高速铁路大跨度斜拉桥上无砟轨道振动特性试验研究

应用橡胶隔离层可提高大跨度斜拉桥上无砟轨道的适应性,但橡胶隔离层的引入会改变桥上无砟轨道结构的振动特征。文章设计制作了大跨度斜拉桥-无砟轨道节段模型,开展了多个工况的力锤锤击试验,探讨了土工布隔离层或橡胶隔离层无砟轨道的振动特征和振动传递规律,对比分析其减振效果。主要得到以下结论:橡胶隔离层的引入,降低了道床板的振动频率,对其振动模态特性也有一定的影响;在选择无砟轨道隔离层时应充分考虑道床板-橡胶隔离层体系的固有频率。橡胶隔离层使无砟轨道结构的振动激励频段更加集中,振动更加稳定,衰减过程更加平稳。橡胶隔离层对混凝土道床板的振动传递有明显的衰减作用;与土工布隔离层相比,橡胶隔离层具有明显的减振作用,其减振效果高达土工布隔离层的10倍以上,在无砟轨道中合理地引入橡胶隔离层可以有效地降低振动水平,在提高大跨度斜拉桥上无砟轨道服役性能的同时改善其振动特征。

高速铁路大跨度斜拉桥主梁CPⅢ点实时高程预测模型算法研究--以昌赣高铁赣江特大桥为例

大跨度斜拉桥梁体受到多种环境因素的影响会发生变形,进而导致桥面CPⅢ控制点的成果具有多值性,昌赣高铁赣江特大桥主跨长300 m,采用常规的技术方法在如此大跨度斜拉桥上铺设无砟轨道难度较大。通过实测桥面CPⅢ点位高程、大气温度、梁体温度和桥塔位移变形,建立以上几种参数之间的关系模型,通过模型计算各个CPⅢ点在不同温度条件和桥塔偏移量下的变化量,并验证模型计算结果和实测结果较差小于规范要求的3 mm限差,进而采用模型计算的高程数据进行自由设站,设站精度均不大于规范要求的0.7 mm限差,说明本研究模型计算的CPⅢ点高程能够在实际工程应用中使用并满足规范的精度要求。

高速铁路大跨度斜拉桥车桥动力分析

建立了车桥动力分析的空间模型 ,分析了高速铁路南京越江工程桥梁方案 40 0～ 80 0m钢斜拉桥在高速列车通过时的车桥动力响应。结果表明 ,只要桥梁结构设计合理 ,考虑的几种方案都是可行的。

高速铁路大跨度斜拉桥运营性能检定技术探讨

基于近年来我国高速铁路大跨度斜拉桥动力性能测试实践和试验数据,探讨大跨度斜拉桥运营性能检定技术,提出了高速铁路大跨度斜拉桥运营性能评定的主要技术参数。对于主跨跨度在430~630m范围内的大跨度斜拉桥,给出了梁体1阶竖向、横向自振频率参考值与跨度及主桁宽度的关系式,提出了采用1/800作为主跨竖向挠跨比参考值,建议考虑设计活载的差别,梁端竖向转角的参考值采用1.0‰或1.5‰,给出了不同检定参数的测试方法建议。我国高速铁路大跨度斜拉桥运营性能试验数据仍需要进一步积累和分析总结,以形成适合于我国高速铁路大跨度斜拉桥运营性能评估标准。

基于IDA的高速铁路大跨度斜拉桥地震易损性分析

为研究高速铁路大跨度斜拉桥的地震易损性,以我国西部某主桥跨径为249.5m+550m+550m+249.5m的三塔四跨铁路斜拉桥为研究对象,利用有限元软件SAP2000建立其动力有限元分析模型,采用增量动力分析(IDA)获得结构地震响应,结合对数回归分析最终获得各关键构件的地震易损性曲线。结果表明:二次拟合得到的概率地震需求模型整体略优于一次拟合;在纵向地震作用下,支座呈现出较高的损伤概率,其中固定支座损伤概率最大;桥塔和桥墩的损伤相对较低。因此在大跨度铁路斜拉桥抗震设计中,应重点考虑位移和变形的控制。

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。

高速铁路H型双塔斜拉桥大跨度水中梁柱式支架现浇梁施工质量控制

结合成达万高铁遂宁涪江特大桥斜拉桥边跨现浇梁施工,从梁柱式支架的设计及施工入手,对大跨度斜拉桥边跨连续箱梁施工质量控制进行重点阐述,并对其关键节点进行分析,旨在不断完善和发展大跨度梁柱式支架施工技术,充分保证梁体施工质量,为今后类似的工程提供重要借鉴意义。

收缩徐变对高速铁路斜拉桥单箱单室混合梁位移的影响及调控

以某主跨300 m的高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥为背景,运用Midas/Civil有限元软件建立其数值模型,进行桥塔、桥面板、箱梁等混凝土构件收缩徐变对主梁位移影响研究,并提出主梁位移调控措施。结果表明:成桥10年后,混凝土收缩徐变引起的跨中主梁向下位移共计79 mm,桥塔、桥面板、箱梁收缩徐变的影响占比在施工阶段分别为58%,32%和10%,在运营阶段分别为48%,38%和14%;跨中主梁向下位移的主要原因是桥塔和桥面板变形,混凝土收缩徐变缩小了桥塔竖向及桥面板纵桥向尺寸,改变了斜拉索锚点位置及索力,导致主梁在施工阶段和运营阶段分别产生56和18 mm的向下位移;预抬高斜拉索的桥塔锚点位置10 mm,可消除混凝土收缩徐变引起的钢梁架设初始误差;混凝土桥面板预制后存放6个月、桥塔采用低徐变混凝土、成桥后延迟90 d铺轨等措施,能改善混凝土收缩徐变对单箱单室混合梁位移的不利影响,可减小跨中主梁向下位移3%~38%。

罕遇地震下高速铁路大跨矮塔斜拉桥减隔震性能研究

为研究不同减隔震装置对高速铁路大跨矮塔斜拉桥的减隔震机理,以某(90+180+90)m矮塔斜拉桥为研究背景,基于非线性时程分析建立有限元模型,研究摩擦摆支座、黏滞阻尼器和减隔震组合装置的减震效果及桥梁的抗震性能。结果表明:罕遇地震作用下,全桥主塔处采用摩擦摆支座和黏滞阻尼器的组合装置可以有效解决抗震问题,优化后选取摩擦系数为0.06、曲率半径为2 m的摩擦摆支座和阻尼系数为12000 kN·(m·s^(-1))-α、阻尼指数α为0.8的黏滞阻尼器;相比于单独使用摩擦摆支座或黏滞阻尼器,减隔震组合装置可大幅度减小全桥各关键截面的内力、桥墩位移及梁端转角,显著提升桥梁的抗震性能,剪力和弯矩的减震率分别达70.85%和76.94%,桥墩墩顶位移减震率达76.08%;各关键截面安全系数均大于1,结构均处于弹性范围,满足桥梁抗震性能的要求。

高速铁路主跨320 m钢-混部分斜拉桥无砟轨道适应性研究

南玉高铁六景郁江特大桥设计将钢-混部分斜拉桥结构引入时速350 km高速铁路领域,而300 m级以上大跨度桥上无砟轨道的竖向变形极易超限,影响列车通过的安全性和舒适性,因此,系统研究在此大跨桥梁结构上铺设无砟轨道的适应性十分必要。通过建立有限元及动力学模型,分析不同组合工况下无砟轨道结构的变形特点及动力特性,运用60 m弦测法探究各工况下无砟轨道的线形变化规律,从而确定大跨度钢-混部分斜拉桥铺设无砟轨道的适应性,并对设计和施工提出合理化建议。主要结论如下:在各种不利组合荷载作用下,桥上无砟轨道结构强度满足规范要求,列车通过大桥的各项安全性与舒适性指标均满足规范要求;混凝土收缩徐变和斜拉索升降温是影响无砟轨道线形标准的两大主因,应在无砟轨道施工前确保足够的沉降观测期和收缩徐变释放期,并充分考虑拉索的保温设计;在温度组合荷载作用下,桥上无砟轨道的60 m弦测不平顺幅值为6.79 mm,满足高速铁路静态验收标准;但在叠加列车荷载和收缩徐变后,变形弦测值均出现Ⅱ级及以上超限,通过合理设置预拱度后可有效改善轨道平顺性标准。

桥梁刚度变化对高速铁路独塔斜拉桥车⁃桥耦合振动的影响分析

以高速铁路独塔斜拉桥为研究对象,建立车-轨-桥耦合系统的空间多体动力学分析模型,开展高速铁路斜拉桥的车-轨-桥耦合振动的仿真分析。通过改变材料弹性模量的方式调整桥塔和主梁刚度,研究桥梁刚度变化对桥梁车-桥-耦合振动的影响规律。研究结果表明,随着桥塔刚度的增大,主梁跨中竖向和塔顶纵向位移响应逐渐减小,其峰值减幅分别为7.57%和10%;随着主梁刚度的减小,主梁跨中竖向位移和塔顶纵向位移峰值呈逐渐递增趋势,主梁刚度变化对车体竖向加速度和Sperling竖向舒适度指标影响相对较大;相比于桥塔刚度的变化,主梁刚度变化对车-桥振动响应的影响更大;整体上,列车运行的安全性和平稳性指标满足规范要求。

高速铁路大跨度桥梁轨道静态长波不平顺设计控制参数研究

我国现行高速铁路设计、验收规范中,采用300 m基线150 m矢距差法对轨道长波不平顺性进行评价。对于大跨度桥梁,受温度变化、混凝土收缩徐变等多种因素影响,桥上轨道线形随温度变化而发生动态变化,仍沿用规范的评价方法,难以与桥梁固有变形特性相适应。通过分析我国现行高速列车敏感波长,结合多座大桥运营监测结果及不同弦长的有效测量范围,确定选用60 m中点弦测法评价大跨桥梁轨道长波不平顺性;通过仿真及实测手段,得到列车速度为250、300、350 km/h时60 m中点弦测法平顺性控制限值。多座高速铁路大跨度桥梁工程实践表明,60 m中点弦测法适用性较好,可供今后高速铁路大跨度桥梁设计、验收参考。

高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥减隔震设计研究

多跨长联连续梁结构存在固定墩地震力大、延性部位震后不易恢复等问题,在高烈度震区抗震设计存在困难。为了解决高速铁路多跨长联矮塔斜拉桥的抗震设计问题,以某(65.65+8×110+65.65) m单索面预应力混凝土矮塔斜拉桥为研究对象,采用非线性时程积分方法,对单固定墩、刚构连续梁和摩擦摆支座隔震3种不同的抗震体系方案进行分析比选。研究结果表明,采用摩擦摆支座隔震体系方案优势明显,在地震作用下,与单固墩体系相比,桥墩横桥向墩底弯矩普遍减小70%以上,固定墩纵桥向墩底弯矩减小约80%;进一步通过摩擦摆隔震支座参数分析,确定了合适的支座参数,获得较好的支座变形量、墩顶剪力,减隔震效果明显。因此,在桥墩剪跨比小、下部结构刚度大的情况下,设置摩擦摆隔震支座后,可显著减小地震时下部结构的地震响应,使各个桥墩受力均匀,同时通过合理的支座设计可满足大震位移需求,并具有足够的自复位能力。

主跨330 m高速铁路无砟轨道混合梁斜拉桥设计

研究目的:为满足防洪及通航要求,南玉高铁百合郁江特大桥采用(36+40+64+330+64+40+36)m钢箱-混凝土混合梁斜拉桥跨越郁江。该桥为目前国内在建最大跨度的高速铁路无砟轨道钢箱-混凝土混合梁斜拉桥。本文主要基于百合郁江特大桥的设计与受力特点,通过多种评价方法,探讨在大跨度钢混斜拉桥上铺设无砟轨道适应性,为后续建造同类型无砟轨道桥梁提供理论参考。研究结论:(1)主桥采用钢箱梁与混凝土箱梁,并在钢箱梁顶板上现浇混凝土桥面板,为无砟轨道铺设创造了良好条件,并且能很好地控制后期主梁的收缩徐变变形,提高大跨桥梁对无砟轨道适应性;(2)百合郁江特大桥具有良好的静力性能和刚度条件;(3)主桥将轨道结构高度由725 mm调整为775 mm,分别为底座板和道床板预留了20 mm和30 mm的纠偏量,为后续无砟轨道分级施工和纠偏提供了基础,能更好地将施工与测量误差逐级消除,提高无砟轨道铺设精度;(4)采用多种无砟轨道适应性评价方法对主桥无砟轨道线形进行分析,结论均满足设计要求;(5)该桥的成功实施,为国内外高速铁路无砟轨道桥梁建设提供了宝贵的经验,将进一步推动高速铁路无砟轨道大跨度桥梁的技术发展。

高速铁路无砟轨道斜拉桥刚度理论分析与设计参数研究

为研究高速铁路无砟轨道斜拉桥的刚度特征以及合理结构设计参数,采用理论公式推导、数值分析等手段,得到结构设计参数刚度影响解析公式及其影响规律,用于指导桥梁设计。首先引入索梁活载刚度比的概念,通过建立斜拉桥主梁多点支承连续梁的三弯矩方程得到主梁刚度,通过考虑主塔变形和拉索伸长量得到斜拉索等效刚度,进而给出斜拉桥整体刚度、索梁活载刚度比和主梁跨中挠度的理论公式,并基于理论公式得出主梁惯性矩、斜拉索倾角、塔高以及拉索面积对斜拉桥整体刚度的影响。以广湛铁路东平水道特大桥主桥(67.5+60+60+350+60+60+67.5)m钢箱混合组合梁无砟轨道斜拉桥为例,通过对比跨中活载位移理论解与数值解验证本文理论公式的准确性,进而采用理论公式分析结构设计参数对桥梁刚度的影响。研究结果表明:随拉索倾角增大或者塔高增加,主梁的跨中位移先减小后增大,索梁活载刚度比先增大再减小,拉索倾角为29.2°~73.9°时主梁跨中位移达到最小值36.4 cm,此时索梁活载刚度比为15.4。随着主梁的梁高增加,主梁跨中位移减小,索梁活载刚度比减小,但是减小幅度较为缓慢。拉索面积增大,主梁跨中活载位移减小,索梁活载刚度比增加。提出了桥梁合理梁高、塔高和斜拉索规格及拉索面积。桥梁结构静动力检算、桥上轨道静态高低不平顺验算以及无砟轨道受力与层间压缩量等检算结果均表明,该桥具有良好的安全性和行车平稳性。

高速铁路大跨度钢桁架桥接触网腕臂安装技术研究

高速铁路大跨度钢桁架桥纵向伸缩量大且变位复杂,是影响接触网腕臂偏移等系统能否正常、安全运行的重要因素,如何解决接触网腕臂安装、偏移调整与钢梁伸缩之间的协同配合,目前国内在此方面鲜有研究。通过阐述受导线伸缩影响的腕臂偏移机理和大跨度钢桁架桥梁体纵向伸缩机理,分析在不同接触网锚段布置方式下大跨度钢桁架桥梁体伸缩对腕臂偏移的影响,并采用逐工点分析法总结不同工况下钢梁伸缩与导线伸缩对腕臂偏移影响的相互关系,揭示了接触网腕臂安装曲线在导线伸缩及钢梁伸缩共同作用下的计算方法。结合典型案例计算分析,建议采用不同钢梁跨度下的推荐锚段布置方式能有效降低腕臂偏移量,并提出应重点关注伸缩缝两侧锚段腕臂偏移问题、腕臂偏移为叠加关系时缩小半锚长度、钢梁跨度大于720 m时应重点计算伸缩缝两侧双腕臂间距等优化事项。研究内容及计算公式可为系统性解决高速铁路大跨度钢桁架桥接触网腕臂偏移设计、施工及运营维护等技术难题提供理论支持。

高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术

预应力混凝土部分斜拉桥结构刚度大,经济性好,适宜铺设无砟轨道,是200~300 m跨度高速铁路桥梁的首选桥型。本文以高速铁路主跨248 m刚构部分斜拉桥为背景,研究高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥合理的结构体系、轨道平顺性、索梁荷载比、合龙顶推力等关键技术。静力计算结果表明:刚构体系比连续梁体系刚度更大,经济性好,更有利于行车安全性;两种结构体系轨道不平顺均能满足要求,对于长短波不平顺,与连续梁体系相比刚构体系中跨不平顺值小,边跨不平顺值大;索梁荷载比与斜拉索刚度成正比,与主梁刚度成反比;刚构部分斜拉桥合龙后的收缩徐变和高温合龙导致结构产生附加内力,合理设置顶推力须综合考虑主墩受力与运营阶段塔顶位移。

高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥稳定性研究

为研究高速铁路大跨度钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定性,依托主跨300 m深茂铁路虎跳门水道特大桥,采用有限元软件ANSYS建立以梁单元为主的空间杆系有限元模型,对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥开展线弹性稳定分析,并进行考虑几何初始变形及材料弹塑性的非线性稳定性分析。结果表明:在弹性稳定分析下,该桥梁的一阶失稳形式为主梁整体纵飘及塔纵弯失稳,二~四阶均为桥塔处的主梁下弦杆首先出现横向偏位而局部失稳;在运营阶段弹性稳定系数最小为7.639,第二、三阶和第四、五阶稳定系数分别相同且失稳形式为对称失稳;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)后,一阶稳定系数减小6.39%;考虑非线性因素影响后稳定系数降低明显,仅考虑几何非线性因素的影响后一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低11.23%、9.01%和10.13%,而考虑几何及材料双重非线性因素影响后,一阶、二阶和四阶稳定系数分别降低67.78%、60.63%和52.56%,表明材料非线性对铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数影响更为显著;考虑最大几何初始变形(k=L/1 000)以及双重非线性因素影响后,铁路钢桁架-混凝土板组合梁斜拉桥的稳定系数为1.985,大于规范1.7的要求。

高速铁路大跨度低高度预应力混凝土连续梁设计研究

为降低铁路大跨度预应力混凝土连续梁高度,扩大其适用范围,提出主跨100 m低高度连续梁合理跨度配比及构造尺寸,计算结果均满足规范要求。通过与常用高速铁路主跨100 m连续梁对比分析,系统研究了跨度配合比、构造参数等对结构的影响,总结出大跨度低高度连续梁的优缺点及构造建议值。研究结果表明:(1)低高度连续梁在同等跨度下混凝土用量更省,每延米混凝土用量降低约20%,较传统连续梁更经济;(2)低高度连续梁由于梁高降低,主梁刚度略有降低,但工后徐变上拱值降低明显,减幅约60%;(3)对于主跨100 m低高度连续梁,建议配跨长度在70~80 m之间,且不宜小于60 m;(4)主跨100 m低高度连续梁墩顶梁高不宜小于6 m,建议取值范围6.0~6.5 m,跨中梁高不宜小于3.0 m,建议取值范围3.0~3.5 m。

高震区高速铁路跨度40m简支箱梁方案可行性研究

高铁40 m简支箱梁为近年新发展的大跨度桥梁建造技术,已在低震区多个项目应用,但尚未见高震区桥梁案例,40 m梁是否适用于高震区高铁桥梁,需要研究分析。以津承高铁天津段为例,对0.2g地震区的桥梁进行了40 m梁跨度比选研究,研究涉及梁墩构造、全桥动力性能、工期和经济比选等多方面。研究结论表明:(1)与32 m梁比,40 m梁每延米圬工量较少,两者预制架设经济指标相当;(2)两种跨度梁的桥墩构造一致,40 m梁实体墩墩顶略大,桥墩配筋较32 m梁加强;(3)40 m梁桥的自振频率、脱轨系数、轮重减载率等动力性能均满足规范要求;(4)40 m梁运架设备充足、工艺较成熟,不是制约40 m梁推广应用的因素;(5)40 m梁桥的地震重要性系数宜取1.5,此时的桥梁地震响应与公路、城市桥梁抗震算法较为接近;(6)两种跨度梁的梁场规模相当,40 m梁的运架工期更节约;(7)0.2g地震区40 m梁方案与32 m梁方案相比,投资增加3.57%,增幅较小,但40 m梁方案综合效益显著,可以作为高震区高铁标准跨度梁推荐使用。