铁路钢-混组合梁抗拔不抗剪栓钉设计研究

为研究抗拔不抗剪栓钉在铁路钢-混组合连续梁桥中的适应性及存在问题,以4×40 m铁路钢-混组合连续梁为例,基于有限元分析软件Midas Civil,对常规栓钉的设计参数进行分析,对抗拔不抗剪栓钉及加密过渡区的设置范围进行比选,拟定铁路钢-混组合梁可行的抗拔不抗剪栓钉设计方案。研究表明:综合桥面板受力、过渡区栓钉受力、钢梁整体刚度等因素,推荐抗拔不抗剪设置范围取支点两侧0.15L(L为梁跨度);抗拔不抗剪连接区域滑移量较大,但其栓钉不受剪力;需要重点关注过渡区首排栓钉,确保其满足强度以及疲劳性能的要求,推荐加密过渡区设置范围取3 m;相较双工字形截面,双槽形截面与抗拔不抗剪需要设置的过渡区适应性较好,但用钢量增加约10%;相较常规栓钉方案,抗拔不抗剪栓钉方案桥面板钢筋减少17.7%,栓钉减少12.4%,梁部每延米造价降低2.8%。

大坡道桥上有砟道床纵向传力特性

在大坡道桥梁地段,受列车往复制动作用,轨排不断产生往复爬行,严重影响线路稳定与维护作业。为研究轨排与散体道床间的阻力特性及作用机制,基于通用离散元软件,建立桥上有砟道床-轨排相互作用节段模型,分析了轨排在往复制动作用下的纵向阻力、分阻力及阻力功的变化规律,并从道床密实度、轨排位移、枕底压力、颗粒运动等方面对道床的力学行为进行了解析。结果表明:不同制动荷载作用下道床阻力均呈强化趋势,制动位移越小,道床阻力达到稳定所需的制动周次越多;与空载条件相比,有载条件下列车往复制动时道床更快达到纵向稳定状态;基于分阻力解析,道床纵向强化主要由枕间道砟体致密化引起;往复制动会造成轨枕抬升,枕底压力减小,枕下支承刚度降低,几何不平顺增加及枕间道砟体动能剧增,出现道砟体流变现象。

新成昆铁路跨隧道内溶洞桥梁结构设计

新成昆铁路老鼻山隧道掌子面施工揭示溶洞,存在洞顶掉块、溶洞水倒灌等风险,需采用合适的跨越方案。采用调查分析方法对溶洞类型进行判定,提出“拱桥+护桥”结构跨越溶洞方案,并进行了结构设计。为了支撑该拱桥与护桥结构的工程设计,采用有限元方法,建立桥梁结构的三维空间仿真分析模型,针对施工阶段和成桥阶段,从变形、受力等角度系统分析了拱桥主拱圈的静力性能,并讨论受力最不利截面的强度和裂缝情况。研究表明,溶洞内水源补给主要为基岩裂隙水,溶洞整体稳定;在施工阶段,主拱圈最大压应力和最大拉应力分别为5.94 MPa和2.74 MPa,出现在主拱圈拱脚的下缘和上缘位置;在成桥阶段,跨中拱顶和拱脚是不同荷载组合下的最不利截面,混凝土和钢筋的最大正应力分别为11.88 MPa和189.07 MPa,裂缝最大宽度为0.19 mm,应力和裂缝均满足相关规范要求。

我国客货共线铁路列车荷载图式深化研究

随着我国高速铁路网建设和投入运营,通过高效利用既有客货共线铁路发展重载运输是铁路货运发展的主要方向之一。既有客货共线铁路是货运网络的主体,由于受既有设计列车荷载标准制约,为避免大范围改造线路基础设施,铁路通用货车宜定位为轴重270 k N、载重800 k N级;新建客货共线铁路桥涵结构应能适应大轴重铁路通用货车的开行要求。根据铁路货运机车和车辆的作用特征、货车每延米重与轴重不同比增长关系等因素,为提高设计列车荷载图式对中小跨度桥涵结构和影响线加载长度短的杆(构)件加载效应,同时避免过大荷载等级系数z的取值,将中-活载(2005)图式中特种荷载集中力量值由250 k N修订为280 k N。

客货共线铁路桥上曲线参数动力分析

针对200 km/h客货共线铁路桥上曲线线形平面动力设计问题,运用多刚体动力学理论及模态综合法建立列车-曲线桥耦合振动模型,研究曲线半径、缓和曲线长度及曲线外轨超高对客货共线铁路车桥耦合动力相互作用的影响。研究结果表明:曲线半径对车桥耦合系统的横向动力响应影响显著,车体横向加速度及桥梁跨中横向位移均随曲线半径的增大而减小,从行车安全性及旅客舒适度考虑,建议一般情况下桥上最小曲线半径不应小于5.5 km,困难条件下不应小于5.0 km;桥梁跨中横向位移随缓和曲线长度的增加略微减小,桥上曲线段缓和曲线长度可按现有规范标准进行取值;当客车或货车通过时,桥梁跨中横向位移随欠超高或过超高的增大呈线性增加,曲线外轨超高主要受货车通过时桥梁横向位移最大值控制。

客货共线铁路路桥过渡段有砟-无砟过渡设计

研究目的:为指导孟加拉帕德玛大桥铁路连接线路桥过渡处有砟-无砟轨道过渡设计,本文基于线下基础刚度过渡的方式,提出路桥过渡处有砟-无砟轨道过渡设计方案,并对该方案进行轨道整体刚度分析与评价,验证路桥过渡处有砟-无砟轨道过渡方案的可行性。研究结论:(1)提出了桥上采用无砟轨道,桥台和路基上采用有砟轨道,且桥台设计长度10 m、台后路基加强段长度5 m和路基刚度变化段15 m的有砟-无砟轨道过渡方案;(2)轨道整体刚度从桥上无砟轨道到路基上有砟轨道分为三级逐级减小,桥上无砟轨道整体刚度为94.45 kN/mm,桥台上有砟轨道整体刚度为85.98 kN/mm,路基加强段上有砟轨道整体刚度为76.82 kN/mm,普通路基地段有砟轨道整体刚度为72.31 kN/mm;(3)该过渡方案下,钢轨挠度变化率、轮轨垂向力、轮重减载率、车体垂向振动加速度满足相关限值要求,能保证行车的安全性和平稳性;(4)客货共线铁路路桥过渡处有砟-无砟轨道过渡采用桥上无砟轨道、桥台和路基上有砟轨道设计的方案可行;(5)本研究成果可为相关客货共线铁路路桥过渡处有砟-无砟轨道过渡方案设计提供参考。

超大跨度铁路桥梁列车加载长度研究

加载长度对千米级超大跨度桥梁截面尺寸及造价投资起重要作用,需对主跨或主桥联长大于1 km以上的桥梁列车加载长度分析。通过研究,拟找到中-活载及ZK荷载等不同荷载形式下超大跨度桥梁荷载合理加载模式。研究结论:城际铁路及客运专线可按照450 m加载长度加载,普通客货共线铁路及货运专线加载长度根据本线的货车编组情况,可按所设计到发线有效长度作为超大跨度桥梁加载长度;对于主桥联长小于3 km的桥梁,全桥范围内可仅采用1个加载长度加载。

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。

跨度188m铁路悬浇上承式钢筋混凝土拱桥设计与分析

瓮马铁路板布河大桥主桥采用跨度188 m铁路悬浇上承式钢筋混凝土拱桥,拱上结构采用8孔24 m简支T梁。为研究该桥桥式方案的受力特性,首先阐述主桥的方案构思、施工方法以及总体设计,然后通过空间有限元软件对本桥进行静、动力仿真分析,以及整体稳定性与列车走行性进行分析。结果表明,对于时速120 km客货共线铁路拱桥,为方便施工拱上结构可采用简支T梁;悬浇拱桥通过调整施工阶段临时扣索及背索索力可达到合理的成桥状态,结构的强度、稳定性及列车走行性均能满足要求。

客货共线铁路双拱肋大跨度钢桁拱桥设计研究

目前我国钢桁拱桥建设技术已达到国际先进水平,但是大跨度的钢桁拱桥多用于公路,专用于铁路的比较少,以国内单孔跨度最大的双线铁路钢桁拱桥——贵广铁路主跨286 m的东平水道大桥为工程实例进行研究。对其进行平面及空间分析,比较在不同荷载工况下,钢桁拱桥选择不同拱轴线、矢跨比时的内力和应力变化,深入了解铁路大跨度钢桁架拱桥的受力特性。研究表明,该类桥梁结构的拱轴线采用圆曲线和二次抛物线比较合理,并且在合理的范围内,上、下拱肋矢跨比越大,且二者差值越大越经济。

双线系杆拱桥对不同列车荷载的适应性分析

以一座跨度为128 m铁路双线系杆拱桥为例,基于TB 3466—2016《铁路列车荷载图式》,在ZK,ZC,ZKH,ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下,分析系杆拱结构受力及变形性能,探讨其适应性及控制因素。研究结果表明:主梁结构在4种列车荷载作用下均满足规范要求,在ZK,ZC列车荷载作用下,主梁结构强度及抗裂安全系数均较大,可采用适当减少预应力配置等形式进行优化调整;在ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下,拱肋横向稳定安全系数接近限值,且拱肋与拱脚连接位置8 m范围内强度安全系数超规范限值,钢管厚度需增加,表明该桥型控制因素为拱肋结构受力及拱肋横向稳定性;结构刚度均满足规范限值,挠跨比最小值亦达1/5 000,反映了系杆拱桥刚度大的特点;双线系杆拱仅在ZH(Z=1. 3)列车荷载作用下需局部调整结构尺寸,其余均可满足结构受力及变形要求,表现出良好的适应性。

100m简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度限值研究

为研究客货共线100 m简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度限值,建立了线-桥-墩一体化空间有限元模型,研究了桥墩纵向水平刚度对无缝线路受力特性的影响规律,以钢轨强度、梁轨相对位移和断缝值为控制指标,提出了客货共线100 m简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度取值。结果表明,随着简支钢桁梁桥墩纵向水平刚度的增大,钢轨伸缩附加力增大,钢轨制动附加力和梁轨相对位移降低;对于100 m简支钢桁梁,控制桥墩纵向水平刚度的指标是钢轨强度,且受钢轨温度变化幅值影响较大;综合考虑钢轨附加力和桥梁工程经济性,通过全桥铺设小阻力扣件可显著降低桥墩纵向水平刚度限值,此时桥墩纵向水平刚度建议为1400 kN/(cm·线);研究成果可为100 m简支钢桁梁的桥墩设计提供参考。

福厦铁路钢系杆拱桥有砟钢桥面防护体系设计与施工工艺研究

福厦铁路木兰溪及丘后特大桥128m钢系杆拱桥采用有砟正交异性钢桥面的结构形式,由于以前国内对钢桥面上的防腐、防水技术和材料方面没有进行系统研究,因此,联合铁道科学研究院金属及化学研究所,结合这两座桥,进行钢桥面防腐、防水试验研究,根据研究成果完成福厦铁路钢系杆拱桥正交异性钢桥面防护体系设计及施工工艺研究。

基于极限状态法的桥上长枕埋入式无砟轨道结构设计

长枕埋入式无砟轨道在我国桥上铁路应用较少,为了能够给今后桥上无砟轨道设计和建造提供参考,在某大桥工程情况的基础上,运用极限状态法,在考虑耐久性的情况下,采用简化模型,对桥上客货共线长枕埋入式无砟轨道进行结构设计。我国铁路极限状态法设计规范尚未系统的建立起来,因此参照德国无砟轨道极限状态法设计规范进行荷载取值和设计计算。计算结果表明,桥上客货共线单层长枕埋入式无砟轨道满足静力要求,而且对桥梁的适应性较好;当配筋率达到1.1%~1.2%即可满足耐久性要求。

基于车桥耦合振动的结合梁桥疲劳性能研究

为了探讨列车振动对结合梁桥疲劳性能的影响,以一座客货共线铁路结合钢板梁桥为研究对象,采用车桥耦合分析方法计算得到CRH_(2)动车组和SS_(3B)+C_(70)货车通过桥梁时各轮对轮轨竖向力时程曲线;将轮轨力加载在精细化有限元模型中进行瞬态分析,对比了结合梁桥不同部位应力时程曲线;从最大应力幅和疲劳累积损伤两方面研究2种列车作用下结合梁桥关键节点的疲劳性能。结果表明:结合梁下翼缘节点的应力远大于上部节点的应力;CRH_(2)动车组作用下各截面分析点最大应力幅比较均匀,SS_(3B)+C_(70)货车作用下最大应力幅从支座到跨中呈逐渐增大的趋势;跨中附近横截面处的下翼缘与腹板相接角点比靠近桥梁支座附近的截面分析点更容易发生疲劳损伤;最大应力幅和最大疲劳累积损伤并不在同一横截面出现。

新建铁路下穿既有公路桥梁的桩基U型结构路堤设计研究

新建铁路以路堤形式下穿既有高速公路桥梁,路基基底压缩层较厚。在全面分析路基结构受力的基础上,经方案比较,采用桩基U型结构路堤形式通过,既避免路基放坡占压高速公路桥墩;又利用U型结构将整个路基填筑体托起,消除路基填筑对桥下压缩土层产生的附加荷载,避免对高速公路桥梁桩基产生负摩阻力,从而保证高速公路桥梁结构的安全。

客货共线铁路简支箱梁优化设计研究

对客货共线铁路简支箱梁设计的修订情况进行了介绍,以32 m简支箱梁为例介绍了设计关键参数比选和设计创新点。对梁高和桥面布置进行了优化,优化后的参数为:时速200 km 32 m简支箱梁梁高2. 6 m,桥面宽11. 6 m;时速160 km 32 m简支箱梁梁高2. 5 m,桥面宽11. 4 m。电力电缆槽与通信信号槽放置于桥面。取消桥面遮板,改为随梁预制或现场浇筑的混凝土边墙,可节省混凝土材料用量。客货共线铁路简支箱梁桥面挡砟墙可兼作防护墙,建议取消桥面护轨。

铁路桥梁设计动力系数研究进展

随着我国铁路运输的发展,单一的列车荷载图式难以反映新形势下的铁路运输状态。我国铁路于2017年颁布实施了TB3466 2016《铁 路列车荷载图式》,对客货共线、重载、高速和城际铁路应采用的列车荷载图式及应用方法进行了规定。与图式配套的动力系数还未开展相关研究,桥梁设计时只能沿用既有规定。针对这种情况,本文对国内外动力系数的研究进展及应用现状进行了系统调研和分析。研究发现由于各国的运输模式不同,采用的荷载图式和配套的动力系数均有所差别。我国须要对既有动力系数的适应性展开研究,并进一步完善设计动力系数体系。

客货共线铁路钢混组合结构桥梁动力分析

以应用于客货共线铁路的32、40 m跨度钢混组合结构简支梁和3×40、3×48 m钢混组合结构连续梁为研究对象,分析了不同形式钢混组合结构桥梁的自振特性。以美国六级谱生成的轨道不平顺为激励源,对CRH2型列车通过时的车桥动力响应进行了数值模拟。研究结果表明:不同形式的钢混组合结构桥梁在CRH2列车作用下的车桥动力响应满足运行安全性与舒适性的要求;40 m跨度简支梁的竖向加速度小于32 m跨度简支梁,有砟轨道形式的简支梁竖向加速度小于无砟轨道形式;钢混组合结构连续梁在计算速度范围内出现共振响应,但共振响应幅值较小,对列车动力响应影响较小;相同跨度条件下,不同轨道结构形式对列车动力响应影响较小。

“建桥合一”结构在客货共线铁路旅客站房中的应用探讨

为了适应新时期铁路旅客站房的设计新理念,提高客货共线铁路在高路基、高架桥上设置旅客站房的越行站或会让站的综合效益,提出铁路旅客站房采用"建桥合一"的结构形式,从车站功能、结构安全性、行车调度功能及经济、社会效益等方面进行了探讨,为今后此类项目的设计提供思路。