新型电磁式涡流阻尼器力学性能研究

为了改善涡流阻尼器在实际工程中的应用性,利用了外部电源改变装置内部磁通量大小,提出了一种新型主动控制式电磁涡流阻尼器(Electromagnetic Eddy Current Damper,简称EECD)。首先考虑磁回路有效利用磁通量及转动装置放大导体板切割磁感应线的优点,进行阻尼器的结构设计,并对其工作原理进行详细地介绍。然后,利用电磁仿真软件(COMSOL Multiphysics)分析其在不同电流大小的情况下所产生的磁通量大小,并推导出相应磁感应强度理论公式,分析相同匝数,不同电流下的工况,结合实测数据,对比仿真、理论与试验的磁感应强度,验证理论的准确度。最后,推导出该阻尼器在电流稳定时等效阻尼系数,进而得出其电涡流阻尼力。研究结果表明:在研究速度范围内,EECD能达到设计目的,等效阻尼系数、惯质及电涡流阻尼力理论结果与试验结果基本吻合,且EECD阻尼性能接近线性;在研究速度范围内,随着电流的变化,电磁铁产生的磁通量大小及阻尼力也成正比变化;该装置滞回性能相对光滑,重复性较好,说明新型电磁式阻尼器力学性能稳定,具有可行性。

基于改进拉丁超立方抽样的高墩铁路桥梁地震可靠度分析方法

为高效准确地量化非线性结构的关键地震响应极值分布以及构件失效概率,在考虑结构和地震双重不确定的前提下发展一种有效的结构动力可靠度评估框架。首先详细阐述和发展了地震可靠度分析的理论方法,主要包括非平稳地震动的降维模拟,分数矩的单循环最大熵理论,以及与中心L2偏差相结合的拉丁超立方抽样方法三部分。然后通过一个三层非线性混凝土框架结构对所提出的方法进行初步验证。最后将提出的可靠度分析方法运用于西部山区某高墩大跨铁路刚构桥,开展高墩大跨刚构桥关键构件的地震可靠度分析,并与蒙特卡洛模拟结果进行对比,进一步验证该方法的高效性与适用性,为山区高墩大跨铁路桥梁抗震设防提供技术支撑。

考虑不同曲率下盾构隧道纵向地震响应分析

过江盾构隧道选线过程中因避让不良地质段,或地形上满足两端进洞及展线要求而常产生局部弯曲,如苏州市海太过江盾构隧道。而隧道曲率对其动力响应影响规律在现有研究中鲜有提及,为探究在动力条件下不同曲率的盾构隧道纵向方向管环的轴力、张开量等变化规律,运用纵向反应位移法思想,基于长大隧道非一致激励动力分析方法,建立多质点-梁-弹簧模型,开展多工况地震动输入下的不同曲率盾构隧道纵向动力响应分析。结果表明:数值模型与计算方法能够得到合理的隧道结构动力响应;盾构隧道动力响应随隧道曲率增加而增加;不同曲率盾构隧道在进入土层交界区段其轴力和张开量出现显著的差异。该研究结果可为盾构隧道选线论证及动力响应分析提供更为可靠完善的计算模型与设计依据。

铁路无涂装耐候钢桥梁关键技术及应用示范

研究目的:无涂装耐候钢桥梁已成为欧美和日本等发达国家钢桥的一种发展趋势,其应用较为广泛。而我国无涂装耐候钢桥梁起步较晚,缺乏成功应用的经验,更无可执行的设计和制造规范。本文依托拉林铁路藏木大桥开展铁路无涂装耐候钢桥梁建造关键技术研究,积累无涂装耐候钢桥梁在设计和制造中的经验,为铁路无涂装耐候钢桥梁技术规范的编制和在我国铁路桥梁上推广应用打下基础。研究结论:(1)根据钢材受力和耐久性要求,提出了无涂装耐候钢力学性能、焊接性能、耐候性能等要求,完成了耐候指数大于6.5的桥梁用无涂装耐候钢化学成分设计和试验;(2)基于易于形成和保护稳定锈层,提出了无涂装耐候钢桥梁结构构件和排水布置细节设计要求;(3)提出了针对耐候钢特点的制造要求;(4)本研究成果可为铁路无涂装耐候钢桥在我国的推广应用起到参考和示范作用。

铁路大跨度中承式钢管混凝土拱桥抗震设计

研究目的:大跨度钢管混凝土拱桥具有良好的跨越能力,近年来在公路、铁路等交通领域得到了较好的发展和应用,但在8度及以上高烈度地震区尚未有成功建设的案例,其抗震性能及措施尚有待研究。本文以拉林铁路藏木雅鲁藏布江大桥(以下简称藏木大桥)为背景,制定合理的抗震设防标准及性能指标,根据大跨度桥梁抗震概念设计原则,确定抗震设计方案,建立数值模型,开展非线性时程分析,研究铁路大跨度中承式钢管混凝土拱桥抗震性能和合理减隔震措施。研究结论:(1)大跨度中承式钢管混凝土拱桥采用一联连续的窄幅主梁、减重、综合减隔震措施等减隔震方案,能有效降低结构地震内力,控制罕遇地震工况下位移;(2)研究成果表明大跨度中承式钢管混凝土拱桥当采用合理的结构和减隔震措施后具有较好的抗震性能,在8度高烈度地震区主体结构在罕遇地震作用下也能保持基本弹性,具有良好的技术、经济性能;(3)本研究成果可为高烈度地震区铁路大跨度钢管混凝凝土拱桥设计提供参考和借鉴。

高烈度地震区铁路桥梁新型耗能防落梁装置研究

为了解决目前铁路桥梁传统防落梁装置的不足,研发了适用于高烈度地震区铁路桥梁新型波纹钢耗能防落梁装置。推导建立了波纹钢耗能防落梁装置的力学性能计算公式,提出了铁路桥梁用耗能防落梁装置简化设计方法,并开发了装置的设计分析软件,开展了耗能防落梁装置力学性能试验研究,以渝昆高铁8度地震区某典型大跨连续梁为研究对象,设计了大桥的耗能防落梁装置,并开展了装置对大桥抗震性能分析。结果表明:建立的耗能防落梁装置力学参数计算理论和设计方法正确,适应工程实际应用的要求,耗能防落梁装置滞回曲线饱满,耗能能力较强,低周疲劳性能良好。设计的耗能防落梁装置可以满足高速铁路大跨桥梁抗震性能要求,具有良好的减震、耗能和缓冲作用,可降低大跨连续梁桥梁端位移约25%。

尾矿资源综合利用的研究进展

尾矿的综合利用对于实现大宗固废高效利用具有重要意义。目前,我国大宗固废的堆存量不断增加,但其利用率仍较低,尤其是尾矿的综合利用率仅为32.5%左右。此外,尾矿的堆积给环境带来了污染和安全隐患,而尾矿巨大的储存量使其具有规模化综合利用的潜力。本文以尾矿综合利用为核心,关注其在建筑材料领域的应用,针对近年来关于尾矿的研究进展进行了综述。

局部场地效应下超千米跨度公铁两用斜拉桥时频域地震响应研究

为在时、频域范围内量化场地效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响,基于加速度功率谱模型并结合不同的场地条件细化模型参数,采用虚拟激励和多点时程分析法,分别在时、频域范围内开展超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应分析,并将结构地震响应进行对比,结果表明:对于主梁主跨,柔软场地工况下的主梁位移、内力响应最大,坚硬场地工况下的响应最小,其他工况均介于两者之间且呈规律性变化,柔软场地工况下的主梁内力响应较坚硬场地下的响应最大相差407%;考虑各局部场地效应工况对主梁左边跨地震响应影响,区别于主梁主跨,主梁左边跨位移、内力响应除在柔软场地工况下出现最大值外,其他场地工况下的地震响应值交替变化,变化规律并不完全明确。综合考虑各局部场地工况,采用时程分析法斜拉桥地震响应计算结果总体大于频域虚拟激励法计算结果,各关键地震响应增大率介于9%~182%。因此,对于超千米跨度公铁两用斜拉桥抗震分析,频域方法可能会低估其地震响应,为准确评估斜拉桥动力响应,时程分析法依然是首选的抗震分析方法。

铁路桥梁金属耗能防落梁装置力学性能研究

针对目前铁路桥梁钢防落梁装置缺乏缓冲耗能能力的问题,提出一种金属波纹钢耗能防落梁装置,采用Ansys软件建立多种类型金属波纹钢耗能元件有限元模型,对比研究各耗能元件的滞回性能,比选出最优方案,推导建立金属耗能防落梁装置关键力学参数计算理论和装置力-位移骨架曲线计算方法,建立金属耗能防落梁装置设计方法并编制了装置设计软件,进行耗能防落梁装置力学性能试验验证,开展波纹钢厚度、波纹钢幅值、钢材硬化比、半波弦长等参数对耗能防落梁装置力学性能的影响分析。研究结果表明:建立的铁路桥梁金属耗能防落梁装置设计方法正确,算法精度高,满足工程应用的要求,推荐采用正弦波纹钢和半圆波纹钢作为耗能防落梁装置的耗能缓冲元件,研发的耗能防落梁装置可用于高烈度地震区铁路桥梁抗震及减震,具有良好的经济性和适用性。

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥总体设计

韩家沱长江大桥主桥为(81+135+432+135+81)m双塔双索面钢桁梁半飘浮体系斜拉桥。主梁为平行弦钢桁梁,N形桁架,2片主桁,桁间距18m,桁高14m,节间长13.5m,采用正交异性板整体钢结构桥面,节点为焊接整体节点结构形式。桥塔为折线H形桥塔,采用C50混凝土,最大塔高187.5m。全桥共设56对镀锌高强钢丝斜拉索,呈平行的扇形双索面布置。在设计中通过在钢桁梁下弦杆底分段设置导流板经济有效地抑制了钢桁梁的涡激振动,研发了利用带控制开关的新型锁定装置控制列车制动力引起的结构振动、利用粘滞阻尼器控制地震响应的综合控制系统。

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度设计及取值研究

研究目的：通过统计国内外已建成并安全运营的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥刚度参数，参考国内外现有规范，结合铁路斜拉桥的刚度特点，分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度指标。在此基础上，通过车桥耦合振动的分析方法，分析大跨度铁路钢桁梁斜拉桥高跨比、宽跨比对车辆与桥梁的动力响应影响，提出大跨度铁路钢桁梁斜拉桥的刚度取值范围。研究结论：（1）结合已建成的大跨度铁路钢桁梁斜拉桥及现有规范，考虑荷载差异，大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向刚度可适当偏低，大跨度铁路钢桁梁斜拉桥竖向挠跨比设计值可取为1／500～1／800；（2）设计风速时横向挠跨比可放宽到1／1000—1／2000，可行车风速下横向挠跨比限值按规范取为1／4000；（3）桁架高跨比可取为1／25～1／40，桁架宽跨比可取为1／25—1／35；（4）本文研究成果对今后大跨度铁路斜拉桥初步设计工作具有一定的指导意义。

渝黔铁路新白沙沱长江特大桥主桥设计关键技术

新白沙沱长江特大桥主桥为(81+162+432+162+81)m的铁路钢桁梁斜拉桥。大桥采用双层桥面,上层布设4线客车线,下层布设2线货车线。通过方案比选,确定钢桁梁采用制造简单、安装方便的2片主桁矩形断面方案。2片主桁的每根竖杆处均设三角形桁架式横联,其与上层桥面的横梁以及下层桥面的竖向和斜向吊杆组成强大的横向传力体系。下层桥面通过设置制动撑架确保纵梁的连续。采用并置平行钢丝斜拉索,以满足单点索力18 000kN的受力要求。索梁锚固采用双索锚固整体双锚拉板+锚箱的复合式结构,索塔锚固采用环向预应力结构。制定了大桥6线铁路的强度加载标准和疲劳加载标准。采用多重减重措施,将桥梁的恒载由107t/m降低至97.5t/m,减少了用钢量。

铁路大跨度混凝土拱桥徐变变形控制因素研究

研究目的:混凝土拱桥具有较大的横竖向刚度、良好的环境适应性和较高的经济价值,在山区大跨度铁路桥梁建设中得到推广应用。然而,受拱结构的受力特点和混凝土的材料特性影响,混凝土拱桥在后期运营过程中会出现徐变下挠变形,直接影响线路的平顺度,进而影响行车的安全性和舒适性。本文以一座在建的铁路大跨度混凝土拱桥为研究对象,从分析混凝土徐变机理及影响因素出发,选取工法、加载龄期、铺轨时间以及拱上结构形式等因素作为变量,基于CEB-FIP(1990)徐变本构模型开展结构的徐变变形研究,分析不同因素下混凝土拱桥的徐变变形情况,探究徐变变形控制的主要因素。研究结论:(1)平衡加载法的受力模式使得拱圈顶底板应力差较大,导致后期徐变变形较大;(2)悬臂拼装法可以节省施工工期,但预制时间较短也会导致后期的徐变变形较大;(3)延长混凝土龄期和减少拱上结构重量对抑制后期徐变下挠有一定的帮助,但效果并不明显;(4)延迟铺轨对减小长期徐变下挠有明显的改善;(5)在以上四种影响拱圈后期收缩徐变的因素中,工法和铺轨时间对后期混凝土收缩徐变影响较大,可作为大跨度拱桥徐变变形控制技术的关键因素;(6)本文研究可为类似结构的设计提供参考和借鉴。

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥动力响应控制技术

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥为客货共线双线铁路桥,主桥采用(81+135+432+135+81)m钢桁梁斜拉桥。为保证其动力安全性,对行车和地震引起的结构振动、钢桁梁风致振动及风-车-桥系统耦合振动控制技术进行研究。该桥塔梁约束采用组合控制体系,即利用带控制开关的新型锁定装置控制行车引起的结构振动,利用液压粘滞阻尼器控制桥梁的地震响应,二者协同工作。采用在下弦杆底部设置外张导流板的措施抑制钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动现象,导流板吊点高度设为0.6m、倾角设为5.5°,导流板纵向分段长度取为1倍导流板宽度。根据风-车-桥耦合振动分析,考虑安全因素,制定各种风速下列车运行时的车速标准。经多年通车运营检验,该桥动力响应控制技术效果良好。

双线铁路简支梁桥的摩擦摆支座适用墩高范围研究

针对常用的32 m跨度双线铁路简支梁桥,研究摩擦摆支座在不同墩高情况下的减隔震率,确定适用墩高范围。运用OpenSEES软件,分别建立不同墩高情况下的采用普通支座(即球形钢支座)和摩擦摆支座的铁路简支梁桥有限元模型。对比采用2种不同支座的桥梁在同一地震动输入下的地震响应,确定不同墩高情况下的摩擦摆支座的墩顶位移减隔震率与墩底弯矩减隔震率。研究结果表明:如果要求纵、横向墩顶位移减隔震率大于55%,同时要求纵、横向墩底弯矩减隔震率大于25%,常用双线铁路简支梁桥的适用墩高范围为0~52 m。

铁路桥梁近断层地震响应与地震强度相关性

研究目的:以10组典型特征周期的铁路减隔震桥梁为研究对象,采用支座位置处延性位移作为地震响应参数(EDP),研究近断层地震作用下减隔震铁路桥梁地震响应参数与多种地震动强度指标IM的相关性。研究结论:(1)速度型IM指标最为适用于表征近断层减隔震桥梁非线性位移需求;(2)当结构初始特征周期与地震波高频能量集中区域频率及速度脉冲周期相近时,将导致EDP对IM值变化敏感,减隔震桥梁结构设计时应注意避开结构周期敏感区域;(3)本研究成果可为近断层铁路桥梁的减隔震设计提供技术支撑。

考虑风向角影响的风-车-桥耦合振动研究

研究目的:气流流经列车时,由于大气来流、线下结构和地形条件等影响,列车所受风荷载不一定为横风情况(90°风向角)。针对不同风向角下,风荷载作用下的列车通过典型铁路桥梁的动力问题,本文以20跨32 m高速铁路简支梁桥为背景,对不同风向角下桥上列车的气动特性进行风洞试验研究,并通过建立的基于刚柔耦合法的风-车-桥系统模型进行动力响应分析。研究结论:(1)随着风向角的减小,车辆的阻力系数逐渐减小;(2)随着风向角的减小,车辆的轮轴横向力、轮重减载率、脱轨系数和横向加速度动力响应值呈减小趋势;竖向加速度无明显变化规律,但在风向角为90°时竖向加速度最大;(3)横风情况时车辆的各动力响应值最大,行车最为不利;(4)本研究成果可为考虑复杂来流情况的风-车-桥耦合振动分析提供参考。

纳米TiO_2薄膜光催化降解苯酚的试验研究

采用交流磁控溅射法分别在载玻片、抛光单晶硅片(ITO玻璃)和铝片上制备出纳米TiO2薄膜,研究了薄膜厚度、退火温度及衬底对薄膜光催化降解苯酚性能的影响。结果表明:薄膜经500℃退火处理后TiO2由非晶态转变为锐钛矿结构,光催化降解性能得以提高;薄膜厚度在200nm以内时,随着厚度的增加则薄膜的光催化性能提高。比较了以玻璃、ITO玻璃和铝片为衬底制备的TiO2薄膜光催化降解苯酚的效果,结果表明,以铝片为衬底的降解效果最好,其在紫外光照射5 h后对苯酚的降解率达51%;ITO衬底次之;玻璃衬底的效果最差,不及铝片衬底的一半。

皮秒级光控光开关研究现状

介绍了目前常用的几种光控光开关(M-Z型、平面反射型、光克尔型、NOLM型、频移型等)的工作原理、性能和应用;介绍了几类对全光开关研究有十分重要意义的新材料;最后探讨了关于如何能够更好的研究光控光开关的一些思路。

跨度430m铁路钢管混凝土拱桥主拱设计

依托拉林铁路藏木雅鲁藏布江特大桥,对主跨430 m中承式钢管混凝土拱桥主拱拱圈的拱轴线、矢跨比、拱肋截面、拱肋高度及拱肋倾角进行对比分析,确定主拱主要设计参数,拱轴线采用悬链线,矢跨比为1/3.84,拱肋截面采用全桁式截面。研究提出铁路大跨度拱桥计算拱肋高度的推荐公式,并对场地狭窄V形峡谷区钢管混凝土主拱结构进行简要介绍,钢管桁架节段利用缆索吊机悬臂拼装架设,钢管内灌注自密实无收缩混凝土,单管采用四级接力泵送混凝土。该研究可为类似结构设计提供参考。