基于静动力试验的铁路连续刚构-拱桥模型修正

为提升大跨度铁路连续刚构-拱桥有限元模型预测精度,同时针对传统有限元模型修正中只采用全局最优解而忽略可能更接近实际情况的局部最优解问题,提出一种基于距离机制的改进稳态遗传算法(DSSGA),利用实测静动力数据对其初始有限元模型进行模型修正。首先,介绍桥梁基本信息、初始有限元模型和静动力试验及其试验结果;其次,介绍DSSGA算法的理论以及其结合Kriging代理模型的基本修正流程,并通过测试函数验证DSS-GA算法的优化效果;最后,通过灵敏度分析选择待修正结构参数,利用拉丁超立方设计构建Kriging代理模型并检验其精度,利用静力位移、试验模态参数构造目标函数,对该桥进行模型修正。结果表明:与标准稳态遗传算法(SSGA)相比,DSSGA算法能够提供目标函数在搜索域的全局最优解和更多组局部最优解,有效避免SSGA算法角度机制所产生的解集不完整的局限性,且全局最优解的目标函数值更小,具有更高的搜索效率。经过模型修正,所有测点的位移相对误差控制在10%以内,频率相对误差控制在5%以内,修正后模型的预测精度大幅度提升。修正后的模型可作为该桥的基准有限元模型,用于后续桥梁健康监测与状态评估。

高速铁路下承式连续刚构-拱组合桥的冲击系数研究

以某高速铁路下承式3跨连续刚构-拱组合桥为依托,基于有限元理论和多体动力学理论建立车-桥耦合动力分析模型,进行20组轨道不平顺、75个速度共1500种工况的下承式连续刚构-拱组合桥边跨梁、中跨梁、拱肋和吊杆主要构件冲击系数的变化规律及分布特征研究,并对得到的冲击系数进行曲线拟合。结果表明:连续刚构-拱组合桥主要构件在不同位置处冲击系数存在差异,边跨梁的冲击系数大于中跨梁;列车出桥侧边跨梁跨中冲击系数最大,其值为1.131,中跨梁跨中最小,其值为1.020;桥梁中跨1/4位置处的梁、拱肋和吊杆的冲击系数相对较大,且从大到小依次为吊杆、拱肋、梁。相比现行铁路桥梁设计规范中全桥取同一个冲击系数,本文得到的冲击系数拟合式能准确计算桥梁不同构件的冲击系数,可用于桥梁主要构件的设计。

高速铁路连续刚构加拱组合结构设计及创新技术——以西延高铁王家河特大桥主桥为例

以西延高铁王家河特大桥为工程背景,首先,对3种混凝土连续刚构组合结构(连续刚构加拱、连续刚构加桁、连续刚构部分斜拉桥)从受力性能、无砟轨道适应性、经济性等方面进行比选,确定连续刚构加拱组合结构为最优方案;其次,阐述连续刚构加拱组合结构设计细节,通过有限元软件对结构的静、动力学性能、抗震性能、车-桥耦合计算分析;再次,对墩、梁、拱结合部位受力情况进行模拟检算,对梁、拱合理刚度分配规律进行总结。主要结论及创新点:(1)桥梁的强度、刚度指标满足规范要求,抗震性能良好、乘车舒适性优良;(2)梁拱结合部位混凝土处于均匀受压状态,局部受力安全可靠;(3)混凝土连续刚构加拱组合结构中拱肋承担活载的比例约占45%,活载有效转化为拱肋的压力和弯矩;(4)提出的高位拱肋单侧竖转施工方法可为类似工程提供参考借鉴。

高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部受力行为分析

为分析高速铁路连续刚构-拱组合桥梁墩-梁-拱结合部位在施工与运营过程中的应力状态,采用建立施工全过程杆系有限元模型,计算施工及运营阶段内力与位移,同时考虑钢管与管内核心混凝土、管外拱脚混凝土接触面双重滑移效应,建立墩-梁-拱结合部位实体有限元模型并通过现场实测应力验证模型准确性的方法,探究结合部位的钢-混凝土界面滑移规律与空间应力分布状态。研究结果表明:拱肋钢管与拱脚混凝土、核心混凝土间最大相对位移值分别为1.1,1.2 mm,在设计时宜增加隔板或剪力钉以改善钢与混凝土协同受力;结合部位应力基本处于规范限值内,在过人洞处出现应力集中,倒角处最大拉应力达3.81 MPa,可设置必要的构造钢筋抑制斜向裂缝的发展;拱脚顶面混凝土出现应力集中,且远超规范限值,建议将拱脚混凝土替换为钢纤维混凝土。研究结果可为连续刚构-拱组合桥施工安全提供参考。

大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应分析

为研究大跨度连续刚构柔性拱组合结构受力效应,以宜万铁路宜昌长江大桥为背景,在总结该类结构体系特点的基础上,采用桥梁博士分析软件建立全桥平面有限元模型,对全桥桥面施加竖向均布荷载(二期恒载),分析拱梁内力、竖向荷载及跨中截面弯矩的分配;将该桥与孔跨组成及截面尺寸完全相同的连续刚构桥在恒、活载作用下的结构内力进行对比,分析组合结构的拱梁组合效应。分析结果表明:在竖向均布荷载作用下,连续刚构柔性拱组合结构跨中范围吊杆轴力增加较大;结构跨中截面总弯矩绝大部分已转化为拱肋压力与主梁拉力;与连续刚构相比,活载作用下,连续刚构柔性拱组合结构的主梁弯矩显著减小,结构刚度提高较大,柔性拱作用明显。

大跨度连续梁-拱组合结构钢管拱肋安装工艺研究

梁-拱结合结构钢管拱肋部位是大跨度连续梁拱组合桥设计的关键部位,其受力性能对全桥承载能力和跨越能力至关重要。文章结合具体工程实例,阐述了大跨度连续梁-拱组合结构拱肋分段布置方案,对支架抗倾覆稳定性进行了分析,并就大跨度连续梁-拱组合结构G2~G5节段拱肋安装施工技术要点展开了详细的研究,以提高钢管拱肋施工效率,确保桥梁工程整体施工质量,促进桥梁工程事业的长远发展。

高速铁路大跨连续刚构柔性拱组合桥梁设计

研究目的:以商合杭铁路淮河特大桥(112+228+112) m连续刚构-柔性拱桥为工程背景,研究大跨连续刚构-柔性拱桥的总体及构造、拱肋及吊杆的受力、大跨刚构体系桥梁主墩的受力、桥梁变形对铺设无砟轨道的适应性、车桥耦合动力分析等,系统研究和总结大跨连续刚构-柔性拱桥特点,为大跨度连续刚构-柔性拱桥在高速铁路中的应用提供参考和借鉴。研究结论:(1)连续刚构-柔性拱桥刚度大,受力性能和经济性能优良;(2)通过优化纵向预应力钢束布置并在柔性拱的辅助作用下,能够控制主梁的徐变位移,为无砟轨道的铺设创造良好条件;(3)在考虑主梁徐变、温度等各种位移工况下的主梁附加不平顺后,车桥耦合动力响应分析表明桥梁能够满足列车高速行车的安全性和乘坐舒适性要求;(4)本研究成果可应用于高速铁路大跨度无砟轨道桥梁设计。

大跨度连续刚构柔性拱组合桥式研究

宜昌长江铁路大桥主桥采用 130m +2× 2 75m +130m预应力混凝土连续刚构与钢管混凝土柔性拱组合桥式结构 ,大桥全长 2 4 4 6m ,桥型与跨度在世界铁路桥梁中均居领先地位。研究了 130m +2× 2 75m +130m刚构拱受力特性、承载能力、非线性、抗震、车桥动力响应等结构特性。研究结果表明 ,该新型组合桥梁结构 ,梁拱共同受力 ,结构弯矩效应主要表现为拱受压、梁受拉的受力特性 ,主梁承受弯矩及截面尺寸显著减小 ,拱的水平推力与梁的轴向拉力相互平衡 ,使拱与梁在受力方面的优点得以充分发挥 ,结构竖向刚度大 。

长联多跨不对称刚构-连续梁组合结构设计

成昆铁路毛坪大渡河特大桥采用一联多跨不对称预应力混凝土刚构-连续梁组合结构,全桥孔跨布置为(72+3×128+96+52) m。梁体采用变截面箱梁,其中主、边墩处梁高分别为9.8,7.5 m,等高梁段处为5.4 m;主墩采用双薄壁圆端形墩,墩高均为46 m,与梁结合部位采用固结方式,节省大吨位支座及后期维修养护;为降低温度及混凝土收缩徐变对梁体的影响,边墩采用活动支座;采用有限元程序对主桥进行分析,其一阶竖、横弯的频率分别为0.537,0.590 Hz,各项指标均满足规范要求;以中间向两侧对称合龙的顺序进行施工,经过3次体系转换后形成全桥。

厦深铁路榕江特大桥连续钢桁梁柔性拱组合桥成桥静、动载试验及结构性能研究

厦深铁路榕江特大桥(110+2×220+110)m连续钢桁梁柔性拱桥系同类结构中最大跨度结构,介绍理论分析和成桥桥静、动载试验方法,进而以构件应力、结构变位和刚度、结构的自振频率、振型、阻尼比、动力系数、振幅动态参数为主要对象,对结构的性能进行评价,研究结果表明:该结构符合规范和使用要求。结合试验结果中横向基频高于理论值和大吨位支座在活载作用下水平变位基本为0的现象,对正交异性整体钢桥面的有限元模型模拟精度、活动支座模型模拟等进行了深层次探讨,提出理论模型建立中避免弱化桥面板刚度和应重视支座实际变位情况的具体建议,对同类结构具有参考价值。

考虑碰撞效应的近断层区桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系减震措施研究

为了研究和探索合理的减震措施控制桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系的地震反应,以1座主跨径为120 m的刚构-连续组合梁桥为研究对象,采用CSIBridge建立考虑碰撞能量耗散、桩土相互作用、桥台与台后填土相互作用以及支座桥墩非线性行为的桥台-引桥-刚构连续梁桥结构体系弹塑性动力分析模型。在桥墩和桥台处共设置8种减震方案,分析普通地震波作用下不同方案的减震效果;然后,对比分析相同减震方案在近断层普通地震波和近断层长周期地震波作用下的地震反应。研究结果表明:各方案均能达到预期减震效果,其中采用双曲面球型减震支座(为单一减震装置)的方案减震效果最佳,而增加阻尼器的组合减震方案能进一步优化主桥墩受力。同时,只有在左右桥台处设置黏滞阻尼器的联合减震方案才能有效控制桥台处伸缩缝的碰撞效应。在近断层普通地震波作用下有效的减震方案在近断层脉冲型地震波作用下完全失效,但对减震装置进行参数优化后依然能达到预期减震效果。

四线铁路连续梁-拱组合桥结构设计

青弋江大桥为四线铁路桥,主桥采用72 m+136 m+72 m连续梁-拱组合桥梁。文中对连续梁、钢管混凝土拱的设计进行了介绍,采用整体模型与局部模型相结合的分析方法对其进行了研究,计算主梁应力、挠度、自振特性及钢管混凝土的钢管及混凝土应力;经试算,吊杆预张力、安全系数均满足相关规范要求。根据有限元分析结果,对拱-梁结合部竖向、横向预应力根数和布置进行设计改进,并对不利部位采取加强钢筋的措施。

高速铁路大跨连续梁-拱组合结构抗震性能研究

大跨连续梁拱组合结构在高烈度震区固定墩设计困难,伴随着大跨连续梁拱组合结构的大量建设,研究其在地震高烈度区的抗震性能具有重要工程应用价值。以一座跨度(110+228+110) m大跨连续梁拱组合结构为背景,为解决其固定墩设计困难的问题,采用普通支座体系、速度锁定器体系、黏滞阻尼器体系、双曲面减隔震支座体系4种不同的抗震方案进行比选分析,分析研究表明采用双曲面减隔震支座优势明显。同时又进一步进行了双曲面减隔震支座参数设计,其在强震作用下减隔震率超过60%,减隔震效果明显。综上可以看出,在强震作用下,大跨连续梁拱组合结构采用双曲面减隔震支座后,可有效降低纵桥向固定墩和横桥向各墩的地震响应,有效防止强震作用下结构的破坏,为结构优化带来较大空间。

单拱肋连续梁-拱组合桥结构设计研究

以长沙市轨道交通6号线梧桐路停车场出入场线梅溪湖大桥的初步设计和施工图设计为基础,介绍单拱肋连续梁-拱组合结构的桥型方案研究和主桥结构设计,并对该结构体系进行了详细的静力和动力分析。结果表明:单拱肋连续梁-拱组合结构具有良好的静力和动力性能,其结构强度、应力、刚度、整体稳定性及动力效应均满足规范要求。

单拱肋连续梁-拱组合桥的结构设计

以某市轨道交通6号线花溪湖大桥的施工图设计为基础,介绍单拱肋连续梁-拱组合结构的桥型方案及主桥结构设计,并对该结构体系进行了详细的静力和动力分析。分析结果表明,单拱肋连续梁-拱组合结构具有良好的静力和动力性能,其结构强度、应力、刚度、整体稳定性及动力效应均满足规范要求,是轨道交通桥梁设计中一种合适的桥型。

异形拱-连续刚构组合桥梁拱结合部位局部应力分析

结合某异形拱-连续刚构组合桥梁的设计,采用MIDAS FEA建立梁拱结合部位实体单元模型,以有限元两步分析法研究该部位在最不利荷载作用下的局部应力。归纳总结应力分布规律及薄弱区域,提出针对性的优化结构措施,以改善梁拱结合部位各构件受力性能,为同类桥梁的设计和建造提供借鉴。

大跨度铁路连续刚构-CFST拱桥动力特性试验研究

宜万铁路宜昌长江大桥主桥为连续刚构-钢管混凝土(CFST)拱组合结构,为了评价其在列车荷载下的动力特性及行车安全,利用现场行车、制动及环境振动试验数据,结合有限元模型对其进行动力特性分析。首先,介绍桥梁的工程概况及动力试验安排。其次,利用环境振动试验得到结构的加速度响应,结合频域和时域分析获得桥梁的频率、阻尼比和振型;通过行车和制动试验,得到关键截面的应变、加速度和振幅。最后,计算脱轨系数和轮重减载率评估行车安全性。结果表明:桥梁频率和阻尼满足规范要求,加速度和位移峰值都较小,表明结构有足够的刚度;相比列车行车工况,制动工况对桥梁的冲击效应更为显著;各截面相同工况下竖向加速度峰值明显大于横向加速度峰值,表明列车作用下桥梁竖向振动更为剧烈;双向行车工况下,拱肋截面的动力系数和加速度峰值均小于主梁截面,表明柔性拱肋具有更好的动力性能;脱轨系数小于规范限值,列车运行安全。

黏滞阻尼作用下高墩大跨度连续刚构-拱组合桥减震效果分析

以西安至延安高速铁路大跨度箱形截面(124+248+124)m连续刚构-拱组合桥为研究对象,利用MIDAS/Civil有限元软件建立三维模型,通过非线性时程分析法研究在连续刚构-拱组合桥边墩设置黏滞液体阻尼器后桥墩内力及主梁位移的变化情况,在此基础上对阻尼器参数进行优化,探究黏滞阻尼器减震效果最佳时的参数组合。结果表明:设置黏滞液体阻尼器后,随着阻尼系数增大,西安侧桥墩的墩底弯矩单调递减,墩底剪力先减小后增大,延安侧桥墩的墩底弯矩和剪力均先减小后增大;随着阻尼系数增大,主梁位移逐渐减小,减震效果逐渐增强。综合考虑墩底内力及主梁位移,阻尼系数为4 MN·(s/m)^(0.4)时减震效果最佳。

西江特大桥连续刚构—柔性拱拱肋竖转设计与施工

西江特大桥主桥跨径(110+230+230+110)m,长680 m。跨越主航道的两孔是预应力混凝土连续刚构—柔性钢管拱结构,跨度均达230 m,居同类结构双线铁路桥梁世界第二。3 200 t的钢管拱竖转施工,是整座大桥施工的重点和难点。本文主要介绍了大跨度连续刚构—柔性拱组合桥中的钢管拱竖向转体设计与施工,重点说明了竖转体系中拱肋布置、索塔、拉索和牵引系统的设计。

某高速铁路连续梁拱组合桥结构设计

连续梁拱组合桥将连续梁和拱两种结构体系有机结合在一起,具有结构刚度大、建筑高度低、造型美观等优点,使得这种桥型成为高速铁路最具有竞争力的桥型之一。针对某高速铁路(70+136+70)m连续梁-拱组合结构,研究了其受力特点、动力性能等特性。研究结果表明,该组合结构,梁拱共同受力,结构效应主要表现为拱受压、梁受弯的受力特性,使拱与梁在受力方面的优点得以充分发挥。由于梁拱共同参与二期恒载和活载的受力,所以与同跨度的连续梁相比,主梁承受弯矩峰值显著降低因而结构高度可大大减小。介绍梁拱组合结构设计及关键技术,对今后类似工程应用具有一定的借鉴意义。