时速120 km地铁快线空气动力学试验研究

为探明设计时速120 km快速地铁列车在多区段桥隧衔接线路运行时的气动效应和气密性能,采用实车试验的方法,在武汉某多区段桥隧衔接地铁快线对某4车编组的新研A型密封性地铁列车开展空气动力学测试。实验测试系统采用LL-250-15A型Kulite压力传感器,通过测量列车外部和内部的瞬态压力变化,分析全线路车外压力波动特性,对比沿列车长度方向不同测点位置的压力变化幅值,并分析不同空调状态下的车内压力舒适性。经过3次实验测试分析,该实验的结果具有可重复性。研究结果表明:全线路运行时,列车在隧道段内加减速导致车外压力变化幅值明显大于高架段,气动效应最恶劣的位置为地下段人防门变截面处,列车上行通过该处时车外任意3 s内压力变化幅值为1 071 Pa,下行通过该处时车外任意3 s内压力变化幅值为905 Pa;相对于下行线全线路,上行线车外任意3 s内压力变化幅值大18.3%;列车正线运营时压力波保护阀会在压力变化剧烈区段进行动作响应,列车上行时,空调开启、压力波保护阀正常启用状态下,车内任意3 s内压力变化幅值相对于压力波保护阀打开未启用时减少了16%,下行时,减少了28%,空调压力波保护阀能够有效降低车外压力波动对车内气压变化的影响。本文研究成果可为快速地铁线路设计、地铁列车运营及地铁气密性优化提供参考依据。

开口断面钢-混结合梁悬索桥颤振特性及颤振形态研究

为准确评估开口断面双边箱钢-混结合梁悬索桥颤振性能和多模态参与效应,以典型的钢-混结合梁悬索桥——怀化洞庭溪沅水特大桥为背景,开展风洞模型试验及数值分析。制作加劲梁节段缩尺模型并进行风洞试验,测试原桥梁结构的颤振性能,分析调整阻尼比、采用气动措施及结构措施对结构颤振特性的影响,采用三维和二维两种颤振分析方法分析设置中央扣结构的颤振模态及多模态参与效应。结果表明:该钢-混结合梁悬索桥存在较明显的颤振起振点,且颤振是以扭转为主的弯扭耦合振动,同时其扭转和竖向振动存在较大的相位差(相差近180°);节段模型风洞试验与三维和二维颤振分析一致得到设置中央扣后,频率较高的正对称扭转模态先于反对称模态发生颤振,且三维与二维颤振分析结果相差不大。

马鞍山长江公铁大桥Z3号桥塔施工关键技术

巢马城际铁路马鞍山长江公铁大桥主航道桥为(112+392+2×1120+392+112)m三塔钢桁梁斜拉桥,Z3号桥塔为超高多肢钢-混组合塔,高308 m。上塔柱钢结构高87.5 m,分13个吊装节段,最重505 t;中、下塔柱混凝土结构高217.5 m,分38个节段液压爬模施工;钢-混结合段高3 m,内部采用PBL键+剪力钉+高强度钢锚杆+高强度混凝土结构形式。在中塔柱设置钢管临时横撑控制塔柱线形及应力;下横梁采用落地支架法分层施工,与对应塔柱同步浇筑;钢-混结合段混凝土采用C60细石补偿收缩混凝土+高强度灌浆料,保证了混凝土施工质量;采用工厂“2+1”立体匹配制造、“提升站+运输栈桥”钢塔节段转运等技术,并研制15000 t•m超大型塔吊,实现了钢塔柱大节段的制造、整体滩地运输和吊装;钢塔节段间采用栓焊组合连接形式,通过设置工艺隔板、双面坡口等措施控制了钢塔焊接变形;利用定位桁架临时锁定钢塔合龙段实现了钢塔的精确合龙,定位桁架受力及变形均满足要求。

大跨度铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响

在已建成的大跨度鳊鱼洲长江大桥原设计宽高比为6.7∶1的四线铁路桥矩形箱型主梁断面的基础上,通过调整断面宽高比,设计宽高比为4∶1的二线铁路和宽高比为9∶1的六线铁路桥矩形箱梁断面。通过节段模型风洞试验,在0°,±3°和±5°风攻角的均匀来流下,对以上3种常用二线、四线和六线铁路桥矩形箱梁断面与对应相同宽高比纯矩形断面之间的涡振特性关系,以及铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响进行研究。结果表明:在宽高比分别为4∶1和6.7∶1的矩形断面上布置铁路桥附属构件能增大断面在负风攻角下的涡振振幅,在-5°风攻角下竖向涡振振幅增大率高达277.5%,但对正风攻角下的涡振响应起到一定的抑制作用,而在宽高比为9∶1的矩形断面布置六线铁路桥附属构件则能明显增大该断面在各风攻角下的涡振振幅,其扭转涡振振幅增大率均在48.3%以上;铁路桥附属构件对矩形断面涡振性能的降低作用随着断面宽高比的增大而提升,针对气动外形较钝的二线和四线铁路桥箱梁,可参考相似宽高比矩形断面涡振特性,并重点考察箱梁在负风攻角下的涡振响应,而针对宽高比较大的六线铁路桥箱梁,由于附属构件影响较大,参考相似宽高比矩形断面涡振特性的意义较小,均应详细研究其在各风攻角下的涡振性能。

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

路堤-桥梁过渡段车辆气动力风洞试验研究

为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力,建立1:50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型,在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障,并在车辆模型表面布置多个测压点,以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明:与无防风措施相比,布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°,此风向下过渡段处车辆的三分力最大;再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变,但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数;布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力;不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同,针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时,应充分考虑其来流方向,以达到最优效果。

高桥隧比条件下桥隧相连的隧道洞口联络道设计探讨——以重庆巫溪至陕西镇坪高速公路为例

为确定高桥隧比条件下高速公路桥隧相连的特长隧道洞口联络道的转换长度和结构形式,采用数值模拟方法,选用18.1 m的长头铰接列车为典型车辆,针对10 m~30 m五种左右幅间距及0°~45°四种行驶转换角度,模拟车辆行驶轨迹并计算联络道通行的最小长度。结果表明:1)在满足转换车道基本长度的前提下,模拟隧道洞口联络道推荐长度采用30 m或40 m;2)基于模拟结果推荐的联络道长度,为超高桥隧比的巫镇高速隧道洞口联络道设计提供了重要的基础依据;3)在运营期间,该高速的洞口联络道实现了养护维修或异常工况下的交通转换,有效提升了道路防灾减灾和运营养护能力,为类似工程的设计提供了有益参考。

大跨PK断面钢箱梁斜拉桥涡振性能及优化措施研究

红莲大桥主桥为主跨580 m的双塔斜拉桥,中跨主梁采用PK断面钢箱梁,该类主梁断面易发生涡振,需对其涡振性能及抑振措施进行研究。基于该桥有限元动力特性分析结果,制作PK断面钢箱梁1∶60缩尺比节段模型进行测振风洞试验,研究桥梁原始设计断面主梁的涡振性能,讨论增加结构阻尼比(增加至0.010和0.027)措施的涡振抑振效果,并对增设稳定板、水平导流板、部分封闭桥面栏杆等不同气动优化措施及组合对主梁涡振性能的影响进行分析。结果表明:原始设计PK断面钢箱梁的涡振振幅明显超过规范限值;增大结构阻尼比虽然可以有效抑制涡振响应,但阻尼比增加至0.027时竖弯涡振振幅仍然显著;在桥面检修栏杆上缘外挑1.6 m宽水平导流板可将涡振振幅降低到可忽略的水平;采用在检修栏杆上缘外挑1.1 m宽水平导流板、优化桥面燃气管道位置、调整防撞护栏下部封闭高度为0.42 m,或移除检修道栏杆底座、错列布置封闭检修道栏杆和防撞护栏等组合措施,虽不足以完全抑制涡振的发生,但可将涡振振幅控制至明显小于规范限值。

Π型断面竖向涡振过程气动力不同分量的演变特性

典型Π型开口断面与传统流线型箱梁相比,其截面钝化程度高,很容易发生涡振现象.本文通过同步测振测压风洞试验和计算流体动力学(CFD)相结合方法对典型开口断面表面压力分布特征和气动力不同分量、滞回特性等非线性现象展开研究.首先对涡振锁定区间内不同时期表面分布压力的演化特征进行分析,其次通过CFD动网格方法实现断面流固耦合分析.在此基础上,采用希尔伯特振动分解(HVD)方法对涡激振动过程中气动力不同分量进行分解.结果表明:开口断面上表面平均压力在前缘部分,处于负压区,气流在此发生分离,在涡振极值点时,脉动压力在0.1<X/B<0.3区域变化最为剧烈,表明旋涡脱落强度在该区域最大,并且分析发现该开口断面气动力具有明显高阶分量.由于高阶谐波分量的存在,气动力非线性程度不断加深,气动力各阶分量在整个振动周期内做功具有不同的特点.其中,气动力一阶分量F1在振动周期内,做功呈现曲回上升的形式,整体上表现为增加趋势,气动力二阶分量F2的滞回曲线呈现复杂的“8”字环形状,可以忽略三阶及以上分量对涡振系统的影响.

基于正交试验的旋流竖井泄洪洞衔接段体型参数敏感性分析

竖井式泄洪洞的衔接段体型直接影响退水隧洞的流态、竖井的振动特性和消能效果。对衔接段体型的研究目前以单因素居多,多因素研究较少,在工程设计实践中对竖井体型进行优化多参考类似工程经验,尚无较为系统的优化方法。通过数值正交试验,以出口湍动能为指标,对衔接段长宽比、出口压坡收缩比、压坡坡比等衔接段体型参数进行了敏感性分析。研究表明:衔接段长宽比对出口湍动能的影响最为显著,压坡坡比次之,收缩比最低。研究成果可在工程设计中对竖井泄洪洞衔接段体型优化提供一定的参考。

超高水压超大埋深组合工法水下隧道连接段泄水降压研究

为解决组合工法施工水下隧道连接段水压力过高引发的仰拱开裂、轨道隆起等结构病害问题,依托深江铁路珠江口隧道开展研究,考虑连接段设置体外泄水洞泄水降压,推导隧道的渗流量及衬砌外水压解析解,并通过退化检验和数值模拟进行验证,对参数的敏感性开展分析,以揭示体外泄水系统工作机制。结果表明:1)推导的公式计算检验效果良好;随着体外泄水洞半径的增大,隧道的渗流量和衬砌外水压力均减小,对泄水降压有一定作用。2)设置体外泄水洞后,注浆圈内的渗水可以直接排出,缩短了原本的渗流路径,降低了对注浆圈的要求,以达到安全经济的效果。

桥梁钢盖梁与混凝土墩柱连接位置的优化设计与分析

在公路绿色化建设和工业化建造的发展浪潮下,对桥梁下部结构进行标准化设计和装配式施工越来越引起重视。为解决传统的钢筋混凝土盖梁装配吊装重量大、超宽桥梁悬臂长、盖梁下部有通行需求等问题,钢盖梁应运而生。目前我国关于钢盖梁与混凝土墩柱连接的关键技术以及钢混结合段分布位置的研究还不完善,工程经验尚有欠缺。基于此,结合公路钢盖梁的设计建造经验,建立有限元模型,明确钢盖梁与混凝土墩柱的连接构造型式,并对钢盖梁与混凝土墩柱的钢混连接位置进行优化设计与分析,提出了钢盖梁与混凝土墩柱的标准化连接形式,为钢盖梁与混凝土墩柱的连接设计及发展提供参考。

大断面隧道初期支护中纵向连接与拱架联合承载效应

针对大断面隧道初期支护拱架在承载时易发生平面外失稳的问题,本文通过开展单拱架全比尺试验和考虑纵向连接的拱框架结构的数值试验以及现场对比试验,对纵向连接与拱架组成的拱框架结构进行优化研究,使其横向上有足够承载能力、纵向上有较高稳定性。研究结果表明,单个拱架的破坏模式是局部面外失稳导致整体承载力丧失,考虑纵向连接的拱框架结构的平面内承载力和平面外稳定性都得到增强。通过调整纵向连接间距和拱架间距也可以调整初期支护拱框架结构和喷射混凝土的内力分担比,以充分发挥初期支护的承载能力,但纵向连接间距应小于1500 mm,拱架间距也应小于1200 mm。因而,在不改变初期支护现有结构形式的前提下,通过合理地布设纵向连接与拱架形成的具有空间承载效应的拱框架结构,不仅可以保证初期支护的承载能力,而且还提高施工效率和经济效益。研究成果可指导大断面隧道初期支护结构设计。

沉管隧道衔接段模架及台车结构的研究及应用

模架及台车结构常用于工程施工项目,但在沉管隧道现浇衔接段应用较少。结合大连湾海底隧道工程实例,论述了模架及台车结构在沉管隧道衔接段模板体系中应用,包括模架及台车结构设计形式,衔接段底板、中墙、顶板各分层现浇施工工艺流程及施工方法等,总结了模架及台车结构应用效果说明,并提出改进建议。模架及台车的顺利应用可为类似分层现浇沉管隧道衔接段、管廊等箱涵式结构施工提供借鉴。

大断面黄土隧道近距离下穿桥梁桩基变形控制技术

以西延铁路洛川隧道下穿S304省道黑木沟中桥为例,针对高速铁路大断面黄土隧道近距离下穿桥梁桩基时,施工变形控制难、施工风险大等特点,提出对通行道路的导改、隧道开挖采用3台阶临时仰拱法(腰梁式)、内支护和锁脚锚管的加强等措施,现场监控量测数据表明均未出现一级预警状态,地表、桥梁和桩基均处于正常状态,解决了高速铁路大断面黄土隧道近距离下穿既有公路桥梁桩基施工安全,形成了一套大断面黄土隧道近距离下穿桥梁桩基变形控制技术,可为类似工程施工提供技术借鉴。

浅谈道路桥梁中桥隧连接工程关键技术分析

道路桥隧工程是我国非常重要的基础设施,对推动我国经济发展有非常重要的作用。桥隧连接工程是将隧道和桥梁直接进行连接的一种施工技术,在道路工程中有非常重要的作用。所以充分分析桥隧连接工程实际情况来选择合理的施工技术进行桥隧连接工程施工,对提升道路工程建设质量有非常重要的意义。本文将对道路桥隧工程中桥隧连接工程的关键技术进行分析,希望对桥隧连接工程提供一定的参考。

李仙江特大桥主梁抗风性能试验及优化研究

李仙江特大桥主桥为(62.4+127.6+420+127.6+62.4)m双塔五跨平行索面钢混组合梁斜拉桥,半漂浮体系,塔高最高达250m,主梁采用双边工字型开口组合梁截面。通过1:50主梁节段模型风洞测振、测力试验对成桥状态主梁的涡振、颤振及驰振稳定性加以检验及优化,并测试得到主梁的静风三分力系数供后续设计使用。结果表明:原始主梁设计断面在+3°风攻角下出现的明显的竖向涡激共振现象,通过采取增设风嘴等气动措施后,主梁断面的涡振、颤振以及驰振稳定性经检验均满足规范要求。研究成果可为同等规模桥梁类似主梁断面的气动措施选择提供参考。

大跨度钢箱桁组合连续梁桥涡振性能研究

主梁的大幅涡振一直是困扰跨海连续梁桥的主要病害之一,但对箱桁组合断面主梁的涡振研究较少。拟建的澳氹第四跨海大桥为一座变截面非对称钢箱桁组合连续梁桥,主梁宽度近50 m,且桥面附属结构呈非对称分布,气动外形极为复杂。该文采用1∶70缩尺比的跨中主梁断面节段模型风洞试验研究了澳氹四桥的涡振性能,对比分析了风攻角、紊流度、桥梁阻尼比、附属结构气动外形等因素对主梁断面涡振性能的影响。并通过将外侧栏杆、电缆箱、供水管、风障及防撞栏杆等桥面附属结构拆解,探讨了主梁涡振的原因。进一步比较了中跨跨中(L/2)及三分之一跨(L/3)两种不同断面的涡振性能差异。研究表明:宽幅钢箱桁组合梁断面容易在负攻角下发生大幅涡振,且不同位置两种断面涡振性能差异显著,高耸桁架的遮挡效应对该类桥梁涡脱特性影响较大;非对称横断面形式对涡振性能影响较大,减小外侧栏杆透风率以及采用布置位置合理的下扰流板可有效减小涡振幅值。基于风洞试验数据识别了涡振尾流振子模型的气动参数,准确重现了涡振幅值-风速关系曲线。

盾构隧道及其联络通道侧穿桥梁桩基影响分析

本文以长春某盾构区间及其联络通道侧穿快速路高架桥桩基础项目为依托,利用MIDAS GTS NX有限元软件详细分析了隧道施工时联络通道中心线上方横向地表土体的沉降曲线特征,隧道施工对联络通道中心线上方横向地表土体的主要影响范围,桥墩及桩基的最大竖向位移随盾构隧道及其联络通道施工时的变化阶段数,盾构隧道施工影响桥墩及桩基的最大竖向位移变化的主要施工范围。应加强对隧道施工主要影响范围内的地表土体沉降、桥墩及桩基位移的监测,做好安全保护措施。

极端温度作用下桥上纵连式无砟轨道台后端刺受力变形特性

为研究极端温度下台后Π型端刺锚固体系各结构部件之间的相互作用,以某高速铁路一般地段端刺区结构为研究对象,采用ABAQUS有限元分析软件建立路桥过渡段纵连式无砟轨道无缝线路精细化空间耦合模型,研究高温和极寒条件下轨道结构、摩擦板、过渡板以及端刺的受力特性与变形规律,揭示结合部离缝以及锚固体系脱空等端刺区典型结构伤损的发展机制。研究结果表明:在极端温度作用下,过渡板所受纵向应力最大,摩擦板的竖向变形趋势与底座板的竖向变形趋势保持一致,且越靠近桥台各端刺顶部,纵向位移越小;端刺锚固体系受其上轨道结构宽窄接缝构造影响显著,对应的摩擦板与过渡板区段在高温条件下纵向压应力急剧增大,而在极寒条件下纵向拉应力急剧增大;“高温-极寒”温度循环作用易导致过渡板与路基支承层结合部产生离缝与挤压破裂,同时由于锚固体系在极端温度荷载作用下的超量变形,造成摩擦板、端刺与周围地基土体在接触界面产生脱空,且纵向脱空较竖向脱空更为显著。