上承式加V拱桥动力特性研究及试验验证

为解决上承式拱桥跨径增大后自振频率快速下降的问题,提出一种新的上承式加V拱桥结构体系.将V形构件设于主梁和拱圈间以增大拱桥的刚度,进而提高结构的自振频率.通过适时的结构体系转换,实现一期恒载由拱圈承担,二期恒载及活载由一个主梁为上弦杆、拱圈为下弦杆、V形构件为腹杆并带多点弹性约束的变高桁架来承担,整个结构同时兼具拱和桁架的优点.为验证上承式加V拱桥动力特性研究和计算的正确性,修建跨径为10 m的试验桥,通过脉动试验测试桥梁首次发生面内竖弯的自振频率;利用有限元软件对其刚度和动力特性进行计算,分析V形构件刚度对结构动力特性以及V形构件数量对结构温度应力的影响,并研究体系转换的必要性.结果表明:结构首次发生面内竖弯的自振频率试验值与计算值相差较小,且振型与有限元分析相吻合.在增加材料很少甚至不增加材料的情况下,结构的自振频率得到明显提高,尤其是面内自振频率.V形构件的刚度存在一个合理的设置范围,V形构件的个数应以能使其与主梁或拱圈所构成的三角形的内角在45°~60°之间为宜.加V形构件后的上承式拱桥结构刚度大幅提高,且在L/4(L为桥梁跨径)处,列车静活载所产生的上挠度几乎为0.经过体系转换后二次成桥的成桥方法可使上承式加V拱桥充分发挥拱受力的优越性.

减小大跨上承式铁路拱桥梁端转角的有效方法

为减小大跨上承式铁路拱桥梁端转角,提高行车安全性和舒适性,文章提出一种有效方法,即以桥面系为上弦杆,拱肋为下弦杆,在桥面系与拱肋间增设V形腹杆,由此形成一个带多点弹性约束的变高桁架,引入桁式结构承担活载,提高拱桥的整体刚度,进而减小梁端转角。该方法通过适时的体系转换使拱和桁架分阶段承担荷载,整个结构兼具两者的优点。为验证该方法的有效性,修建跨径为10 m的实验桥,通过静载实验,测出梁端转角具体数值;并利用有限元软件建立模型进一步对方法的有效性进行佐证。实验及有限元分析结果表明:结构的梁端转角得到有效减小,且实验值与有限元软件计算值相差较小;在增加用钢量很少的条件下,结构的梁端转角大幅减小;上承式拱桥增设V形腹杆后结构刚度得到大幅度提高,列车静活载在L/4跨处所产生的上挠度几乎为0。

一种提高现役高速铁路拱桥力学性能的方法

大跨度高速铁路桥常采用刚度和动力性能良好的拱桥结构,但是随着拱桥服役期增长,列车运营速度不断提高,结构性能退化严重,难以满足正常运营的要求.为了解决现役铁路拱桥存在力学性能不足的问题,基于三角形稳定性和桁架结构变形小的原理,提出一种结构改进方法,具体做法为在拱肋与主梁之间增设若干个V型结构,使其与拱和梁段构成若干个连续的三角形结构,从而对主梁与拱肋进行有效约束.V型结构布置的位置需综合考虑对拱肋与主梁的均匀约束及其结构的薄弱位置,其个数尽可能使结构的刚度与温度响应之间达到较为合理的平衡状态.有限元分析结果表明,该方法能有效改善原结构的刚度、动力特性、抗疲劳性和稳定性;通过合理设置V型结构个数及截面特性参数能使拱桥的各项力学性能指标达到最优的设计效果.改造后的拱桥结构合理、施工便捷,具有较大的推广应用价值.

减小系杆拱桥活载作用下吊杆应力幅值的有效方法

为解决系杆拱桥吊杆在活载作用下将产生较大的应力幅值极易导致疲劳破坏的问题,提出在拱肋与主梁之间增设若干对V构件,通过形成一个以拱肋为上弦杆、主梁为下弦杆、V构件为腹杆的桁式结构,发挥桁式结构承担活载的优越性,达到降低吊杆应力幅值的目标。为验证方法的有效性,建造一座跨径为50 m的试验桥,通过静载试验测试吊杆的应力值,运用有限元软件MIDAS CIVIL建立模型进一步对方法的有效性进行佐证,结果表明:结构的吊杆应力幅值得到有效减小,试验值与有限元计算值较为吻合;仅需增加很少的用钢量,结构活载作用下吊杆应力幅值和主梁挠度大幅减小。

浅析现代斜拉桥的发展

文中对国内外具有代表性的斜拉桥进行了归纳总结,提出了现有斜拉桥结构选型的着重点。此外,分析总结出限制斜拉桥往更大跨径发展的关键因素。

一种新的公铁两用桥设计与建造可行性分析

为提高公铁两用桥的力学性能,采用悬索桥与拱桥优势互补的理念,提出一种新的公铁两用桥,其主要特征是主缆两端锚固于边拱拱脚或其附近,使拱产生的水平推力与缆产生的水平张力在此处相互平衡,成桥状态下对基础不产生推、拉力,桥面荷载由拱肋与主缆共同承担。以420 m主跨为例,对其进行设计和建造技术的可行性研究,结果表明,新结构兼具悬索结构和拱结构的优点,力学性能优越、造价经济,是公铁两用桥的又一可选桥型,可尽早进行推广应用。