高速铁路大跨度连续斜拉桥上梁端一体化装置性能研究

目前大跨度斜拉桥上铺设无缝线路,梁端处需设置梁端伸缩装置和钢轨伸缩调节器以降低钢轨产生较大的附加应力,但此结构无法协调较大的梁轨相对位移,应用范围有限。为此,提出了一种梁端一体化装置结构,能适用于较大的梁缝伸缩情况且伸缩阻力较小,经过现场应用效果良好。针对时速350 km下高速列车能够平稳通过大跨度斜拉桥无缝线路梁端的要求,建立了相关三维梁端车-线-桥耦合模型,确定了轮轨接触关系,验证该结构在大跨度斜拉桥下对于高速列车平稳运行的适用性。结果表明:温度和梁端转角作用下钢轨会产生一定变形,钢轨垂向变形大于横向变形,最大垂向位移达到15.71 mm。对比仅施加德国低干扰不平顺谱,叠加温度或梁端转角变形后行车过程中的梁端一体化装置动力响应增大,且对钢枕振动垂向加速度的影响较为明显,从38.92 m·s^(-2)上升至48.69 m·s^(-2),增加25.1%。相比之下,极限拉伸状态比极限压缩状态下行车过程中的梁端一体化装置结构响应大,钢枕垂向加速度从40.64 m·s^(-2)上升至62.39 m·s^(-2),增加53.5%,应在高温拉伸状态下对梁端一体化装置性能进行定期检测。梁端一体化装置在以上工况下的响应均满足标准规范要求,本研究可为其在列车高速运行通过大跨度斜拉桥梁端时的铺设提供参考。

高速公路路-桥过渡段桥头搭板受力研究

布设桥头搭板可有效解决路-桥过渡段差异沉降引起的桥头跳车问题。文章采用梁和地基支承刚度统一计算的有限元法确定搭板的设计参数,基于数值模拟方法研究了搭板在不同布设方案中的受力情况,确定了桥头搭板最易破坏的位置,明确了搭板的最优布设方案。结果表明:随着搭板厚度和长度的增加,搭板所受最大弯矩值增大,搭板末端越易产生集中应力,导致二次跳车问题,即搭板厚度和长度存在最优尺寸,搭板长度为10 m时,最佳厚度为0.35~0.45 m,而当搭板厚度为0.35 m时,其最佳长度为8 m;搭板与桥台铰接且深埋搭板有利于搭板的长期稳定;采用搭板可以有效避免桥头跳车问题,与常规搭板布设方案相比,深埋搭板布设方案所受的竖向压力、弯矩和挠度均有显著降低;搭板上部回填材料为水泥稳定级配碎石时,可以有效地改善搭板的承载性能。

Investigation of differential movement at railroad bridge approaches through geotechnical instrumentation

Railway transitions experience differential movements due to differences in track system stiffness,track damping characteristics,foundation type,ballast settlement from fouling and/or degradation,as well as fill and subgrade settlement.This differential movement is especially problematic for high speed rail infrastructure as the 'bump' at the transition is accentuated at high speeds.Identification of different factors contributing towards this differential movement,as well as development of design and maintenance strategies to mitigate the problem is imperative for the safe and economical operation of both freight and passenger rail networks.This paper presents the research framework and initial instrumentation details from an ongoing research effort at the University of Illinois at Urbana-Champaign.Three bridge approaches experiencing recurrent geometry problems were instrumented using multidepth deflectometers(MDDs) and strain gages to identify different factors contributing to the development of differential movements.

轻质泡沫土在高速公路桥改路方案中的应用

以某山区高速公路桥改路为例,通过对比既有桥梁方案、桥梁改普通填土路堤和桥梁改轻质泡沫填土路堤方案优缺点,得到桥改路具有良好的经济效益,桥头轻质泡沫填土方案具有降低沉降、减小侧向压力、减小桥头跳车、减少永久用地以及提高施工速度等优势,同时还介绍了桥头轻质泡沫土设计方案的注意事项,为类似桥改路方案提供经验。

桥头跳车对行车安全影响评价指标的研究

桥头跳车现象影响了驾驶舒适性和行车安全性.通过调查统计和驾驶行车实验,发现驾驶员心率的变动和行车加速度与桥头跳车严重程度有明显的相关性,可作为桥头跳车对行车安全影响的评价指标.研究结果表明,跳车严重时驾驶员心率比驾驶稳定心率增加了10次.min-1以上,加重了驾驶员的心理生理负担,对行车安全产生了较大影响.

沉降控制复合桩基在桥头跳车问题中的应用

首次将基于沉降的桩基设计方法应用到桥梁桩基的设计实践中。分别通过调整桩长和桩数,使桩基沉降从桥梁主跨往边跨逐步增大,而在路桥连接处使边跨桥墩沉降与桥坡填土沉降基本一致,实现路桥沉降协同,从而开辟了解决桥头跳车问题的新途径。按此设计而成的某桥梁,建成后对桥梁桩墩及桥坡沉降进行了长期监测,结果表明最初的设计意图得以实现。这次设计实践表明桩基基于沉降设计对于简支桥梁是完全可行的,并能同时减少桥坡处理、桩基工程以及后期维修费用,因而具有较大的推广应用价值。

基于连续跳车激振的大跨度桥梁阻尼识别研究

提出一种基于连续跳车激振的大跨度桥梁阻尼识别的强迫振动法。该方法利用"共振"原理,让车辆以合适速度连续驶越障碍物使主梁经受与桥梁某阶频率相同的周期性脉冲荷载,使桥梁产生较大振幅的振动,从而增强测试信号的信噪比。给出基于连续跳车激振的结构阻尼比识别的基本理论,并以一大跨度悬索桥为例进行动力学仿真。复模态分析表明,当车辆固有频率是桥梁某阶受测模态频率的5倍以上时,车辆振动对受测模态阻尼比影响很小。采用连续跳车激励,当相邻障碍物的间隔△x与行车速度V和受测模态的固有周期T之间满足△x=VT,可以激振起桥梁大幅振动。当噪信比较小时,可以较准确地识别1阶反对称模态阻尼比;随着信噪比的降低,阻尼比识别结果精度有所降低。

载重汽车桥梁伸缩缝跳车动力荷载计算方法与影响因素分析

为分析载重汽车在桥梁伸缩缝处跳车时的动力荷载,提出一种基于分布式弹簧-阻尼单元的计算方法,该方法考虑了车辆-路面的接触长度和车轮的动力特性。车轮通过伸缩缝的过程分3个阶段来模拟,分别为下伸缩缝、跨伸缩缝、上伸缩缝,结合车辆有限元动力学分析,实现对车轮经过伸缩缝时的竖向动荷载的定量研究。对载重汽车经过单缝式伸缩缝的实例分析表明:①由分布式弹簧-阻尼单元计算得到的轮底位移比以往文献中的假设值小得多,动力荷载也将减小;②载重汽车伸缩缝跳车时的轮载冲击系数可能超过中国、欧洲桥梁规范的设计值,需要引起重视;③跳车最大轮载与伸缩缝宽度成正比,可以用减小伸缩缝宽度的方法降低冲击系数;④降低车速并不一定能降低冲击系数,轮载最大冲击系数往往发生在中等车速时;⑤伸缩缝跳车的最大冲击荷载主要分布在伸缩缝旁,因此只需要对伸缩缝附近的局部结构进行加强。

水泥搅拌桩法处理软土地基中桥头跳车现象的影响因素分析

桥头跳车问题是软土地基公路建设中出现的质量通病,使柔性路基与刚性基础衔接合理是处理这一问题的核心。在总结国内外相关研究成果基础上,结合天津某道路工程在路桥连接段采用的水泥搅拌桩地基处理方案,应用ABAQUS软件进行了数值模拟,分析了处理范围、桩长变化率与差异桩长设计对消除跳车与二次跳车现象的影响。结果表明,水泥搅拌桩法对减缓桥头跳车现象较为有效;随处理范围增大,路桥衔接处差异沉降略有增大,但可缓解二次跳车现象;沿道路延伸方向桩长变化率增大,可在缓解桥头跳车现象的同时显著减轻二次跳车现象;水泥搅拌桩桩长的增加,将导致路基处理段与非处理段衔接处二次跳车现象的加剧。

沉降控制复合桩基在桥头跳车问题中的应用(英文)

首次将基于沉降的桩基设计方法应用到桥梁桩基的设计实践中。分别通过调整桩长和桩数,使桩基沉降从桥梁主跨往边跨逐步增大,而在路桥连接处使边跨桥墩沉降与桥坡填土沉降基本一致,实现路桥沉降协同,从而开辟了解决桥头跳车问题的新途径。按此设计而成的某桥梁,建成后对桥梁桩墩及桥坡沉降进行了长期监测,结果表明最初的设计意图得以实现。设计实践表明沉降控制桩基对于简支桥梁是完全可行的,并能同时减少桥坡处理、桩基工程以及后期维修费用,因而具有较大的推广应用的价值。

基于分布式弹簧-阻尼单元的桥头跳车动力荷载分析

对车辆桥头跳车问题,提出一种分布式弹簧-阻尼单元,该单元可以考虑车轮-路(桥)面接触长度和车轮的动力特性。基于此单元,结合车辆有限元动力分析,可对车辆上、下桥头错台时的竖向动力荷载进行定量研究。实例分析表明:①分布式弹簧-阻尼单元由于考虑了桥头跳车时车轮与桥面的接触长度,所得的车轮竖向动荷载比以往方法有所降低;②桥头错台跳车造成的竖向轮载冲击系数可能超过我国和美国桥梁规范设计值,需要引起重视;③下桥跳车时车轮动荷载降低,可能造成车轮脱空,影响行车安全性;④跳车动力荷载与行车速度、错台高度等因素有关,相关参数分析有利于对桥头错台高度和行车速度进行合理控制。

简支梁桥动态检测中跳车激励方法理论研究

基于车桥耦合振动特性,应用达朗伯(D′Alembert)原理和欧拉-柏努利梁(Euler-Bernoulli)假设,建立了跳车试验中动力时程响应的理论计算模型。由于跳车试验对桥梁结构施加的是冲击脉冲激励,利用极限原理和动量守恒理论,推导了确定求解理论计算模型所需初始条件的基本方程,利用龙格-库塔方法对理论计算模型进行求解。并基于动力时程响应,给出了极限跳车高度的判定方法。最后以某钢筋混凝土梁桥为例,确定了桥梁动态检测极限跳车高度,并计算了桥梁的动力响应。结果表明:所述方法是正确和有效的。

基于小波分析的跳车对桥梁的振动影响

为研究在跳车情况下,车辆荷载对桥梁振动的影响,以一双塔斜拉桥模型为研究对象,建立考虑跳车情况的车-桥耦合振动试验系统。采用连续小波变换对主梁振动信号的时频特征及能量分布进行了研究,探讨了不同路面工况下跳车对桥梁的冲击作用,得到了不同部位发生跳车时桥梁振动的响应分布规律,为桥梁设计和安全运营提供了参考依据。

桥头引道沉降对简支梁冲击效应的影响分析

针对旧桥中经常出现的桥头引道及伸缩缝破损情况,考虑接缝处沉降差引起的桥头跳车对桥梁振动的影响,提出与错台高度相关的桥头衔接状况五个等级划分标准。以我国常见的中小跨径简支梁为对象,基于五参数车辆模型的车桥耦合系统运动方程,用Newmark法进行数值求解,分析桥头引道沉降差对桥梁振动的影响。研究表明随着沉降差增加,汽车对桥梁的冲击效应明显变大,且随着车速的增大,冲击效应变大。沉降差在桥梁中产生的动力放大系数随着跨径增大而减小。另外,桥头沉降差使车辆竖向加速度瞬时变大,其绝对值随着错台高度的增加而迅速增大,该加速度变化与桥梁跨径无关。

路桥过渡段桥头搭板容许坡差确定的参数影响

采用三自由度车辆模型 ,考虑上桥和下桥两个方向 ,建立了对车辆通过路桥过渡段进行动力响应分析所需的振动方程和初始条件 ,并提出以人的最大瞬态振动值作为搭板容许坡差确定的控制指标。在动力响应分析的基础上 ,详细分析了行进方向、车速、搭板坡差、搭板长度、载重和桥面沉降坡差等参数对人的最大瞬态振动值的影响 ,得到的一系列结论对于在各种不同的情况下准确确定搭板容许坡差具有重要的价值。

水泥搅拌桩法减缓桥头跳车现象的数值模拟分析

桥头跳车问题是软土地基公路建设中出现的质量通病,柔性路基与刚性基础的合理过渡是处理这一问题的核心。在总结国内外相关研究成果基础上,结合天津某道路工程在路桥连接段采用的水泥搅拌桩地基处理方案,应用ABAQUS软件进行了数值模拟,分析置换率与差异桩长设计对消除跳车与二次跳车现象的影响。结果表明,水泥搅拌桩法对减缓跳车现象较为有效;随着置换率的增加,其对减少沉降差的效率减低;水泥搅拌桩桩长的增加,也将导致路基处理段与非处理段衔接处二次跳车现象的加剧。

软土地基台后回填EPS轻质混凝土沉降分析

基于软土地基上已建桥梁桥头过渡段经常存在严重的路桥沉降差现象,将EPS混凝土作为台后换填料来替换原来的回填宕渣填筑,可以有效地减小路桥过渡段的沉降现象。建立EPS轻质混凝土换填的有限元简化模型,拟计算路表沉降变形曲线,并与普通回填宕渣填筑的工后沉降进行对比分析,最后与结合现场实测结果比较。研究结果表明:采用EPS轻质混凝土换填可以减小桥台后路桥沉降差,延续混凝土整体性能良好的特点,有效地解决台后填筑物对旧桥桥台推挤严重的问题,缓解桥头跳车现象;另外,通过与一般回填宕渣填筑台后路基产生沉降做比较,EPS轻质混凝土有明显的优势。

砂桩复合地基防止桥头跳车的研究

高速公路桥台与路堤衔接处的跳车是高速公路建设中急需解决的问题之一。从分析造成高速公路桥头跳车现象的原因出发 ,对几种有代表性的处理方法进行了探讨 。

桥头跳车对行车安全性影响的模糊评价

桥头跳车现象严重影响了高等级公路行车的舒适性与安全性,目前尚无可行的指标或方法来评价桥头跳车对于行车安全性的影响。从道路和环境这些影响行车安全的基本因素出发,提出了桥头跳车对行车安全性影响的评价指标,并且基于层次分析法和模糊综合评价法建立了桥头跳车对行车安全性影响的评估模型。采用Matlab软件结合其GUI功能,开发了人性化的行车安全评估系统,并对实际的桥头环境进行了评估,它为桥头跳车对行车安全的影响评估提供了一种新方法,具有较好的应用价值与使用效果。

山区公路桥头行车安全评价指标及改善研究

山区公路桥涵运营中的桥头跳车现象,严重影响了行车安全性和舒适性。以山区公路桥头行车安全性为研究对象,选取行车中车辆振动加速度变动作为驾驶员危害程度定量评价指标,实验表明,桥头跳车的危害程度与车辆经过桥头时的行驶速度呈正相关,并表现为加速度最大瞬态振动值(Maximum Transient Vibration Value,MTVV)的大小。因此,提出通过在桥梁位置设置合理指示标志及限速标志,提醒驾驶员降速行驶,可期望来降低桥头跳车的危害程度,并为公路部门的养护管理提供方便。