导致墎顶位移和墎底弯矩的平均相对误差约达11%~32%,对主梁的地震位移影响较小,平均相对误差不超过5%;桥墩的地震响应主要受计算方向上的前2阶振型控制,其中第2阶振型以桥墩自振形态为主,振型阻尼可偏于安全地按结构阻尼比考虑;基于2阶振型效应的SRSS组合可以较好地考虑减隔震铁路标准桥梁的墩身质量动力效应,其预测墩底弯矩平均相对误差可下降至7.5%;AASHTO规范建议的多振型反应谱法适用于铁路标准桥梁典型减隔震体系的地震响应分析.

铁路框构顶进工程接触网支架改移方案设计

某框构顶进工程中,由于框构结构较宽,需要改移接触网支柱,但常规设计的接触网尺寸无法满足工程需要。结合接触网的技术特点和钢梁的受力特点,设计了一个跨度达到76 m的钢梁,并对该钢梁的强度、挠度和稳定性进行了分析,计算表明该设计是可行。

航测平面图中铁路沿线桥址区地面点高程提取方法

在铁路桥梁外业勘测设计中，尤其是在我国高速铁路全线桥梁所占比重大的情况下，耗费人力物力最多的就是航测平面图中铁路沿线桥址区地面点高程的提取。通过分析航测平面图中铁路沿线桥址区任意地面点与控制点和等高线的13种位鬣关系，提出依据航测平面图中控制点和等高线计算铁路沿线桥址区任意地面点高程的插值计算方法。根据线路中直线、缓和曲线和圆曲线的几何关系，推导沿线跟踪算法，以精确计算指定里程的坐标位置。将根据以上算法编制的桥址区地面点高程提取程序应用于铁路桥梁外业勘测设计中，实现了铁路沿线桥址区任意地面点高程从航测平面图中的快速、准确提取。

铁路桥梁地质图形的反演算法研究

分析地质钻孔图和地质纵断面图特征,从地质钻孔图着手,批量提取各钻孔编号、里程和土层分界点高程存入钻孔存储表中,通过表中里程和高程数据在地质纵断面图中找到钻孔土层分界点位置,与钻孔连线进行匹配,确定钻孔连线的上下土层信息存入表中,根据地质数据表设计反演算法,可得到任意里程位置处土层信息。将该方法应用于铁路桥梁设计任务量高峰期,可缩短桥梁基础设计时地质资料处理时间,在工期短、人员少的情况下,保质保量地按时完成任务。结果表明:该算法反演速度快、结果准确,可实现桥梁专业与地质专业的无缝衔接。

复杂地质条件下铁路桥梁桩基通用计算方法

为保障复杂地质环境中铁路桥梁桩基础的结构安全,进一步提升设计质量,提出一种通用的复杂特殊地质条件下桩基计算方法。选择静水、负摩阻力、膨胀土和地震液化土作为4种基本特殊地质,以桥梁桩基设计规范中的m法和单桩承载力计算式为基础,提出它们各自分别作用时的计算方法和综合作用时的耦合效应算法。结果表明:季节冻结深度线、多年冻土上限深度线、中性点深度线和急剧层深度线可作为冰、液态水、冻土、负摩阻力、膨胀土的分界线;该方法在规范基础上增加的计算步骤、计算参数和外载增量可以移植到桩基通用设计程序中,并适用于任意复杂特殊地质条件计算,可为实现该条件下铁路桥梁桩基安全、高效、精细化的计算提供支持。研究成果应用于铁路桥梁设计中,节省桩长约5%、桩身配筋约4%。

分配特殊群桩空间作用效应的双向m法

群桩到单桩的作用分配是桩基计算的关键问题,针对规范中的单向m法只适用于平面作用的局限性,从单桩刚度、群桩刚度、受力平衡方程3个层面进行公式推导,建立了变形协调的群桩刚度矩阵和空间受力平衡方程,形成了适用于空间作用的双向m法,并以对称等长直桩、双向斜桩、不对称桩为计算实例,对比分析了单向m法和双向m法的计算结果。结果表明:单向m法计算对称等长直桩时,结果准确,计算双向斜桩时,单桩的弯矩和剪力波动较大,最大值偏小20%左右,计算不对称桩时,单桩外力之和与总外力不闭合,可信度低;而双向m法的理论解可覆盖这些桩基类型,结果更接近有限元数值解。研究成果为特殊桩基提供了一种快速且简便的计算方法,扩展了公路和铁路桥梁桩基设计规范的适用范围。

振动频率法测试具有橡胶阻尼器的斜拉索索力的修正方法

振动频率法是用于测试斜拉桥拉索索力的常用方法,斜拉桥为减弱振动引起的拉索疲劳损伤。通常在斜拉索两端安装阻尼器,这会改变索的结构和振动频率,从而导致在用振动频率法测试拉索索力值时会产生较大误差,难以满足桥梁施工和维护对精确度的要求。因此,减小索力测量的误差对实际工程具有重要意义。该研究将橡胶阻尼器简化为弹性支撑,基于变截面拉压杆模型推导了弹性支撑的等效刚度系数;基于具有两个弹性支撑的拉索横向自由振动微分方程,结合边界条件求解索力,给出了考虑橡胶阻尼器影响的振动频率测索力的修正方法;结合虚拟算例对该研究结果的精确度进行分析,并在工程中应用。

基于有限元计算的铁路承台简化计算方法研究

随着高速铁路的发展,高架桥梁的应用越来越广泛,承台作为桥墩和桩基的连接枢纽,其受力机理和配筋方法的研究逐渐引起了工程界的重视。本文对铁路承台内部的受力机理进行分析,并提出了针对铁路厚承台的三维拉压杆简化计算模型,根据简化模型的计算结果,提出了一种基于力流的配筋方法,该配筋方法能够减少铁路承台的配筋量,提高高速铁路建设的经济性。

桥梁预应力混凝土徐变系数曲线拟合方法研究

有限元分析中徐变效应精确分析的关键在于徐变系数的指数形式能否准确还原徐变系数曲线。为研究一种高精度的任意徐变系数曲线的拟合方法以实现有限元徐变分析精确求解,本文剖析了该问题的本质,并提出一种优化算法,即利用模拟退火法寻找全局最优解的能力搜寻初解,再通过Levenberg-Marquardt法精确求解,并以2个算例对该方法进行验证。研究结果表明:(1)本文提出的徐变系数曲线拟合方法能对徐变系数曲线进行精确拟合;(2)算例结果显示本文提供的算法在拟合公路规范和铁路规范的徐变系数曲线时,相关系数R均在0.9999以上,拟合精度高,通用性强;(3)本文提供的算法架构简单、层次清晰,可借助常用编程语言方便地进行编译,对有限元程序徐变分析模块的开发或混凝土徐变规律的相关科学研究具有借鉴意义。

箱形截面混凝土梁有效宽度通用计算算法研究

研究目的:箱形截面由于形式多样,可选拐点数量众多,导致截面有效宽度的计算复杂,且难以形成通用的计算算法。针对常规求解算法只适用于特定形式截面、通用性不足的问题,提出适用于箱形截面的有效宽度通用计算算法。研究结论:(1)基于节线将截面离散化处理,以得到适用于不同有限元软件数据格式的截面有效宽度;(2)通过分区域将截面解耦,分别计算局部节线再合并形成全局节线的方法,有效降低了节线计算复杂度,实现了复杂的多拐点截面有效宽度计算;(3)各区域节线计算模块相互独立,有效增加了各计算模块的通用性,减小了算法的维护工作量;(4)在各区域节线计算模块中,提出按特定的分类顺序依次形成多级子分支,并逐级对子分支计算节线的方法,确保了复杂的多拐点截面局部节线计算结果的准确性和完整性;(5)在本文算法的框架下,通过扩展实现了任意箱室数量箱形截面的有效宽度计算;(6)本文所述算法通用性强、适用范围广,可以高效地应用于混凝土桥梁的有限元建模中。

高等级公路桥头跳车病害现象与防治措施研究

桥头跳车是指道路与桥梁台背的衔接区域出现的路面或搭板变形、断裂,甚至坑槽,从而使车辆行驶经过该区域受到冲击后发生明显跳跃、颠簸的现象。桥头跳车病害严重影响了行车舒适性,降低了车辆的行驶速度和道路的通行能力,是道路交通安全的重要隐患之一。

论公路BOT项目中的风险管理

由于BOT融资建设方式的各种优势,使其在公路项目中有着广泛的应用,但也存在风险。本文从公路BOT项目的特点入手,着重分析了公路BOT项目中可能遇到的政治风险、经济风险、经营风险、不可抗力风险,并分析了各种风险的应对之策。

轨道交通桥梁减隔震设计及验算研究

桥梁是轨道交通线路的重要组成部分。地震等自然灾害会对轨道交通桥梁造成严重破坏,从而影响轨道交通运输的安全性和可靠性,因此开展轨道交通桥梁减隔震设计研究具有十分重要的意义。为此,文章选取河北雄安新区至北京大兴国际机场快线跨南水北调天津干线的(75+128+75)m双线连续梁桥作为研究对象,进行减隔震设计和验算。首先,概述其减隔震设计,即所采用的双曲面球型减隔震支座的构造、本构模型、布置位置、参数取值等;然后,建立有限元计算模型,对上述减隔震设计进行验算,通过分析双曲面球型减隔震支座与球型普通支座的采用对结构受力及位移的影响,以确定设计的合理性;最后,计算结果表明,采用双曲面球型减隔震支座可大幅减小结构的地震响应,减震效果明显,能够达到抗震性能目标。

任意活载形式的简支梁支反力通用算法研究

为实现不同类型铁路活载下简支梁支反力的快速准确求解,提出了一种利用Heaviside函数推导任意活载作用下简支梁支反力通用完备解的算法。该算法构建了一种可自定义的活载格式以定义任意活载,即将任意活载分解为集中荷载、有限长度均布荷载、无限长度均布荷载三大类荷载;利用弯矩平衡法以及各加载边界条件与Heaviside函数的等价变换关系,推导得到任意活载的支反力通用完备解;将该算法编入设计程序,结合铁路墩台设计控制工况的判据,采用冒泡法可得到控制工况的支反力。以3组不同梁跨组合下的双孔重载控制工况为简支梁支反力算例,计算结果表明:该通用算法与MIDAS Civil软件计算的简支梁支反力误差均在1%以内,计算精度高;ZK活载、ZC活载与UIC活载的比例关系进一步验证了本文提出的支反力通用算法计算结果的正确性。

桥梁徐变效应的有限元算法研究及程序验证

徐变是控制混凝土桥梁设计的重要因素,但因徐变计算一般封装于商业软件中,设计人员无法掌握计算原理。为研制自主有限元软件,摸索出桥梁徐变计算过程,从徐变系数开始研究,并对Midas帮助文件和基于Tröst-Bazant的工程实用分析算法进行基于公式推导的对比分析;基于分析结果进一步给出递推形式的徐变累加计算模型,并通过连续梁实例测试验证。研究结果表明:(1)Midas帮助文件给出的徐变算法和基于Tröst-Bazant基本方程的徐变算法本质上是一致的,当满足ρ(t,τ_(0))=1/2时,两者之间的方程是等价的;(2)通过加权最小二乘法将徐变系数写成通用格式,可将基于空间梁单元的徐变算法改造成递推形式,加快运算速度;(3)基于递推形式编制的卧龙程序,在同等边界条件下,其徐变位移的计算精度满足工程设计要求,竖向最大相对误差3%左右,且绝对误差较小,水平向相对误差在1%以内。

基于联动迭代及Heaviside函数的铁路桥墩刚度和位移计算方法

为提高铁路简支梁桥墩刚度及墩顶位移计算的准确度及通用性,克服桥墩及桩基设计中无法实时考虑桩-土耦合作用对刚度的影响,提出一种基于联动迭代及利用Heaviside函数的铁路桥墩刚度及位移计算的广义柔度矩阵法。该算法通过将桩基计算“m”法相关参数代入广义柔度矩阵,实现瞬态反馈桩长及地质变化对桥墩刚度的影响;基于力学等效原则推导集中荷载与分布荷载的等效节点力表达式,并通过将各荷载工况边界条件与Heaviside函数等效置换,得到桥墩单元作用任意形式集中荷载或分布荷载的等效节点力通用完备解;将该算法编入设计程序,实现铁路桥梁桩长、刚度、墩顶位移等参数的精准耦合计算。以变截面圆端形空心桥墩共同作用制动力、纵向风力及土压力为算例,计算结果表明,该算法与3种有限元软件计算的墩顶位移最大误差均在0.600%以内,计算精度高。

基于力流分析的铁路承台三维拉压杆模型研究

由于铁路桥墩和承台尺寸较大,承台连接桥墩和桩基受力十分复杂。承台设计中套用"受弯理论"和公路规范的"撑杆-系杆理论"缺乏依据。在调研国内外相关厚承台研究成果的基础上,以石济高铁承台通用图为研究对象,对8个典型承台进行受载后力学分析,得到承台内部的受力特点。基于力流分析,并通过不断优化所建立的三维拉压杆尺寸和节点位置,得到可替代实体分析的三维拉压杆简化模型。以得到的各拉杆内力为依据,计算出承台底主筋数量,通过配置钢筋的三维实体模型验证了配筋的合理性。研究表明:通过三维拉压杆简化模型计算得到的承台钢筋数量满足承台受力要求,配筋数量比传统配筋方式节约20%。