公铁两用大跨度斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性研究

高速铁路大跨度斜拉桥结构变形受其复杂服役环境影响显著,而无砟轨道对工后变形的调整能力有限,因此大跨度斜拉桥的复杂变形条件将直接影响其上无砟轨道结构的适应性。以沪渝蓉高铁长江北支公铁两用大跨度斜拉桥应用无砟轨道为工程背景,建立无砟轨道-大跨度斜拉桥一体化精细空间有限元模型,分析铁路、公路以及温度等多种荷载联合作用下大跨度斜拉桥-无砟轨道体系平顺性、无缝线路稳定性和无砟轨道层间变形协调性,从而对大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性开展深入研究。结果表明:在运营荷载及温度荷载最不利组合作用下,大跨度斜拉桥主梁线形平顺,变形平缓,桥梁整体刚度较好,桥上无砟轨道几何形位可以满足静态验收标准;大跨度斜拉桥上无缝线路的强度和稳定性满足要求,扣件工作性能良好,钢轨伸缩调节器的设置可有效释放梁端钢轨的纵向应力;无砟轨道层间设置橡胶隔离层且不跨主梁桁架节间的布置方式可提高大跨度斜拉桥上无砟轨道的变形协调性能,使得桥上无砟轨道层间始终处于受压状态,达到“隔而不离”的桥上轨道层间理想服役状态;大跨度公铁两用钢桁梁斜拉桥-无砟轨道体系变形适应性良好。本文研究成果可为公铁两用大跨度钢桁梁斜拉桥上无砟轨道的应用提供技术参考。

大跨度斜拉桥模态参数长期追踪及其变异性分析

为了丰富大跨度斜拉桥模态参数的实测数据库,依托苏通大桥结构健康监测系统采集的数据,采用所建立的模态自动识别和追踪方法,获取了2010年期间该桥的模态参数值,并据此分析了在温度和风速作用下桥梁模态参数的变异性。研究结果表明,大桥主梁模态频率的变化受温度和风速共同影响,随着温度的升高而降低,随着风速的升高而增加。大桥主梁模态阻尼比的变异性显著大于模态频率,低风速下主梁一阶侧弯阻尼比在0.5%~15%之间波动,风速大于9 m/s时逐渐降低并稳定在2%左右。大桥主梁前四阶竖弯阻尼比受气动阻尼的影响较大,在风速较小时随着风速的增加略有增加。研究结果可为大桥的服役性能评估与运营管理提供参考。

大跨度斜拉桥索塔侧壁锚固区受力性能分析

以大跨度斜拉桥主塔索塔锚固区为研究对象,采用Midas FEA NX软件建立索塔锚固区实体有限元模型,并对索塔锚固区空间应力进行分析。结果表明:1)主塔在挂索前后、运营阶段及断索工况下,塔壁横桥向、纵桥向应力均为压应力,预应力配束较为安全合理;2)长索锚固齿块的正上方区域锚后牵拉效应较为突出,设计过程中应加强该区域的配筋,限制其开裂。

风荷载作用下的大跨度斜拉桥振动分析

风荷载是引起桥梁随机振动的主要原因之一,因此风致振动的分析研究对于实际桥梁的设计及振动控制具有重要意义。风通常用随机过程描述,并且在空间位置上具有相关性,相应的振动分析可基于随机振动理论进行研究。基于此,本文以白居寺长江大桥为研究对象,开展对于大跨度斜拉桥的风致振动响应研究,算例分析表明,通过样本模拟得到的响应均值和标准差足以描述其概率特性。本文研究成果对于桥梁的振动控制及设计具有工程指导意义。

大跨度斜拉桥超长拉索多模态振动阻尼协同控制技术研究

沪苏通长江大桥是目前世界上最大跨度的公铁两用斜拉桥,其超长超重斜拉索振动模态复杂,振动控制难度大。通过理论分析结合现场实测,得出了适用于大跨度斜拉桥超长斜拉索多模态振动控制方法及技术。研究表明:实测分析超长斜拉索施工期的振动具有多模态特征,既有中低阶振动(5~15阶),也有高阶振动(46~50阶);提出的外置式杠杆质量阻尼器ELMD和摆锤式MTMD阻尼器协同控制分析方法,理论分析结果满足斜拉索多模态控制要求,有效振动控制范围提升至60阶;研发的新型ELMD阻尼器通过杠杆放大和齿轮放大作用,为斜拉索提供附加阻尼和附加惯质作用,中低阶实测阻尼对数衰减率δ≥3%;研发的摆锤式MTMD阻尼器,采用摆锤式结构,利用质量调谐作用实现斜拉索高阶减振,现场无肉眼可见振动;通过长期健康监测系统显示,台风“烟花”过境期间监测到的最大振动加速度为0.012g,大桥正常运营期间,斜拉索的振动加速度基本被控制在0.01g以下。

高铁大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性理论与试验研究

高速铁路大跨度斜拉桥应用无砟轨道可提高线路平顺性和稳定性,消除线路的潜在限速点,统一轨道类型,减少轨道线路运维成本,是我国高速铁路的重要技术创新。依托世界首座无砟轨道大跨度斜拉桥-昌吉赣客专赣州赣江特大桥,建立大跨度斜拉桥-无砟轨道体系精细化有限元分析模型,探明了大跨度斜拉桥-无砟轨道一体化体系的变形特征,设计并制作了大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性的等效比例室内试验模型,开展了大跨度斜拉桥上无砟轨道变形适应性理论与试验研究,对比分析了大跨度桥上无砟轨道的不同长度、隔离层类型及布置方式的影响,研究了在各类变形条件下大跨度斜拉桥上无砟轨道的变形跟随性和协调性。研究结果表明:大跨度斜拉桥梁端转角和主梁整体挠曲变形仍可依据现行规范中的中小桥梁相关限值进行控制;应合理控制斜拉桥主梁节间的局部变形,避免桥上无砟轨道层间出现脱空离缝;提出了大跨度斜拉桥上单元式无砟轨道设置橡胶隔离层的技术方案,论证了橡胶隔离层的应用效果,建立了桥上无砟轨道橡胶隔离层的“缓冲作用”理念和轨道层间“隔而不离”的设计目标,显著提高了桥上无砟轨道的变形适应性;本文研究成果可为高速铁路大跨度斜拉桥上无砟轨道的推广应用提供技术支持。

高铁大跨度斜拉桥上无砟轨道轨排平面位置测控新方法研究

为探讨高铁大跨度斜拉桥主梁结构稳定性差且桥面形变量大,主梁上CPⅢ控制点平面坐标受到荷载、温度变化导致多值性,海湾风力大导致主梁上智能型全站仪难以整平和设站精度低等问题,依托新建福厦高速铁路安海湾大跨度斜拉桥工程,对上述技术问题进行研究,提出一种采用“准直线法”进行高铁大跨度斜拉桥主梁上无砟轨道轨排平面位置测控的新方法。通过在主梁上单侧钢轨的中心线布设若干个平面基准点,建立一条无砟轨道轨排平面位置测控基准线,通过“准直线法”实测无砟轨道轨排工具轨与基准线间的横向偏差,并验证“准直线法”测控坐标与设计坐标较差小于规范要求的2 mm限差,进而指导无砟轨道轨排工具轨平面精调工作。研究结果表明:“准直线法”克服了大跨度斜拉桥主梁上CPⅢ点坐标的多值性和智能型全站仪设站困难等问题,达到指导主梁上无砟轨道横向精调的目的;通过检测点间的横向坐标偏差之差,验证了“准直线法”的精度和可靠性均能够满足高速铁路工程测量规范的要求。该方法已经成功指导安海湾大跨度斜拉桥主梁上的无砟轨道施工,从而保证了新建福厦高铁控制性工程的顺利施工,可为今后大跨度斜拉桥上无砟轨道轨排工具轨施工平面精调工作提供参考。

结构参数变化对大跨度斜拉桥动力特性的影响分析

以武汉西四环汉江特大桥为研究对象,利用ANSYS有限元软件建立斜拉桥空间动力学分析模型,分析二期恒载变化、拉索损伤和拉索断裂等结构因素变化对大跨度斜拉桥动力特性的影响。结果表明,二期恒载的变化和少数拉索的断裂对大跨度斜拉桥动力特性的影响很小,但拉索损伤会导致大跨度斜拉桥振动频率发生较显著变化,其中拉索有效面积的变化对斜拉桥动力特性的影响最显著。

基于北斗高精度定位系统的大跨度斜拉桥平面坐标实时预测法

大跨度斜拉桥在受到外界条件影响时,易造成桥梁上加密CPⅡ、CPⅢ平面坐标发生变化。为解决该问题,采用一种基于北斗高精度定位系统的坐标实时预测的方法,首先将大跨度斜拉桥上的加密CPⅡ设置成带有棱镜的北斗高精度定天线,通过该定位天线不仅能实时测量加密CPⅡ坐标,而且天线下的棱镜可与CPⅢ进行联测;然后通过桥梁上加密CPⅡ的实时坐标与首期坐标,利用四参数变换求解实时转换参数;CPⅢ实时坐标可通过实时转换参数计算获得。通过比较某大跨斜拉桥CPⅢ连续4期的实测成果与计算成果,X方向最大较差值为3.0 mm,最小较差值为-3.0 mm,Y方向最大值较差为2.9 mm,最小较差值为-3.0 mm,满足《高速铁路工程测量规范》的要求。研究结果表明,CPⅢ坐标实时预测方法可行,适用于高速铁路大跨斜拉桥CPⅢ实时坐标预测,为轨道工程施工提供一种新方法。

大跨度斜拉桥桥面线型测量方法研究

大跨度斜拉桥结构刚度小、变形大,为保证无砟轨道施工后轨道线型达到设计要求,施工过程必须快速精确地测量各关键工序前后的桥面线型。区别于传统的水准测量方法,本文基于水准仪单次测量数据精度高、可靠性高的事实,提出采用中视法水准测量方法进行桥面线型测量,大大地提高了测量的效率。通过对该方法基本原理的阐述、精度估计以及实例验证,论证了该方法具有可行性,可为其他大跨度桥梁无砟轨道施工提供一定的参考。

在役高速公路大跨度斜拉桥荷载试验研究

淮安大桥为大跨度双索面斜拉桥,已服役18年,为掌握大桥当前结构状态和受力性能,对大桥进行荷载试验,针对主梁最大正负弯矩、主塔最大弯矩、主梁挠度、塔偏等设计加载工况。结果表明,淮安大桥测试截面的平均应变、挠度及塔顶偏位的校验系数均处在合理范围内,相对残余均小于20%,大桥处于弹性工作阶段,受力性能良好,满足设计荷载的正常使用要求。

高性能材料和耐久性设计在大跨度斜拉桥中的应用与实践

高性能材料和工艺的应用,是一种理念创新,也是一种技术创新。本文采用实证分析法,论述了高性能耐久材料在大跨度斜拉桥中的应用细节与实施效果,得到如下结论:高性能混凝土的应用可以极大地提高材料使用效率,减小断面尺寸和结构自重,简化结构配筋,简化施工流程,适合各类结构形式与安装方法,特别是在钢-混组合结构中,其优点更加突出;采用高强度钢结构可以有效降低构件的自身重量,降低施工难度;综合长效防腐体系的斜拉索有效满足了桥梁的耐久性和抗风动力性能需求,有效兼顾了运营期构件更换的便利性,对交通限制时间更短、影响更小;新型高性能桥墩防船撞消能装置的正撞碰撞力消减幅度达38.0%。

基于改进Kriging模型的大跨度斜拉桥结构可靠度分析

对大跨度斜拉桥结构体系进行结构可靠度分析时,其极限状态方程与功能函数存在着高度非线性与繁杂失效路径的特点,从而会加大计算成本并导致精度失准。为此,提出将改进粒子群(IPSO)算法应用到Kriging模型的参数寻优过程中,并利用Kriging模型在小样本和高维非线性数据处理能力上的优势,建立响应面模型来逼近实际的极限状态函数,同时通过改进粒子群算法的寻优能力,使得计算结果处于全局最优。结合工程实例对该算法的有效性进行验证,结果表明:改进粒子群算法与传统PSO算法相比对Kriging模型各参数的寻优效果更好;提出的方法在样本数量、计算精度、迭代次数等方面相对于传统可靠度分析方法具有明显的优势,可为斜拉桥结构可靠度计算提供方法参考。

考虑位移失效模式大跨度斜拉桥可靠度分析

为了解决传统方法在计算大跨度斜拉桥可靠度时难以将功能函数显式表式,以及计算效率低的问题,将支持向量机(SVM)理论引入斜拉桥可靠度计算中,以某大跨斜拉桥为工程背景,在有限元软件中建立实体模型,考虑位移失效模式,建立主梁跨中变形极限状态方程,采用支持向量机模型进行可靠度计算,得到可靠度指标,并对随机变量进行敏感性分析,找出了对大跨度斜拉桥跨中变形可靠度影响最大的变量。结果表明:基于支持向量机理论计算可靠度时,效率与精度均能得到保证;汽车荷载对大跨度斜拉桥结构可靠度的影响最大,其值变化最容易使结构跨中变形过大导致位移失效,在设计、施工以及使用过程中,应密切关注桥梁上的车辆通行情况,禁止车辆超载。

大跨度斜拉桥主体结构的抗震设计与加固技术

简述了大跨度斜拉桥抗震设计理论,结合实际工程通过构建有限元模型、结构抗震体系比较和拉索减震支座的设计,详细阐述了大跨度斜拉桥的抗震设计技术,进而叙述了大跨度斜拉桥抗震设计注意事项和大跨度斜拉桥加固技术,为建设大跨度斜拉桥提供了借鉴。

大跨度斜拉桥索导管测量及定位技术研究

本文旨在研究大跨度斜拉桥索导管定位技术,通过构建基于桥梁设计参数和施工要求的三维坐标系,运用Excel软件编程和CAD建模查询等手段,实现了索导管关键点的精确快速定位。同时,根据索导管定位特征设计了定位板模具,并提出辅助钢板定位技术,以应对复杂条件。实践应用表明,这些技术成果有效提高了索导管定位的精确度和效率,为大跨度斜拉桥建设提供了可靠的技术支持。

高速铁路大跨度斜拉桥主梁CPⅢ点实时高程预测模型算法研究--以昌赣高铁赣江特大桥为例

大跨度斜拉桥梁体受到多种环境因素的影响会发生变形,进而导致桥面CPⅢ控制点的成果具有多值性,昌赣高铁赣江特大桥主跨长300 m,采用常规的技术方法在如此大跨度斜拉桥上铺设无砟轨道难度较大。通过实测桥面CPⅢ点位高程、大气温度、梁体温度和桥塔位移变形,建立以上几种参数之间的关系模型,通过模型计算各个CPⅢ点在不同温度条件和桥塔偏移量下的变化量,并验证模型计算结果和实测结果较差小于规范要求的3 mm限差,进而采用模型计算的高程数据进行自由设站,设站精度均不大于规范要求的0.7 mm限差,说明本研究模型计算的CPⅢ点高程能够在实际工程应用中使用并满足规范的精度要求。

基于易损性的大跨度斜拉桥黏滞阻尼器参数优化

大跨度斜拉桥黏滞阻尼器的参数设计通常基于特定地震波的单一构件性能优化,未考虑地震动随机性的影响,以及构件间的相对损伤情况。针对上述问题,提出基于易损性和响应面的参数优化方法:以一座大跨斜拉桥为例,采用OpenSees建立非线性动力模型,基于易损性分析理论评估不同黏滞阻尼器参数下的斜拉桥抗震性能,利用响应面拟合阻尼器参数与易损性的非线性函数关系,以系统易损性最小、损伤路径合理为目标进行参数优化。结果表明:速度指数一定时,随着阻尼系数的增大,各支座的抗震性能单调递增,桥塔和斜拉索的抗震性能先增后减,过渡墩和辅助墩的抗震性能变化很小,基本不受阻尼器参数的影响;斜拉桥黏滞阻尼器的最优参数是桥塔与支座抗震性能综合最优的结果;未优化构件损伤路径所得参数的系统抗震性能更优,但损伤路径并不合理,会高估斜拉桥的实际抗震表现。

超大跨度斜拉桥横桥向恒载不对称结构合理施工状态研究

为研究横桥向恒载不对称结构力学行为,以常泰过江通道主航道桥为工程背景,采用MIDAS软件建立空间杆系全桥有限元模型。采用施加不对称索力的方法来控制主梁扭转变形,并通过影响矩阵法优化成桥索力,实现“塔直梁平”的理想成桥目标状态。运用无应力状态法,详细模拟桥梁悬臂施工过程,对斜拉桥结构的分阶段形成作正装非线性计算,确定斜拉桥合理施工状态。分析结果表明:通过调整横桥向的不对称索力可以得到大桥的理想成桥线形,采用两次张拉的施工方案中桥梁结构未发生明显的扭转和空间变形,合龙状态良好;考虑安装过程得到的成桥线形和索力与理想成桥目标状态一致。

高速铁路大跨度斜拉桥上无砟轨道振动特性试验研究

应用橡胶隔离层可提高大跨度斜拉桥上无砟轨道的适应性,但橡胶隔离层的引入会改变桥上无砟轨道结构的振动特征。文章设计制作了大跨度斜拉桥-无砟轨道节段模型,开展了多个工况的力锤锤击试验,探讨了土工布隔离层或橡胶隔离层无砟轨道的振动特征和振动传递规律,对比分析其减振效果。主要得到以下结论:橡胶隔离层的引入,降低了道床板的振动频率,对其振动模态特性也有一定的影响;在选择无砟轨道隔离层时应充分考虑道床板-橡胶隔离层体系的固有频率。橡胶隔离层使无砟轨道结构的振动激励频段更加集中,振动更加稳定,衰减过程更加平稳。橡胶隔离层对混凝土道床板的振动传递有明显的衰减作用;与土工布隔离层相比,橡胶隔离层具有明显的减振作用,其减振效果高达土工布隔离层的10倍以上,在无砟轨道中合理地引入橡胶隔离层可以有效地降低振动水平,在提高大跨度斜拉桥上无砟轨道服役性能的同时改善其振动特征。