ZK荷载图式对时速400公里高速铁路适应性研究

研究目的:我国ZK荷载图式制定时未考虑400 km/h及以上的更高设计速度。本文以运营活载动效应不大于设计活载动效应为原则,通过移动荷载列动力分析,研究ZK荷载图式对高速铁路以400 km/h设计和运营的适应性,分析梁体基频对ZK荷载图式适应性的影响,给出时速400公里高速铁路常用跨度简支梁的设计基频建议限值。研究结论:(1)按照440 km/h、480 km/h检算,梁体动力响应最大值在5~7 Hz范围内随基频增大而快速减小;(2)建议通过调整梁体基频来保证时速400公里高速铁路桥梁采用ZK荷载图式进行设计时设计荷载动效应能够包络运营荷载动效应;(3)时速400公里高速铁路简支梁的基频设计限值可以按照1.1倍设计速度即440 km/h确定,20 m、24 m、32 m、48 m混凝土简支梁基频建议限值分别取6.2 Hz、5.8 Hz、5.1 Hz、5.1 Hz;(4)本文研究思路与结论可为时速400公里高速铁路桥梁设计与规范的修订工作提供参考。

无砟轨道桥梁桥面板ZK活载计算图示分析

为准确模拟高速铁路桥上无砟轨道结构传递ZK活载至桥面板上的荷载分布效应,采用Abaqus软件建立CRTSⅠ型双块式无砟轨道精细化数值分析模型,通过对底座板底面垂向应力等值线分布进行分析,开展高速铁路桥梁桥面板ZK活载计算图示的研究。研究表明,进行桥梁结构横向荷载计算或桥面板、桥面铺装等桥梁结构局部精细化受力分析时,在单轴ZK特种荷载作用下,荷载传递至桥面的计算图示可简化为顺桥向长2.0 m、横桥向宽0.7 m的矩形面荷载,均布面荷载值为90.80 kPa;在四轴ZK特种活载作用下,计算图示可简化为横桥向分布宽度为0.76 m的条状面荷载,均布面荷载值为109.20 kPa。

高速铁路混凝土连续曲线梁桥在ZK竖向静活载作用下的曲线半径变化对梁体扭转的影响

随着高速铁路列车速度越来越快,其在通过曲线桥梁时离心趋势也越来越强,因而通常会使外侧梁超载、内侧梁卸载,内外侧梁受力不均,产生较大的扭矩,因此曲线半径的设置显得越来越重要。论文以双线(44+72+44)m的高速铁路预应力混凝土连续曲线梁桥为例,在分析过程中运用Midas/Civl有限元分析软件,建立5种连续曲线梁桥的梁格模型,研究曲线半径变化对其梁体扭转的影响及变化关系,并得出结论。

路基桩板结构荷载横向分布系数与加载模式研究

桩板结构是由钢筋混凝土桩、板刚接形成,与周围岩土体存在相互作用的接触非线性结构体系,结构设计中多简化为横、纵向二维“梁-桩-弹簧”框架结构并采用有限元方法计算,但纵向二维框架结构所承担的列车活载比例与加载模式缺少明确规定,结构设计存在缺陷。通过分析桩板结构体系受力与变形特征,引入荷载横向分布系数表征桩板结构的横向刚度影响,推导出利用桩反力计算桩板结构荷载横向分布系数的方法,对比了杠杆原理法、偏心压力法计算荷载横向分布系数,桩反力法计算荷载横向分布系数力学意义明确,在典型案例中计算纵向结构内力要大20%左右,利于结构安全性,计算方法尤适用于数值计算程序实现。

400km/h高速铁路桥梁竖向刚度限值研究

为研究400 km/h高速铁路桥梁的竖向刚度限值,首先,将铁路桥涵设计规范中不同车速的竖向挠度限值拟合外推,得到车速400 km/h时不同桥梁跨度的竖向挠度限值;然后,调整截面竖向惯性矩,实现不同桥梁竖向刚度,并考虑竖向温度变形影响,进行车桥耦合振动分析,得到不同桥梁竖向刚度下的车辆竖向加速度;最后,按规范要求在桥梁最不利位置加载得到桥梁竖向挠度和梁端转角,车辆竖向加速度达到限值时可获得竖向挠度限值和梁端竖向转角限值,并与规范预测值进行对比。结果表明,400 km/h高速铁路桥梁竖向挠度限值可采用现行规范拟合外推得到的挠度限值,梁端竖向转角限值可仍沿用现行规范限值。

铁路钢桥桥面铺装结构力学分析

桥面铺装结构是钢桥面板的重要防护体系。国内外对公路钢桥面铺装材料和结构开展了大量的研究,但针对铁路钢桥面的铺装研究却很少。本文以一铁路桥面铺装为研究对象,采用冷拌树脂沥青混凝土+树脂沥青黏结层+环氧黏结碎石层+钢桥面(ER铺装)防护体系,分析荷载工况、铺装弹性模量、铺装层厚度等因素对铺装层各项力学指标的影响。结果表明:在ZK特种活载作用下,倒T形大纵梁上方是铺装层可能产生纵向开裂的重点区域;铺设道砟、轨枕或钢轨对铺装层初始状态应力具有较明显的影响,其荷载效应约为ZK特种活载的13%;在ZK特种活载作用下,随着弹性模量或铺装厚度的增加,桥面竖向位移幅值有所降低。

各向异性复合材料圆柱薄壳轴压下的屈曲性能

复合材料具有强度高 ,比强度大 ,材料性能可设计等优点 ,由各向异性复合材料制成的薄壳广泛地应用于海洋、航空和军工工业之中 .根据边界层理论 ,采用奇异摄动法 ,考虑非线性前屈曲、大挠度和初始几何缺陷的影响 ,分析在两端固支条件下 ,各向异性层合圆柱壳在轴压下的屈曲和后屈曲性态 ,以挠度为摄动参数 ,求后屈曲平衡方程的渐进解并导出后屈曲平衡路径的四级表达式 ,同时给出了确定临界荷载的方法 .

大断面黄土隧道施工及工后沉降数值分析

通过有限元数值计算分析,以黄土区铁路隧道开挖工程为实例,研究探讨了大断面浅埋黄土隧道采用CD法施工期间的衬砌变形与地面沉降,并考虑了衬砌施作时间对施工期间及工后沉降的影响。对于工后沉降分析采用拟静力方法预测隧道在车辆动荷载作用下的沉降变形,所得结论可为黄土区浅埋地下隧道的设计与施工提供参考依据。