基于负刚度装置的超长联大跨连续梁桥地震反应控制研究

为完善超长联大跨连续梁桥的减、隔震技术,将负刚度装置引入到超长联大跨隔震连续梁桥中组成新型减、隔震系统,并与黏滞阻尼器-摩擦摆支座组合减震系统进行比较。基于CSiBridge软件建立全桥有限元模型,负刚度装置采用弹性多段线模拟,摩擦摆支座采用双线性恢复力模型,黏滞阻尼器采用Maxwell模型,输入3条地震波进行非线性时程分析,考查两种新型减、隔震系统下桥梁结构的地震反应,探究负刚度系统及黏滞阻尼器系统对超长联大跨连续梁桥地震反应的控制效果。研究结果表明:负刚度装置与黏滞阻尼器均可以有效地减小超长联大跨隔震连续梁桥的支座位移。负刚度装置对桥墩内力反应及梁体加速度反应的控制优于黏滞阻尼器。负刚度装置在超长联大跨连续梁桥地震反应控制中有较好的应用前景。

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。

金属橡胶桥梁支座疲劳试验研究

以某公路桥梁为工程背景,设计并制作了两个足尺金属橡胶桥梁支座试件,开展了200万次的竖向疲劳试验,探讨了疲劳前后支座力学性能的变化规律。在疲劳试验过程中每隔20万次进行了一次压缩试验,得到了一组支座竖向压缩滞回曲线。疲劳试验前后分别进行了支座压剪试验,得到了支座水平剪切滞回曲线。引入疲劳损伤因子对金属橡胶桥梁支座的疲劳损伤进行了定量表征。结果表明:金属橡胶桥梁支座疲劳损伤主要表现为内部金属丝之间的磨损、局部断丝、掉丝。疲劳损伤会显著降低支座一侧的水平承载力、屈服后刚度和等效剪切刚度,且使支座的水平剪切滞回曲线变得明显不对称,但会增大支座的整体耗能能力。支座竖向等效刚度及等效阻尼比随着疲劳加载次数先增大后减小然后再趋于稳定。200万次疲劳循环后的剪切等效刚度、竖向等效刚度及竖向等效阻尼比损伤因子均小于0.3,支座具有良好的疲劳性能。

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。

强紫外线辐照下水泥砂浆的强度与干缩及水化性能

为掌握紫外线辐照对水泥基材料力学强度、干缩变形及水化作用的影响规律,通过模拟试验,研究分析标准干缩环境、紫外线辐照环境等三种条件下不同组成水泥砂浆的强度、干缩变形、质量变化率及水化进程等参数变化。结果表明,强紫外线辐照对水泥砂浆的抗折、抗压强度存在不利影响,且随着紫外线辐照时间延长,不利影响越显著。同时,紫外线辐照作用显著增加砂浆试件的水分蒸发速率和干缩变形,而试件的水化程度呈下降趋势。

铁路钢-混结合梁下平联布置形式研究

为提高高速铁路钢-混结合梁的抗扭转性能,采用数值模拟对下平联布置形式进行了研究,建立了双工字形、三工字形和双槽形3种截面形式钢-混结合梁的有限元模型,分析了单线列车偏载作用下梁体扭转引起的轨面不平顺值及两片主梁的位移比,结果表明:(1)双槽形钢-混结合梁抗扭性能较好,不需设置下平联即可满足高速铁路行车要求;(2)工字形钢-混结合梁设置下平联后,抗扭性能得到显著改善;(3)建议200 km/h及以下速度铁路工字型截面钢-混结合梁下平联选择桁式结构的形式,200 km/h以上速度铁路选择混凝土底板的形式。

武广客运专线白家塱2号大桥无碴轨道无缝道岔梁设计

根据国内外桥上铺设无缝线路道岔的应用经验和目前无缝线路道岔的研究成果,确定18号无缝道岔梁的合理结构形式和孔跨布置,制定无缝道岔梁设计控制参数;介绍白家塱2号大桥无碴轨道无缝道岔梁设计情况。

客运专线4线双桁钢桁连续梁桥面系设计研究

以南昌枢纽向莆引入东新赣江特大桥为工程背景,介绍客运专线4线双桁钢桁连续梁桥面结构的设计研究,比较研究非结合梁、半结合梁、全结合梁、正交异性板的优缺点。由于在大跨度钢桁梁结构上,正交异性钢桥面板技术上更加成熟、稳妥,正交异性板桥面系既能减小结构自重,减少主桁用钢量,又具有良好的耐久性,结合4线双桁的结构受力特点,得出"大纵梁、大横梁"的正交异性钢桥面板是客运专线4线双桁大跨钢桁梁桥面系合理可行的方案选择。

客运专线四线双桁钢桁连续梁桥面系设计

南昌枢纽向蒲引入东新赣江铁路桥于南昌市郊跨越赣江,要求单向通航孔净宽不小于105 m,双向通航孔净宽不小于180 m,拟建大跨度的4线合建2桁钢桁连续梁,结合客运专线四线双桁钢桁连续梁桥面结构设计研究成果,得出"大纵梁、大横梁"的正交异性钢桥面板方案是客运专线四线双桁大跨钢桁梁桥面系的合理选择。

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。

双锚拉板-锚箱索梁锚固结构设计研究及疲劳试验

铁路斜拉桥索梁锚固结构既承受着恒载索力,又有活载索力长期的反复作用,铁路活载冲击作用大,活载索力所占比重大,且构造复杂,须合理设计以解决疲劳问题。以渝利铁路韩家沱长江大桥为实例,针对铁路钢桁梁斜拉桥索梁锚固区的受力特征与抗疲劳要求,设计研究了一种新型的索梁锚固结构,即整体式双锚拉板-锚箱复合式索梁锚固结构,建立索梁锚固结构板壳有限元分析模型,进行了数值模拟分析,加工制作了1∶1足尺模型并进行了静力加载与动力疲劳试验。分析与试验验证表明,该锚固结构具有较好的受力与抗疲劳性能,在铁路钢桁梁斜拉桥上具有很好的适用性。

斜拉桥索塔低回缩环向预应力锚固结构研究

为设计一种新型的斜拉桥索塔锚固区预应力锚固结构,避免采用常用环向预应力索塔锚固结构带来的局限性,在调查分析了已有研究成果的基础上,从锚固区环向预应力损失的原理出发研究减少预应力损失的措施,提出了新型的低回缩环向预应力锚固结构方案。以韩家沱长江特大桥索塔锚固区为研究对象,设计了索塔低回缩环向预应力锚固结构和U形环向预应力锚固结构,并对这2种方案的有效预应力及预应力作用下索塔锚固区混凝土应力进行计算,结果表明,采用低回缩环向预应力锚固结构可显著减少预应力损失且有效应力沿程分布均匀,索塔锚固区的混凝土应力分布也更加均匀。

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥预拱度设置

研究目的:目前,国内对于预拱度设置研究多集中于悬臂法施工的连续刚构及连续梁桥,对钢桁梁预拱度设置的研究则很少,而对钢桁梁斜拉桥预拱度设置的研究则几乎为零。本文对钢桁梁斜拉桥理想预拱度的设置方法进行研究探讨,为该类桥梁的设计与施工提供指导。研究结论:对于钢桁梁斜拉桥,将各上弦杆的长度调整量设置为变量,并将各上弦杆长度调整量对节点拱度或其它约束条件的影响向量组成带约束条件多元方程组,约束多元方程组解的范围,求解其最逼近的一组解便得到与理论值几乎完全一致的预拱度值。通过对理论解进行取整、合并与调整后便可获得结构较理想的预拱度。

基于非线性规划实现钢桁连续梁预拱度

研究目的:大跨钢桁连续梁结构复杂,预拱度较大,影响预拱度计算结果因素较多。本文通过运用非线性规划理论建立数学模型,利用MATLAB软件,达到准确快速求解桁式方案复杂、拱度值较大的钢桁连续梁桥预拱度曲线的目的,为大型钢桁连续梁桥预拱度曲线实现方法提供参考。研究结论:求解桁式复杂的钢桁连续梁桥预拱度,应采用升降温计算方法实现结构预拱度;非线性规划理论优化目标明确,约束方程灵活,可方便快捷地得到结构的预拱度曲线,不失为一种求解桥梁预拱度曲线的普遍方法;本方法仅改变上弦杆的长度,可使设计工作大大简化。

川藏铁路大跨度桥梁抗震设防标准研究

高烈度地震区大跨度桥梁较多是川藏铁路的特征之一,确定抗震设防标准是川藏铁路大跨度桥梁抗震设计首先需要解决的问题。从超越概率与地震重现期关系入手,详细分析国内外典型大跨度桥梁的抗震设防标准,结合设计地震加速度与超越概率的关系,计算得到铁路B类桥梁的重现期,明确其抗震设防标准。以地震重现期为主要指标,探讨川藏铁路大跨度桥梁的抗震设防标准及不同烈度多遇地震对应的重要性系数,可供铁路大跨度桥梁抗震设计参考。

铁路客运专线连续梁-拱组合结构设计

研究目的:本文以成绵乐客运专线鸭子河特大桥(56+116+56)m连续梁-拱桥为工程背景,研究梁拱组合结构的梁拱构造、吊杆受力特性、支座布置、施工方法等,通过对模型的建立、荷载的选取、梁拱及吊杆的检算、动力特性及拱座局部分析计算,介绍梁拱结构的结构特点,为今后类似工程的修建提供参考。研究结论:连续梁拱组合结构能较好地发挥连续梁和拱两种结构体系的优点。与同跨度连续梁相比,由于拱的加劲作用,能够有效降低主梁的高度,同时,钢管对混凝土的套箍作用,提高了混凝土的抗压强度和变形能力,管内混凝土又有效地增加了钢管的局部稳定性,使拱与梁受力性能都得到较好的发挥,使梁拱组合结构具有整体受力特性好、结构刚度大、建筑高度低、施工方法成熟等优点。

钢桁梁腹杆插入式节点杆端应力分析与探讨

研究目的:为便于制造与安装,大跨钢桁连续梁桥往往在采用整体节点,腹杆与主桁节点连接时,腹杆插入节点板中,采用高强螺栓两面连接。由于仅连接杆件的两个面,另外一面(或两面)不直接承受节点板传递的荷载,必然存在剪力滞效应。通过建立钢桁梁腹杆的几种典型截面的有限元模型,研究两面连接腹杆端部的应力分布,从而掌握腹杆端头板件应力分布的规律并用于指导钢桁梁桥节点设计。研究结论:杆件端部最大正应力均发生在螺栓群末端;一般来说,杆件板厚越大,螺栓连接沿杆件长度方向的排数越多,最大正应力与名义正应力的比值越小;截面形式变化、板件厚度变化不会对最大剪应力的发生部位产生影响;杆件中部,截面应力趋于均匀,剪力滞效应不显著。

大跨度上承式钢桁架拱桥的地震损伤演化模拟

为评估大跨度钢拱桥在多维地震作用下的损伤状态,以一座铁路上承式钢桁架拱桥为研究对象,首先借助OpenSEES平台建立桥梁弹塑性纤维单元模型;接着选取“双参数”损伤指标和应变指标进行损伤评价;最后通过增量动力分析,从构件和全桥两个层面进行损伤评估,并对比两种指标对桥梁主要构件(钢管、钢管混凝土、钢筋混凝土)的适用性.研究结果表明:基于变形和能量的双参数损伤指标比应变指标的评价结果会严重1~2个等级;相比于地震波纵向作用,大跨度钢桁架拱桥在横向地震作用时损伤更小,在峰值加速度(PGA)为1.5g时全桥仍处于轻微损伤状态;3种类型构件中,钢管构件损伤数量较多但是损伤程度轻,钢管混凝土构件(拱脚)损伤较早但是损伤程度轻,钢筋混凝土构件(交界墩)损伤最为严重,在抗震设计时,应对相应位置予以重视.