孟加拉38 m简支梁桥墩纵向水平刚度限值研究

研究目的:孟加拉帕德玛大桥铁路连接线为“一带一路”重点工程项目之一,在高架桥上铺设跨区间无砟轨道无缝线路,且高架桥主要采用38 m混凝土简支箱梁。为指导孟加拉38 m混凝土简支箱梁桥上无缝线路及桥墩设计,建立轨道-桥梁-墩台一体化仿真分析模型,研究桥墩纵向水平刚度对无缝线路力学性能的影响规律,基于钢轨强度、梁轨相对位移和钢轨断缝限值,提出满足38 m混凝土简支箱梁桥上无缝线路铺设的桥墩纵向水平刚度限值。研究结论:(1)钢轨伸缩力和挠曲力随桥墩纵向水平刚度的增大而增大,钢轨制动力、梁轨相对位移和钢轨断缝值均随桥墩纵向水平刚度的增大而减小;(2)采用UIC规范参数时,桥墩纵向水平刚度限值受梁轨相对位移控制;(3)采用中国规范参数时,桥墩纵向水平刚度限值受钢轨强度、梁轨相对位移、钢轨温度变化幅度和机车牵引类型共同控制;(4)采用UIC规范时的桥墩纵向水平刚度限值小于中国规范的规定值,综合考虑钢轨强度、梁轨相对位移、机车牵引类型的影响,钢轨温度变化幅度分别为50℃、40℃和30℃,采用UIC规范时,建议38 m混凝土简支箱梁的桥墩纵向水平刚度限值取200 kN/cm;采用中国规范时,建议38 m混凝土简支箱梁的桥墩纵向水平刚度限值取550、250和250 kN/cm;(5)本研究成果可为相关客货共线铁路混凝土简支箱梁桥上无缝线路及桥墩设计提供参考和借鉴。

重载铁路简支梁桥墩纵向水平刚度限值

研究目的:桥墩纵向水平刚度是桥梁结构及桥上无缝线路设计的核心参数,本文基于梁轨相互作用原理和重载铁路线路特点,建立线-桥-墩一体化计算模型,分析简支梁桥墩纵向水平刚度对梁轨相互作用的影响,在综合考虑轨温变化幅度、线路设计速度、钢轨类型、线路坡度等因素下,确定重载铁路常用跨度简支梁桥墩纵向水平刚度限值。研究结论:(1)当重载铁路采用60 kg/m钢轨时,制动工况下的梁轨相对位移及钢轨强度均为桥墩纵向水平刚度控制指标;当采用75 kg/m钢轨时,控制指标仅为制动工况下的梁轨相对位移;(2)对于30 t轴重平坡单线铁路,12 m、16 m、20 m、24 m、32 m、40 m和48 m跨度简支梁桥墩纵向水平刚度限值分别为190 kN/cm、240 kN/cm、290 kN/cm、340 kN/cm、490 kN/cm、650 kN/cm和810 kN/cm;(3)线路坡度会影响桥墩纵向水平刚度限值,坡度为15‰的线路对应桥墩刚度限值约为平坡线路对应值的1.10~1.25倍;(4)本文提出的重载铁路常用跨度简支梁桥墩纵向水平刚度限值可为桥墩加固及养护提供参考。

中小直径盾构隧道管片衬砌结构纵向抗弯刚度特性研究

对于城市轨道交通以及市政管道而言,中小直径盾构隧道具有天然的优势,近年来取得了快速发展。然而,随着地质条件及周围环境日趋复杂,其纵向差异沉降对其结构安全产生了显著影响。为研究中小直径盾构隧道的纵向抗弯刚度特性,采用相似模型试验,考虑环向与纵向接头的影响,开展盾构隧道结构纵向抗弯性能试验。对隧道竖向变形、抗弯刚度有效率进行分析,提出适用于确定中小直径盾构隧道纵向抗弯刚度有效率的经验修正公式,并给出关键参数的取值范围。研究结果表明:(1)盾构隧道管片衬砌结构在受荷后刚度会发生变化,刚度的变化实质为受荷后管片衬砌结构的变形引起;(2)直径为4.2m和6.0m的盾构隧道结构纵向抗弯刚度有效率合理取值范围分别为0.194~0.352和0.162~0.311;(3)引入纵向抗弯刚度修正系数对徐氏模型理论公式进行修正,经试验结果确定直径为4.2 m和6.0 m的修正系数范围分别为0.7~1.4和0.8~1.6。

考虑活动支座摩阻力的山区铁路连续梁桥墩纵向水平刚度限值研究

针对山区客货共线铁路连续梁桥墩工程造价高的问题,对山区客货共线铁路连续梁的桥墩纵向水平刚度合理取值进行研究.基于梁轨相互作用原理,建立考虑活动支座摩阻力的钢轨-桥梁-墩台一体化计算模型,研究活动支座摩阻力及桥墩纵向水平刚度对连续梁桥上无缝线路纵向力和变形的影响规律,提出考虑活动支座摩阻力的常用跨度连续梁桥墩纵向水平刚度限值.研究结果表明:活动支座摩阻力增强了连续梁与无缝线路的纵向约束,随着活动支座摩阻系数的增大,钢轨伸缩力、钢轨制动力、梁轨相对位移和钢轨断缝值均减小;随着桥墩纵向水平刚度增大,钢轨伸缩力增大,钢轨制动力、梁轨相对位移及钢轨断缝值降低;不考虑活动支座摩阻力时,(32+48+32)m、(40+64+40)m和(48+80+48)m连续梁的桥墩纵向水平刚度限值分别为620、1020和1440 kN/(cm·双线);活动支座摩阻力可降低桥墩纵向水平刚度限值,不考虑桥梁活动支座摩阻力的连续梁桥墩纵向水平刚度限值是考虑活动支座摩阻力的桥墩纵向水平刚度限值的1.1~1.7倍,建议客货共线铁路连续梁桥上无缝线路及桥墩设计中应考虑活动支座摩阻力的影响.

大湾区城际铁路简支箱梁墩顶纵向刚度限值研究

为探究桥梁与轨道参数对无缝线路纵向受力变形的影响,确定大湾区城际铁路常用24 m和32 m简支箱梁墩顶纵向刚度限值,基于梁轨相互作用机理,建立钢轨-桥梁-墩台一体化有限元模型,开展墩顶纵向刚度对无缝线路伸缩力、制动力、梁轨快速相对位移的影响分析,并从无缝线路安全性出发,提出24 m和32 m简支箱梁墩顶纵向刚度限值。研究结果表明:钢轨及桥墩伸缩力均随墩顶纵向刚度的增加而增大,钢轨伸缩力变化幅度较缓,桥墩伸缩力变化幅度显著,两者增大趋势均随墩顶纵向刚度的增加而逐渐减缓;随着墩顶纵向刚度增加,钢轨制动力显著降低,墩台制动力显著增大,两者变化趋势均逐渐减缓;钢轨附加应力不控制墩顶纵向刚度取值;梁轨快速相对位移随墩顶纵向刚度增大而减小,以梁轨快速相对位移指标为控制条件,32 m单线简支箱梁墩顶纵向刚度限值建议取125 kN/cm, 24 m单线简支箱梁墩顶纵向刚度限值建议取90 kN/cm。

考虑支座摩阻效应柔性墩纵向水平力优化设计

为研究支座摩阻效应对柔性墩台纵向水平力的影响,基于墩顶抗推刚度集成法,提出了考虑支座摩阻效应墩顶纵向水平分配力的二次分配理论框架。基于某一简支梁桥,采用理论方法进行摩阻系数在0,0.02,0.03,0.04,0.05,0.06下的墩顶水平力分析,并获取最优摩阻系数取值。结果表明:墩顶纵向水平力的分配与支座摩阻系数有关,不考虑支座摩阻力会使得墩顶水平力离散性较大,各墩顶水平力差异化明显。在计算汽车制动力对墩顶纵向水平分力影响时,支座的摩阻效应不可忽略。通过对某一实际简支梁桥计算分析,采用摩阻系数为0.03的支座可使得墩顶在纵向水平力分配更为合理。

连续梁桥上单元板式无砟轨道纵向变形的控制

研究目的:大跨度桥上铺设单元板式无砟轨道所诱发的梁轨相互作用问题较之普通桥上无缝线路更为复杂,其纵向变形控制在既有规范和工程实践应用中存在不足。本文采用有限元方法建立线-板-桥-墩一体化计算模型,研究连续梁桥墩纵向水平刚度对单元板式无砟轨道无缝线路各部件受力及变形的影响,并提出无砟轨道纵向变形控制指标,为桥上铺设单元板式无砟轨道无缝线路提供理论依据。研究结论:(1)桥梁伸缩荷载下,通过铺设小阻力扣件可显著降低凸台周围树脂变形;列车制动荷载下,铺设小阻力扣件并不能有效降低树脂变形;(2)在伸缩荷载或断轨作用下,增大桥墩刚度并不能降低树脂变形量,但对于制动荷载,增大桥墩刚度可以显著降低树脂变形量,为确保树脂层变形低于3 mm,树脂层刚度最小值为70 kN/mm;(3)对于(60+100+60)m连续梁,铺设常阻力扣件时,轨温变化幅度高于40℃时需要铺设钢轨伸缩调节器,轨温变化幅度为30℃时满足无砟轨道强度和纵向变形要求的桥墩刚度限值为1 800 kN/cm;(4)该研究结论可为桥上无砟轨道设计提供一定的理论依据。

超高墩多塔混凝土斜拉桥纵向约束体系研究

为探讨不同纵向约束体系对超高墩多塔混凝土斜拉桥地震响应的影响,以墩高178m的赤石特大桥为研究对象,建立全桥有限元模型并进行非线性时程分析,研究了一致和非一致2种纵向约束方式下约束刚度对结构地震反应的影响,并综合对比了各类典型纵向约束体系下结构的抗震效果,最后根据分析结果确定该新桥型的合理纵向约束体系。研究结果表明:一致纵向约束方式下,约束刚度对结构变形的影响较内力更加突出,设计时应以控制结构变形为主,设置较刚性的纵向约束对改善结构抗震性能更加有利;非一致纵向约束方式下,边塔约束刚度对各塔地震反应的分布有重要影响,合理设置边塔纵向约束刚度对平衡结构的响应分布非常关键;对于超高墩多塔斜拉桥而言,采用全漂浮体系和弹性约束体系,抗震效果均不是十分理想,而采用固结体系和弹性-固结体系,可在不显著增大结构内力的同时大幅降低结构变形,是比较合理的纵向约束体系。

采用小阻力扣件的单线连续梁桥墩纵向刚度限值研究

基于梁轨相互作用原理,建立桥上无缝线路线桥墩一体化模型,研究主桥铺设小阻力扣件下单线连续梁桥墩纵向水平刚度的限值。研究结果表明:在主桥铺设小阻力扣件下,钢轨伸缩附加应力最大值与连续梁温度跨度及桥墩刚度近似呈线性关系;轨道结构稳定性和钢轨断缝对桥墩刚度限值均不起控制作用,桥墩刚度限值仅由钢轨强度控制;连续梁温度跨度较大时,桥墩刚度限值与温度跨度近似呈线性关系,对于温度跨度为240 m的连续梁,轨温变化幅度为50℃、40℃和30℃时,连续梁固定支座处桥墩刚度限值分别为1 282、522、226 k N/(cm·线)。

考虑碰撞效应的混凝土连续梁桥纵向挡块参数分析研究

以中小跨度典型梁式桥为工程背景,利用有限元软件建立桥梁结构的多尺度模型,基于接触单元理论,提出能考虑碰撞过程中能量消耗的碰撞模型,考虑地震作用下桥梁结构梁体与纵桥向限位挡块间的碰撞效应,对比分析是否设置挡块,以及墩高、碰撞刚度、碰撞阻尼等对桥梁结构地震响应的影响。结果表明:设置纵向挡块之后,过渡墩的墩底剪力和墩顶位移有所增加,但墩梁相对位移大幅度降低,可很好地防止纵向落梁震害的发生;碰撞刚度的增大,会增大墩底剪力和墩顶位移,减小主梁位移和墩顶相对位移,对于与本文分析类似规模的桥梁,建议纵向挡块的碰撞刚度取10~8N/m较合适;纵向挡块的碰撞阻尼对桥梁的地震响应影响相对较小,在设计时可不予特别考虑。

盾构管片衬砌纵向非均质等效连续模型

将盾构管片沿纵向分为环缝影响范围内、外两部分,环缝影响范围外取管片实际刚度,环缝影响范围内取等效刚度,环缝影响范围内、外连接处为刚性连接,推导出环缝影响范围内等效轴向刚度和等效弯曲刚度,并与等效连续均质模型的计算结果进行对比分析。提出了等效剪切刚度的概念。剪切刚度首先由管片接触面摩阻力提供,当剪切位移增大到螺栓与螺栓孔接触时螺栓参与抗剪,并推导出等效剪切刚度和剪切位移的计算式。讨论了环缝影响长度对各等效刚度的影响。

无碴轨道路基关键技术探讨——以遂渝线无碴轨道综合试验段为例

研究目的:为适应我国客运专线建设的需要,铁道部组织开展了遂渝线无碴轨道综合试验,铁道第二勘察设计院联合西南交通大学等单位承担了遂渝线无碴轨道线下工程关键技术研究。研究方法:主要研究内容包括:(1)无碴轨道路基基床动力学特性试验研究;(2)地基沉降控制技术试验研究,其中重点研究桩-网结构路基和桩-板结构路基;(3)红层泥岩填料填筑无碴轨道路基适应性研究;(4)无碴轨道线下基础刚度匹配技术研究。本文结合遂渝线无碴轨道综合实验段路基工程试验研究和设计施工,就如何有效控制地基沉降、线下基础纵向刚度匹配、合理使用非良质填料三个客运专线无碴轨道路基关键技术问题进行探讨。研究结论:提出桩-网结构路基、桩-板结构路基适用条件及设计方法,提出路基面支承刚度及其设计应用,提出合理使用非良质填料的建议意见,并对客运专线无碴轨道路基设计、施工的关键问题进行了讨论。

南京地铁1号线高架桥无缝线路纵向力的研究

根据南京地铁1号线高架结构梁轨设计的需要,进行桥梁与轨道相互作用的专题研究,提出优化的线路设计参数和连续梁无缝线路纵向力的计算方法,以及桥墩水平线刚度的取值,使高架桥结构的梁轨结构设计更加匹配、协调和经济合理,实现总体优化。

三塔斜拉桥设计参数分析

为研究三塔斜拉桥结构的力学行为特征,为三塔斜拉桥设计提供参考,结合三塔结合梁斜拉桥工程设计实例,建立三塔结合梁斜拉桥的有限元模型,对斜拉索重叠布置、塔间斜拉索、提高桥塔刚度及采用辅助墩等措施进行参数分析,总结其受力行为的变化规律。计算结果显示:设置重叠索、设置塔间加劲索、边跨设置辅助墩可有效改善中塔、主梁、斜拉索受力,减少塔顶水平位移值及跨中主梁挠度值;提高中塔刚度可以减少塔顶位移;提高边塔刚度对结构影响很小;提高中塔的塔高可以改善桥塔内力,但会增大塔顶位移。计算结果可为三塔结合梁斜拉桥结构布置设计提供参考。

中小跨度长联连续梁桥桥上无缝线路纵向力的研究

针对固定墩组和拉压连接器两种桥梁结构,分析计算长联连续梁桥无缝线路纵向力。根据桥梁、钢轨的相互作用关系,建立纵向力计算模型,应用该模型,分析比较了桥梁联长、桥墩刚度以及轮轨粘着系数对纵向力的影响。根据附加纵向力的大小以及长钢轨伸缩位移量,提出了长联连续梁的最大联长,在连续梁中间设置钢轨伸缩调节器时,固定墩组桥梁体系连续梁联长应小于500m～600m,拉压连接器桥梁体系连续梁联长应小于1000m～1200m。研究结果表明,桥上无缝线路长钢轨的附加纵向力与桥墩的刚度有关,刚度减小,长钢轨的附加纵向力增加,对桥上无缝线路的强度和稳定性不利,根据长钢轨附加制动力的大小,提出了不同联长的连续梁桥墩刚度的最小限值。

客货共线32m简支梁桥上无缝线路纵向力研究

为研究客货共线铁路32 m简支梁桥上梁轨相互作用规律,建立线-桥-墩计算模型,分析桥梁跨数、线路纵向阻力、桥墩纵向水平刚度和列车荷载图式类型对桥上无缝线路的影响。结果表明:随着桥梁跨数增加,桥上无缝线路纵向力增大,达到10跨时趋于稳定;随着线路纵向阻力增大,桥上无缝线路纵向力增大,梁轨相对位移减小;随着桥墩纵向水平刚度增大,伸缩力、挠曲力增大,制动力和梁轨相对位移减小;挠曲力和制动力随列车荷载图式竖向荷载增大而增大。建议桥上无缝线路检算选取10跨简支梁;有砟轨道轨枕选型应综合考虑桥上无缝线路受力和变形;铺设Ⅲ型混凝土轨枕时简支梁桥的桥墩纵向水平刚度(双线)不小于350 kN/cm;客货共线铁路货运量达到重载铁路等级时应增大桥墩纵向水平刚度。

高速铁路整体桥梁墩柱刚度和温度跨度研究

研究目的:高速铁路整体式桥梁的分跨布置、墩柱刚度等设计参数与梁轨相互作用密切相关,当参数取值不合理时,将出现桥上钢轨变形过大、失稳、断裂等问题。为确保桥上线路安全运行,得到设计参数的取值范围及相关关系,本文基于双折线、多折线非线性阻力模型来模拟梁轨纵向阻力,建立梁轨微段受力平衡方程来得到钢轨的应力与位移等参数。分别结合钢轨强度、梁轨相对位移、墩顶位移、轨缝宽度及钢轨稳定性等约束条件,确定出桥梁温度跨度和墩柱刚度的相互关系及取值范围。研究结论:(1)温度跨度和墩柱刚度的取值主要受钢轨强度约束的影响,梁轨相对位移、墩顶位移、轨缝宽度和钢轨稳定性限值条件影响较小;(2)提出了温度跨度和墩柱刚度两个参数在规范限值条件下的相关关系计算公式;(3)本文算法及所得计算式可为整体式桥梁设计提供一定的参考。

城轨交通高架桥墩顶纵向刚度的设计探讨

对桥墩纵向刚度进行计算,分析影响桥梁下部结构刚度的主要因素,包括桩径、桩间距以及墩截面几何尺寸。探讨在相同刚度的条件下,如何合理选择墩柱刚度及基础刚度,以保证结构受力合理且经济性好。

基于ANSYS的简支梁桥柔性墩纵向力分配研究

在刚度耦合模型的基础上,采用大型有限元分析软件ANSYS建立三维实体有限元模型,对连续桥面简支梁桥柔性墩纵向力分配进行仿真分析,通过有限元模拟值与采用刚度耦合模型得到的计算值对比分析表明,刚度耦合模型计算墩顶水平力是合理的,结果是可靠的。采用节点耦合的方式模拟板式橡胶支座,采用弹簧-阻尼单元模拟滑板支座是可行的。

盾构隧道双层衬砌应用现状与受力性能分析

在调研国内外盾构隧道双层衬砌使用情况的基础上,对双层衬砌应用现状与受力性能进行分析。研究结果表明,双层衬砌主要应用于对耐久性要求较高的水工隧道及大直径跨江越海隧道工程中;与非封闭式二次衬砌相比,封闭式二次衬砌在管片结构抗弯、变形与衬砌结构抗弯方面具有一定优势,但在衬砌结构受压方面具有一定劣势;非封闭式二次衬砌兼具单层管片衬砌与封闭式二次衬砌的优点,可在提高结构耐久性的基础上,降低施工成本,缩短工期,具有推广应用价值。