大跨度铁路桥梁整体变形波长特征分析

针对三座大跨度桥(A桥和C桥为悬索桥、B桥为斜拉桥)分别建立有限元模型,分析在温度、沉降、风、列车等作用下的桥面整体变形波长特征,并采用HHT(Hilbert‐Huang Transform)法、中点弦测法和曲率半径法定量分析桥面变形波长。结果表明:A桥在整体升降温作用下,产生的变形曲线为波长82~140 m、波幅不超过5.5 mm的曲线段;在静风荷载作用下,产生的变形曲线为波长97~140 m、波幅不超过5.4 mm的曲线段;桥塔沉降作用下A桥不产生显著变形曲线。上述三种荷载作用下B桥均不产生显著变形曲线。C桥在整体升降温作用下,产生的变形曲线为波长70~84 m、波幅不超过2.2 mm的曲线段;桥塔沉降和静风力作用下C桥均不产生显著变形曲线。列车全局荷载对三座桥的桥面变形产生影响,若关注幅值3 mm及以上的曲线段,A桥、B桥、C桥最短波长依次为66、93、53 m。就此三座桥梁而言,荷载引起的桥面垂向变形对行车性能影响的显著程度均依次为列车全局荷载、整体升温、桥塔沉降。

高强预应力体系下桥梁中部齿块锚固区性能

近年来预应力技术水平不断提升,2 200 MPa级高强度的预应力体系开始应用于铁路预应力混凝土桥梁工程建造,对于梁体锚固区特别是广泛应用在连续梁结构的中部齿块锚固区的受力提出了更高要求。基于既有1 860 MPa预应力等级的中部齿块锚固区设计,提出适应2 200 MPa预应力等级的设计方案,建立典型中部齿块锚固区有限元模型,对比分析了预应力强度等级对中部齿块锚固区受力和变形各项性能的影响,并完成了足尺试验验证。研究结果表明:预应力等级从1 860 MPa提升至2 200 MPa时,采用中部齿块锚固区尺寸不变、锚垫板尺寸和普通钢筋配筋适当增加的设计方案,可保证混凝土拉压应力、普通钢筋应力、锚固区变形基本一致,且均满足相关规范要求。

高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究

以设计速度350km.h-1、跨度32m的预应力混凝土箱梁为例,在分析梁体基频、刚度和变形的设计值与实测值差异成因的基础上,进行高速铁路常用跨度简支箱梁优化研究。结果表明,对于铺设CRTSⅡ型板式无砟轨道的32m预应力混凝土双线整孔箱梁,实测梁体的自振频率约为设计值的1.4倍,其竖向刚度为设计值的1.7倍,混凝土弹性模量提高、二期恒载降低及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体基频提高约4.9%～19.9%,4.8%～10.5%和3.6～5.7%;混凝土弹性模量提高、支座摩阻及桥梁与无砟轨道相互作用分别使梁体刚度提高10.1%～43.7%,5.9%～17.7%和7.4%～11.8%。鉴于梁体频率实测值比设计值高出较多,建议设计时梁体频率可取规范限值的0.9;梁体刚度虽可以进一步降低,但应严格控制预应力混凝土梁体的残余徐变变形,确保长期变形不大于现有箱梁的设计值。鉴于跨度32m以上简支梁桥的车桥动力响应显著降低,建议对更大跨度简支梁开展研究。

沪通长江大桥主航道桥受力特征研究

沪通长江大桥主航道桥为主跨1 092m的双塔三索面钢桁梁公铁两用斜拉桥,为验证该桥受力的合理性,分别建立该桥整体、局部精细化有限元模型,对其合理成桥状态、静活载效应、最不利荷载组合下主桁结构受力特征、桥面系受力特征等展开研究。结果表明:列车活载效应按无限长加载较有限长增加约10%,主桁上弦强度和稳定控制区域为辅助跨跨中附近位置,下弦为辅助墩和桥塔位置。中-活载集中力作用下,铁路桥面系应力由大到小依次为顶板、横梁、U肋、纵梁和底板。汽车活载作用下,公路桥面系桥面板与U肋连接焊缝处存在较明显应力集中,但量值不大;比较不同弧形缺口型式的活载应力水平,表明该桥弧形缺口形状设计较合理。

我国客货共线铁路列车荷载图式深化研究

随着我国高速铁路网建设和投入运营,通过高效利用既有客货共线铁路发展重载运输是铁路货运发展的主要方向之一。既有客货共线铁路是货运网络的主体,由于受既有设计列车荷载标准制约,为避免大范围改造线路基础设施,铁路通用货车宜定位为轴重270 k N、载重800 k N级;新建客货共线铁路桥涵结构应能适应大轴重铁路通用货车的开行要求。根据铁路货运机车和车辆的作用特征、货车每延米重与轴重不同比增长关系等因素,为提高设计列车荷载图式对中小跨度桥涵结构和影响线加载长度短的杆(构)件加载效应,同时避免过大荷载等级系数z的取值,将中-活载(2005)图式中特种荷载集中力量值由250 k N修订为280 k N。

我国既有铁路桥涵对大轴重货车开行适应性分析

国内外重载运输经验表明,货物列车轴重的增加能够有效提高运输效率,具有较好的经济性。我国既有铁路开行重载货物列车能够有效缓解运输压力,但加大了作用于铁路基础设施上的荷载。通过介绍我国铁路桥梁设计活载标准、货车发展历程,对运行不同轴重货车条件下1～200 m跨度的桥梁储备量进行对比分析,结合既有研究成果分析了既有桥涵开行大轴重货车需要解决的关键问题,并提出了我国既有线开行的货车轴重和参数建议值。

我国既有铁路桥涵对开行大功率机车适应性分析

世界铁路重载运输大多是通过改造既有线和改变运营、养护维修模式来实现的。随着我国客运铁路网的建设和投入运营,通过在既有线路上逐步开行重载列车,或通过更高效的运输组织提高货运量,是我国铁路运输发展的主要方向之一。重载机车作为重载列车的牵引动力,其轴重和功率较普通机车均有相应增加,也相应地增大了作用于线路基础设施上的荷载。本文通过介绍我国铁路桥涵概况和设计活载标准发展历程、大功率机车和货车的技术现状,从既有铁路桥涵竖向和纵向受力性能方面,分析既有线基础设施大功率机车开行的适应性,并提出需要进一步研究的关键问题。

《铁路列车荷载图式》制定研究

铁路列车荷载图式是铁路列车对线路工程结构静态作用的概化表达形式,主要用于铁路桥涵结构的设计。随着我国铁路运输的发展,不同类型线路的运营列车在轴重、速度、运输密度等方面具有较大差异,单一列车荷载图式难以反映新形势下的铁路运输特征。自20世纪90年代以来,我国研究制定了适用于高速铁路、城际铁路、客货共线铁路、重载铁路的列车荷载图式,形成了铁道行业标准TB/T 3466—2016《铁路列车荷载图式》。回顾我国铁路列车荷载图式的研究和发展情况,重点对各种类型荷载图式及相应动力系数的研究思路进行研讨,并提出进一步研究方向。

某受损预应力混凝土简支箱梁的整修思路及实施

文章分析了某简支箱梁的损伤原因,并采用有限元方法评估了损伤对桥梁使用性能的影响。在此基础上又制订了整修方案,通过对整修的全过程进行跟踪测试,验证了方案的可行性和达到的实际效果。

我国铁路列车荷载图式的研究与应用

随着我国铁路运输的发展,不同类型线路的运营列车在轴重、速度、运输密度等方面都有较大差异,单一列车荷载图式难以反映新形势下的铁路运输状态。本文回顾了我国铁路列车荷载图式的研究和发展情况,介绍了各种类型荷载图式的适用范围和应用中需注意的问题,并提出列车竖向动力作用、列车纵向作用力等需要进一步研究的问题。

谢叠大桥9号墩桩基托换和顶升施工控制技术

谢叠大桥采取桩基托换和顶升的方法解决9号墩下沉的问题,施工中通过托换大梁、墩柱、桩基、帽梁等部位监测数据及时对施工过程进行了控制。加固后,实现了控制桩基沉降和结构顶升复位的目的,供类似工程参考。

基于SAGA铁路工程施工进度-成本动态优化研究

在提高铁路工程安全性,实现高质量高标准铁路工程项目建设的同时,为降低铁路工程施工总成本,提高资金使用效率,提出铁路工程施工进度−成本动态优化方法。通过分析铁路工程施工成本构成,考虑资金成本及费用发生时点,构建以提高铁路工程资金使用效率为目的,以优化铁路工程施工成本为核心,以铁路工程施工组织方案中的最大工期、各建设活动之间的逻辑关系、有限资源等为约束条件,以直接成本和间接成本为计算基础的铁路工程施工进度−成本动态优化模型。由于该模型具有多约束条件、强复杂性特点,为减小求解过程中掉入局部陷阱的概率,扩大算法的试算范围,提出将Metropolis准则和基于基因的选择、交叉、变异的种群进化过程相结合的模拟退火遗传算法(SAGA)。以工期为20个月的某铁路桥梁工程为案例,在考虑资金成本和费用发生时点条件下,原方案中由资金成本引起的成本上涨额为1295.0278万元,利用基于SAGA的铁路工程施工进度−成本动态优化方法进行成本优化,优化后的方案比原方案节省了66.4318万元,优化额占原方案中由资金成本引起的成本上涨额的5.13%,一定程度缓解了资金成本引起的铁路工程成本上涨的压力,印证了该模型的可行性和有效性。研究成果可为资金成本较大的铁路工程施工进度−成本动态优化提供一定的借鉴和参考。

铁路工程技术接口工序工期缓冲管理研究

研究目的:为减少铁路工程进度管理中技术接口工序返工造成的工期延误,提出一种考虑不同重叠关系的关键技术接口工序的缓冲管理方法。研究结论:(1)基于技术接口交换概念,结合PDCA循环理论,构建铁路工程技术接口交换全寿命周期模型,通过分析不同重叠关系下的接口信息交换过程,发现信息传输是影响工期的根本原因;(2)运用DSM矩阵对技术接口信息交互所造成的返工风险与概率进行量化,确定返工时间和资源紧密性,并以拉林铁路巴玉隧道和巴玉雅鲁藏布江三线大桥为例,计算技术接口的缓冲大小与工期;(3)研究结果表明:运用该方法所得工期缓冲为18.56 d,总工期为112.63 d,对比于不考虑接口不同重叠关系的方法,接口总工期缩减5.23%,即该方法能有效缩短工期,促进工程按时完工率;(4)本文方法可为铁路工程技术接口进度优化与控制提供参考。

基于脆性联系熵的铁路工程桥隧接口故障分析

为明确铁路工程桥隧接口系统内部的故障情况,提出一种基于脆性联系熵的铁路工程桥隧接口故障分析方法。依据接口间的相互影响程度,利用脆性联系熵,完成接口系统内部脆性联系的量化;通过构建接口脆性基元分析多接口的动态故障情况,接口的熵增决定接口系统的故障演化方向,这一过程体现了接口在动态故障中的博弈行为;将受故障影响的接口映射为博弈中的参与者,建立铁路工程桥隧接口非合作博弈故障分析模型;以实际工程为应用案例,仿真结果表明:铁路工程桥隧接口系统内部存在连锁性的故障传播情况,在以每6单位时间为周期进行周期性维修时,只需要完成铁路工区内64%的工程接口检修,便可保证铁路工程桥隧段的正常运营状态;通过接口故障分析研究,明确了接口故障发展的过程,为提高铁路工程桥隧接口的安全性和可靠性提供理论支撑。

长大温度跨混凝土桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道的力学性能研究

运用ANSYS有限元软件,建立长大温度跨混凝土桥上CRTSⅡ型纵连板式无砟轨道三维模型,分析无砟轨道结构的力学性能及底座板设计荷载组合的适应性。结果表明：制动工况下长大温度跨主要影响剪力齿槽的受力,最大温度跨150,290和450m连续梁相邻简支梁剪力齿槽的剪力分别为通常区域简支梁的1.12,1.28和1.33倍;当梁体从0℃升或降20℃时,最大温度跨350m连续梁相邻5～8跨简支梁区域内的无砟轨道砂浆和剪力齿槽的受力约为简支梁的1.4～2.2倍,底座板和轨道板的受力则达到简支梁的4.6～7.9倍,因此,在设计时应重点关注与最大温度跨相邻5～8跨简支梁区域内无砟轨道轨道板、底座板、砂浆及剪力齿槽,并采取相应的加强措施;最大温度跨350m连续梁桥上无砟轨道底座板内的伸缩附加力约为底座板既有设计荷载组合值的1/3～1/2,因此长大温度跨桥上无砟轨道底座板的设计荷载组合应考虑梁体的伸缩附加力。

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道结构的温度荷载特征试验研究

在我国华东地区一桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道线路上建立温度场自动监测系统,对环境温度、轨道板温度(横向及竖向)、底座板温度(横向及竖向)等进行测试。对实测数据进行统计,分析对混凝土结构使用性能有显著影响的因素,获得环境温度与板温间的关系、无砟轨道结构竖向和横向温度场(整体温度和温度梯度)特征。基于测试分析结果讨论了现有规范中CRTSⅡ型板式无砟轨道温度荷载取值的合理性及轨道板温度荷载取值原则,为完善我国高速铁路无砟轨道技术体系提供支撑。

更高速度条件下铁路简支箱梁关键参数研究

针对梁体基频、竖向刚度等参数,概述我国高速铁路桥梁参数的研究思路及成果、参数设计及运营现状,采用车桥竖向相互作用程序分析铁路简支箱梁动力响应规律。结果表明,梁体基频为设计参数的控制因素,梁体实测梁体基频高于设计值和规范限值,梁体刚度存在一定的储备;时速350 km的高速铁路简支箱梁可适应更高速度420 km/h的运营要求;420 km/h速度等级高速铁路简支箱梁关键参数可参考350 km/h速度等级相关参数;40 m跨度车桥动力响应明显降低,梁体基频等动力参数不再控制梁体设计,建议开展高速铁路更大跨度简支箱梁应用研究。

主跨532m公铁两用斜拉桥的地震响应及阻尼器减震效果研究

以我国首座跨海公铁两用钢桁斜拉桥——元洪航道桥(主跨532 m)为研究对象,采用空间板梁单元法建立有限元模型,对该桥地震响应特征及阻尼器减震效果等进行了研究。结果表明:大跨度斜拉桥动力特性分析除应考虑拉索垂度效应外,也应同时考虑梁—柱效应;动力特性分析时宜优先采用多重Ritz向量法,以使振型参与质量更快达到抗震计算要求;不同地震水平下,边墩和辅助墩的墩底、主塔塔底和下横梁附近截面将承受较大弯矩,为地震易损部位;N4#塔梁间设置纵向黏滞阻尼器后,罕遇地震作用下N3#主塔(支座纵向固定)顺桥向弯矩、结构纵向位移均明显减小,最大减幅分别达40.6%和44.8%,减震效果明显。

30t轴重重载货车作用下常用跨度预应力混凝土简支梁动力响应的试验分析

对朔黄铁路线上7座常用跨度预应力混凝土简支梁桥,在30 t轴重重载货车作用下梁体的动力响应进行了实测,取得了大量数据。通过分析得到以下结论:实测梁体动力响应均在通常值范围内,满足安全限值要求;实测梁体挠度、应变与大轴重列车加载效应直接相关,实测值与轴重等级呈线性增长趋势,而梁体竖、横向振幅及加速度与列车轴重关系不明显;实测结果验证部分和理论分析成果为大轴重重载技术研究提供了数据支持,试验数据的处理方法可为类似试验提供参考。

高速铁路跨度40m预制简支箱梁建造技术研究

我国高速铁路桥梁以预制架设的后张法预应力混凝土简支箱梁为主,实践证明桥梁建造技术成熟可靠,能够较好适应我国高速铁路的建设特点及运营模式。梳理我国高速铁路常用跨度简支梁桥的发展,从技术背景、技术意义、技术特征等方面分析高速铁路发展跨度40 m预制架设简支箱梁的必要性;从关键设计参数、大跨度简支梁试设计、预制技术、千吨级运架设备研制等方面验证技术可行性;并与32 m预制架设简支箱梁、40 m现浇简支箱梁造价对比,证明其经济性。研究表明:我国高速铁路开展40 m预制简支箱梁技术可行,并可形成成套建造技术;40 m预制简支梁可提高简支箱梁桥的跨越能力;减少墩台数量、提高生产效率;在地形、地质复杂的高墩、深基础区段,具有经济优势。