铁路简支梁桥中减震榫的设计及其减震性能研究

针对高速铁路桥梁整体刚度大导致地震反应相应较大的问题,提出一种适用于高速铁路桥梁的软钢阻尼器——减震榫,并与滑动支座共同作用,组成一种新的减震支座系统。采用双线性滞回恢复力模型描述减震榫的滞回耗能特性,以某四跨高速铁路简支梁桥为例,分析减震榫-滑动支座系统的减震性能及墩高对减震效果的影响。分析结果表明:采用减震榫-滑动支座体系,墩底剪力、墩底弯矩及墩顶位移均大幅减小,减震效果十分明显;合理地设置减震榫的参数,可实现支座系统的多级抗震性能指标;墩高对减震榫的减震效果影响较大,针对不同的桥梁结构,减震榫设置应单独进行参数分析以达到最优的减震效果。

减震榫滞回性能理论及试验研究

为明确减震榫的受力特点、变形形态及耗能效果,以高铁兰新线32m简支梁桥的减隔震设计为背景进行研究。推导减震榫核心性能参数的理论估算公式;对全尺寸减震榫试件进行拟静力循环加载试验,验证其滞回耗能性能;采用ABAQUS有限元软件对减震榫进行有限元模拟分析,并与理论计算值和试验结果进行对比。研究结果表明:减震榫滞回曲线饱满,具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,等效粘滞阻尼系数可达到40%,是一种理想的耗能元件;推导出的核心性能参数理论公式与有限元计算值和试验测定值非常接近,能够较为准确地反应减震榫的工作性能。

减震榫设计及试验研究

结合高速铁路桥梁抗震设计的需要,基于支座功能分离的设计理念,对现有防落梁装置的结构进行了改进,设计出上端线性,下端等强度的减震榫结构.通过对3种常用截面减震榫的延性分析,确定了圆形截面作为减震榫的合理截面形式,对两根等尺寸减震榫进行了拟静力试验,结果表明:减震榫具有稳定的滞回性能和良好的塑性变形能力,是一种理想的耗能元件.

减震榫-活动支座减震机理及影响参数研究

阐述减震榫-活动支座的工作原理及构造形式,以某5跨高速铁路简支梁桥为例,研究减震榫-活动支座的减震性能,并系统分析支座动力参数及桥梁结构自振周期对减震榫-活动支座简支梁桥地震响应的影响。结果表明:减震榫-活动支座能有效降低桥墩的地震需求,但会在一定程度上增加梁体位移;支座屈服强度对桥梁地震响应影响较大,应综合考虑其对桥墩内力和梁体位移的影响规律进行优化选择;支座初始刚度主要影响上部结构位移而屈服后刚度主要影响桥墩内力,为保证减震榫耗能能力发挥,建议硬化比控制在0.15以下;减震榫-活动支座减震效果随桥墩刚度减小呈先上升再降低的变化规律,更适用于高度小于16 m的桥墩。

空间结构有限元分析与监测技术研究

以大跨度空间结构为研究对象,系统研究了有限元分析方法在施工变形监测中的应用。并以某一大跨度空间结构为工程事例,详细阐述了其结构分析与监测的整个过程,最后结果显示利用有限元分析方法较好地模拟出了结构变形过程,表明其在建筑结构设计、施工、监测等方面具有很好的工程实用价值。

列车诱发振动对转体施工桥梁稳定性影响分析

桥梁在转体施工过程中通常要封闭其所跨越的铁路或公路,因而对交通特别是城市交通造成较大影响。本文以秦皇岛市西部快速路工程跨越京哈铁路转体施工桥梁为依托,利用加速度传感器测试了不同类型列车通过时球铰附近的地基振动情况,并运用有限元软件Midas对测得的加速度时程曲线进行了分析,评估了列车诱发的振动对转体桥稳定性的影响。研究结果表明:列车诱发的振动不会对该转体施工桥梁的稳定性产生很大的影响;梁体各点振动位移和加速度远小于本地区抗震设防烈度值;梁体不会由于列车诱发的地面振动而晃动,更不会倾覆;桥梁在转体施工过程中可以不封闭所要跨越的铁路。其它类似桥梁可采用同样的分析方法评估列车诱发振动对转体施工桥梁稳定性的影响,从而决定是否封闭交通。

拉弯组合荷载下CFRP加固钢板表面裂纹应力强度因子分析

采用"三维实体-弹簧-壳"有限元模型对承受拉弯组合荷载的CFRP加固钢板表面裂纹应力强度因子(SIF)进行计算,并研究了拉弯应力比、裂纹特征及粘贴层数等因素对加固效果的影响。研究结果表明:采用CFRP加固,可显著降低钢板半椭圆表面裂纹前缘的应力强度因子;最大名义拉应力相同的条件时,CFRP的加固效果随拉弯应力比的增大而降低;裂纹特征对加固效果影响较大,对于裂纹面面积较大及形状扁平的裂纹CFRP会取得更好的加固效果;增加CFRP层数能在一定程度上提升加固效果,但加固效果与其粘贴层数并不成正比,需考虑胶层传递荷载能力以免造成材料的浪费。

碳纤维复材加固钢板表面裂纹疲劳扩展研究

提出半椭圆表面裂纹疲劳扩展的一种有限元计算方法,该方法利用有限元软件计算裂纹前缘应力强度因子,采用Paris公式预测裂纹扩展量,通过有限元网格的自动重构来模拟分析表面裂纹的疲劳扩展过程。以中心表面裂纹钢板为研究对象,验证了所提方法的有效性和可行性,在此基础上,对常幅疲劳荷载作用下碳纤维复材(CFRP)加固钢板的表面裂纹扩展特性及疲劳寿命预测进行了研究。研究结果表明:CFRP加固能有效降低表面裂纹的扩展速率,长度方向由于直接受到CFRP的约束作用扩展速率降幅更大;裂纹形状比对CFRP加固效果影响较大,形状扁平的表面裂纹的疲劳寿命提升效果更好;加固后裂纹形状比相对加固前有所增大,增幅与其初始裂纹尺寸有关。

高铁桥梁整体式减震榫低周疲劳寿命预测

为了解高铁桥梁整体式减震榫的疲劳性能,确定其低周疲劳寿命,提出采用临界平面法和能量法组合的方法对减震榫的低周疲劳寿命进行预测。该方法以临界平面上的塑性应变能作为减震榫的疲劳损伤参量,通过坐标变换法求得减震榫在给定榫顶水平位移下最大损伤平面上的塑性应变能,然后根据塑性应变能与疲劳寿命之间的幂指数函数关系进行疲劳寿命预测。通过3个减震榫试样的低周疲劳试验验证该方法的准确性。结果表明:减震榫试样的低周疲劳预测寿命与试验寿命相差很小,提出的方法能较准确地预测减震榫的低周疲劳寿命。

膨胀剂和高吸水树脂组合对混凝土收缩的影响

为调控混凝土早期收缩开裂,探究膨胀剂和高吸水树脂内养护剂组合对混凝土早期收缩的调控规律及对力学强度的影响,本研究以膨胀剂和内养护水均占胶凝材料总质量的0、3%、6%、9%组合掺入的混凝土作为对象,测试了早期自由变形、抗压和劈裂抗拉强度以及干燥失水率。结果表明:随着膨胀剂和内养护水组合掺量的增加,前3 d龄期内的混凝土自由变形曲线由“W”型逐渐向“L”型演变,混凝土28 d内自收缩和干燥收缩均被调控下降,直至掺量9%组密封养护下产生1 310×10^(-6)的明显膨胀;但各组的净干燥收缩仍不能根除,同时28 d龄期的力学强度逐渐降低。混凝土3~28 d内净干燥收缩和干燥失水率基本呈线性相关。基于试验结果,确定6%组合掺量在本研究中相对较优。