无砟轨道对不同地形下简支梁桥地震反应的影响

研究目的:为研究CRTSⅡ型板式无砟轨道系统对多跨简支梁桥下部结构地震反应的影响,以32 m简支梁桥为研究对象,分别建立线桥一体化模型与单墩模型,采用反应谱法研究3种典型地形条件下轨道纵向约束效应对桥墩地震反应的影响规律。研究结论:(1)跨越平坦地形时,受轨道系统与端刺的影响,线桥一体化模型的墩底内力呈边界处小、中跨大的抛物线型分布,与单墩模型相比,中跨区域的桥墩处在地震反应放大区;(2)跨越V字形地形时,该区域各墩底内力呈现临界墩底内力显著增大、中跨高墩的墩底内力明显减小的U字形分布特征;(3)跨越Λ字形地形时,该区域各墩底内力呈现以中跨矮墩为中心、且其墩底内力显著增大、相邻墩底内力明显减小的Λ字形分布特征,中跨矮墩在抗震设计时应加以重视;(4)本研究成果可应用于类似典型地形条件下的高速铁路简支梁桥的抗震设计。

钢筋混凝土薄壁空心高墩塑性铰长度计算方法

针对我国现行抗震设计规范尚未明确给出钢筋混凝土(RC)薄壁空心高墩塑性铰长度计算方法的问题,首先收集整理了既有RC桥墩塑性铰长度计算方法以及试验数据,分析影响塑性铰计算长度的主要因素;同时对实际桥梁工程采用的RC薄壁空心墩构造参数进行统计归纳.在验证有限元建模方法准确性后,采用ABAQUS软件建立了高度为40~120 m的8种典型RC薄壁空心高墩的精细化有限元模型,并开展非线性推覆分析,得到不同高度桥墩的等效塑性铰长度.最后讨论不同塑性铰长度计算方法的适用性,发现Eurocode 8规范的计算公式精度最高,可用于计算RC薄壁空心高墩的塑性铰长度.

高烈度区长联PC连续梁桥减隔震措施分析

为了明确高烈度区长联预应力混凝土(prestressed concrete,PC)连续梁桥滑动摩擦摆式支座的减隔震性能,针对设防烈度为9度的某长联PC连续梁桥,利用CSiBridge软件建立大桥空间梁单元非线性分析模型,以普通球型钢支座地震响应为基准,对比分析铅芯橡胶支座与滑动摩擦摆式支座的减隔震性能,并对滑动摩擦摆式支座的摩擦系数和支座曲率进行参数分析。结果表明:在长联连续梁桥中,相比于铅芯橡胶支座,滑动摩擦摆式支座减隔震效果更好,固定墩内力与变形更小,全桥受力更加均匀合理;对于滑动摩擦摆式支座,摩擦系数越大,长联连续梁固定墩墩底弯矩与墩顶位移越大,摩擦系数变化20%,固定墩墩底弯矩最大值变化约1.67%,墩顶位移极值变化约1.45%;支座曲率半径对长联连续梁地震响应的减隔震性能影响较小,曲率半径增大1.5 m,固定墩墩底弯矩最大值增大约0.97%,固定墩墩顶位移增幅约为0.37%~1.39%。

基于荷载试验的预应力混凝土刚构桥承载能力评估

为了检测高墩大跨宽体箱梁刚构桥的桥梁承载能力及其动力特性,了解桥梁的健康状况,分析是否能满足设计及使用的要求。以凤凰特大桥为工程背景,建立有限元分析模型,通过静载试验和动载试验的结果与计算模型理论值进行对比和分析。在静载试验下,该桥的挠度校验系数为0.710~0.884,应变测点校验系数为0.603~0.800,相对残余应变和相对残余变位均小于20%。动载试验下桥梁左右两幅自振振动频率最小值为4.103 Hz,实测桥跨最大冲击系数为0.039。凤凰特大桥主桥左幅、右幅静载试验结论表明桥跨在正常使用状态下的承载能力能够满足公路-Ⅰ级汽车荷载的使用要求,动载试验结果表明,受检桥跨的实测自振特性及动力响应满足设计要求。

桥墩温度变化对桥上道岔动力特性的影响

道岔是铁路线路的薄弱环节,是影响行车平稳性与安全性的关键设备。随着我国西南山区铁路的建设,不可避免出现大量高墩大跨桥梁,温度作用下相邻高墩差将引起轨道不平顺,从而影响桥上无砟道岔的动力特性。为研究温度作用下相邻桥墩高度差对连续梁上道岔动力特性的影响规律,以某(40+56+40)m变宽连续梁上18号道岔为研究对象,采用UM软件和ANSYS联合仿真,建立列车-道岔-桥梁耦合系统动力学模型,研究温度作用下桥墩变形引起的轨道变形对道岔动力特性的影响规律。结果表明:桥墩升降温对钢轨竖向变形影响较大,当相邻桥墩高度差为29.5 m,桥墩温度变化为30℃时,钢轨最大竖向变形为20.97 mm,出现在桥墩最高处;桥墩高差仅对车体垂向振动加速度有影响,对轮轨力、车辆安全性、平稳性和道岔变形基本无影响;桥墩升温30℃时,高速列车以385 km/h速度直向通过道岔时车体振动加速度从0.05 m/s^(2)增大至0.13 m/s^(2),高速列车以90 km/h速度侧向通过道岔时加速度从0.04 m/s^(2)增大至0.10 m/s^(2);桥墩降温30℃时,高速列车以385 km/h速度直向通过道岔时车体振动加速度从0.05 m/s^(2)增大至0.12 m/s^(2),高速列车以90 km/h速度侧向通过道岔时加速度从0.04 m/s^(2)增大至0.10 m/s^(2);当相邻桥墩高度差为29.5 m时,桥上无砟道岔系统的动力特性指标均满足规范限值要求。

边墩沉降致连续简支桥段纵连线桥系统层间联结劣化规律

为研究边墩沉降致纵连板式无砟轨道-连续梁桥系统(纵连线桥系统)层间联结劣化状态,在考虑边墩沉降与层间接触不连续影响的基础上,建立纵连线桥系统非线性空间模型,采用前期提出的理论模型对其进行验证,据此分析边墩沉降下纵连线桥系统典型变形模式,层间联结失效的演化过程、发展规律及出现位置等。结果表明:建立的空间模型准确可靠;边墩沉降下,线桥系统会产生跟随变形、自重变形和悬停分离三种变形模式;沉降墩、与沉降墩临近的简支梁墩及连续梁桥另一侧边墩上方会出现层间联结失效,与沉降墩临近的简支梁墩、连续梁桥全部桥墩上的支座均会发生破坏;边墩沉降处板底脱空高度可用边墩沉降值减去连续梁桥变形限值进行描述;各脱空区长度均随边墩沉降幅值增加而增大,与沉降墩临近的简支梁墩左、右两侧区域脱空长度成正对称分布,连续梁另一边墩处脱空长度值只与连续梁变形有关,始终维持在2.56 m。

高铁大跨双肢墩连续刚构桥减震系梁地震易损性分析

为了解地震作用下减震系梁对高铁大跨双肢墩连续刚构桥的减震效果,以某主跨180 m的山区高铁双肢墩连续刚构桥为背景,分别建立采用钢筋混凝土(RC)系梁、2种新型减震系梁(可屈服钢系梁与斜交筒式黏弹性阻尼器系梁)方案的全桥有限元模型,对比分析不同系梁方案下的结构损伤、桥面平顺性指标等。结果表明:2种新型减震系梁均不会在地震作用下出现负刚度,新型减震系梁方案较RC系梁方案能有效降低系梁和主墩的结构损伤概率,主墩最大压应变降低83.3%;但减震系梁对震后桥面平顺性指标无明显改善,需采用更具针对性的技术措施。

两跨独柱墩曲线连续钢箱梁抗倾覆设计方法

独柱墩曲线连续钢箱梁是城市立交匝道桥常用的结构形式,但因其存在支座间距小、内外侧支座支反力差别大、边墩支反力小以及钢箱梁自重轻等诸多缺点,所以抗倾覆性能差便成为此类桥型普遍存在的问题。近年来发生的数十起该类型的桥梁倾覆事故,造成了严重的社会影响及经济损失。依据相关规范中关于桥梁上部结构抗倾覆计算方法,以实际工程为例,对两跨独柱墩曲线连续钢箱梁抗倾覆性能进行计算分析,得出采用双支座并且给主梁边墩位置处配重的方法,并从特征状态1及特征状态2两方面给出了提高该类型桥梁的横桥向抗倾覆性能的设计方法。

金阳河特大桥超高桥墩设计关键技术

金阳河特大桥主桥为(106+2×200+115+40)m连续刚构桥,位于高山峡谷地带,桥址处50年超越概率10%地震烈度7.7度,5~7号主墩分别高113、196、182 m。针对横桥向抗震响应突出且墩高差异大的特点,主墩采用钢管混凝土组合墩,对墩高较大的6号、7号主墩横桥向双侧放坡,各主墩顺桥向尺寸保持恒定以方便施工,梁端设置粘滞阻尼器以实现顺桥向耗能减震;各主墩刚度经匹配设计,控制截面的地震响应达到合理比例。主墩为外包混凝土的四肢钢管混凝土柱及柱间腹板形成的箱形构造,竖向每间隔12 m设置1道钢筋混凝土横隔板;墩梁固结采用钢管混凝土柱置于主梁0号块腹板外侧的连接构造,钢管混凝土柱与承台连接采用承压板+PBL剪力键的构造。大桥整体结构计算结果表明:持久状况和E2地震作用下,钢管混凝土组合墩满足承载能力极限状态要求,主墩墩顶水平位移小于规范规定的变形容许值。主墩施工先安装钢管骨架,再采用液压爬模工艺施工钢管外包层和柱间腹板,研发了多点同步重型提升系统代替大型塔吊,以降低高空作业安全风险,节省施工费用。

高墩大跨连续刚构桥施工全过程稳定性分析

本文以三门峡国道209上跨陇海铁路立交桥为研究对象,采用MIDAS/Civil建立裸墩、最大双悬臂和成桥合龙3种状态下的有限元模型,对主墩进行线性屈曲分析和几何非线性屈曲分析,计算出稳定性系数,探讨不同荷载工况下稳定性的影响因素。通过调整桥墩主要设计参数,对主墩进行稳定性影响参数的敏感性分析。结果表明:全桥施工及成桥状态下,墩顶施工荷载、挂篮荷载、温度效应和车道荷载对主墩的稳定性影响较大;在稳定性影响参数敏感性分析中,随壁厚和混凝土强度等级的提高,稳定性系数逐渐增大;墩高的增加会使稳定性系数逐渐降低,但降低速率会逐渐减缓;系梁数量和位置均会对稳定性产生显著影响;随主墩高差的减小,稳定性系数逐渐降低,桥梁结构荷载重分配,墩顶主梁弯矩逐渐降低。

高烈度区高墩连续刚构桥抗震性能研究

以高烈度近场震区铁路桥为依托,采用Midascivil软件建立了不同墩高的桥梁结构力学模型,针对多遇地震及罕遇地震2种地震工况进行数值模拟,以桥墩高度为主要参数,以模型自振频率、桥墩墩顶、墩底位移及内力变化、阻尼器作用效果等方面对其抗震性能进行评价。研究结果表明:墩高增加时,桥梁整体的振型周期增大,对于多遇地震和罕遇地震无阻尼情况下墩底的弯矩纵横向弯矩变化幅度不大,而轴力增加明显;随着墩高增加,阻尼器对于桥墩墩顶墩底的弯矩减小比例较大,减震效果比较好。

钢-混工字组合连续梁桥地震易损性及其影响参数分析

以一座3×40m钢-混工字组合连续梁桥为依托,通过SAP2000建立不同墩高、不同上部结构荷载及不同上部主梁截面等全桥非线性有限元模型。选取峰值地面加速度(PGA)作为地震动强度参数,以桥墩位移延性比为损伤指标确定了完全破坏、严重破坏、中等破坏、轻微破坏、基本完好等5种结构破坏状态,分析了不同PGA作用下的桥墩易损性。研究结果表明:对于钢-混工字组合连续梁桥,相同桥墩截面尺寸、同一峰值地面加速度(PGA)下,桥墩高度越高,各个破坏状态的超越概率越小,其破坏风险越小;在合理的上部结构设计前提下,增加上部结构荷载,会降低桥墩的抗震性能;相同的下部结构布置,上部主梁采用钢-混组合结构,其桥墩易损性破坏概率要比同跨径的钢筋混凝土T型梁桥小,抗震性能更优越。建议桥梁抗震设计时重点关注上述因素的影响。

某连续梁桥墩梁偏位长期监测数据分析

针对某连续梁桥出现主梁与桥墩产生相对位移即墩梁偏位的现象,为分析该现象产生原因,建立了长期观测系统与健康监测系统,并对两套系统的各项参数指标数据进行定量分析。结果表明:8号墩附近梁体偏位、8号墩支座偏位以及8号墩墩柱偏位,导致8号墩发生墩梁偏位;8号墩东边柱墩底应力超限,存在开裂风险。分析结果揭示了该现象产生原因,可为管养单位把控桥梁运营安全提供科学参考与指导。

山区高墩大跨连续刚构桥稳定性影响因素研究

本文选用四川省某高墩大跨度连续刚构桥为例,通过有限元分析软件研究了该桥在最高墩阶段、最大悬臂阶段和成桥阶段各组合工况下的结构稳定性,对比分析了桩土作用、混凝土强度、墩高、壁厚等参数对桥梁结构稳定安全系数的影响。研究表明:在最大悬臂阶段一侧挂篮坠落时结构稳定性最差;风荷载和温度荷载对结构稳定性影响较小,桩土作用对结构稳定性影响较大;随着桥墩混凝土强度的提高,结构稳定安全系数越大,但提升幅度不断减小。研究结论对于山区高墩大跨连续刚构桥的稳定性分析提供了有益参考。

既有箱梁移至邻近新建高铁线条件下帮宽桥墩受力分析

论文以既有箱梁移至邻近新建高铁线条件下的帮宽桥墩为研究对象,介绍了墩身帮宽方法、施工工艺及界面植筋情况,建立了帮宽桥墩有限元模型,对比研究了墩身帮宽前后的受力特性。结果表明:墩身帮宽前后的最大主拉应力分别为 0.17 MPa、1.06 MPa,均小于 C35 混凝土的轴心抗拉强度标准值 2.20 MPa,墩身受力性能较好;墩高约 2.2~7.7 m 范围内,接缝面法向正应力由帮宽前的受压转变为帮宽后的受拉,但数值较小;墩身帮宽后接缝面的切向剪应力绝对值较墩身帮宽前的小,接缝面受力状态较为理想;墩身处于弹性阶段,工作性能良好。

大跨高墩连续刚构桥0、1号块同步施工安全技术措施研究

针对当前高墩大跨连续刚构桥0号块与1号块分段悬臂施工效率低,存在安全风险大,有诸多安全隐患的问题,论文提出一种利用“三角托架+预埋钢牛腿”形式的托架进行施工,介绍该施工方式的施工流程,并针对施工过程中存在的安全隐患提出相应的安全技术措施,包括建立安全组织机构和安全制度、重视施工用电及施工设备使用安全、重视高空作业安全等,最终实现两个号块的同步施工。

高铁高墩大跨度连续刚构固结体系设计方案

为确定高铁高墩大跨度连续刚构合理的固结体系,以沈白高铁头道松花江特大桥主桥(75+136+136+75)m连续刚构为研究对象,采用MIDAS/Civil建立全桥空间有限元模型,研究分析单固结体系、两固结体系和三固结体系下结构内力、刚度、徐变、轨道平顺性、经济性。结果表明:主梁、主墩内力方面,三固结体系内力最大,单固结体系内力最小,两固结体系介于两者之间;刚度方面,三固结体系整体刚度最大,单固结体系整体刚度最小,两固结体系介于两者之间;徐变方面,满足徐变要求时结构所需梁高从小到大依次为单固结体系<两固结体系<三固结体系;轨道平顺性方面,采用中点弦测法、矢距差法检算时,三种体系均满足规范要求。采用竖曲线半径法检算时,结构所需梁高从小到大依次为单固结体系<两固结体系<三固结体系;经济性方面,两固结体系经济性优于单固结体系。

山区薄壁高墩大跨连续刚构桥施工过程中稳定性研究

连续刚构桥是重丘山岭的复杂地带使用最为广泛的结构形式之一,其施工阶段的结构稳定性及安全性不容忽视。以墩高为138m连续刚构桥作为研究对象,利用桥梁专用软件MidasCivil建立该桥的空间有限元模型,模拟计算该桥薄壁墩最高裸墩、最大悬臂阶段和成桥3种状态的稳定性,对理论公式与有限元模型计算结果进行对比分析。结果表明,每个施工阶段在各工况下的稳定性满足要求,最大悬臂状态为最不利工况,其风荷载及温度荷载对桥墩稳定性影响不大,结构自重对最高裸墩稳定性影响较大,在成桥状态下整体升降温对桥梁结构稳定性影响较小;通过局部单元建立平衡方程进行理论推导,并与有限元分析的结果进行对比分析,其结果较吻合。

弯曲桥梁抗倾覆性能分析与加固设计

抗倾覆性能是曲线桥梁的一项重要安全性指标。对于某高速公路工程平面弯曲梁桥,通过空间有限元建模分析,计算了弯曲混凝土连续箱梁的抗倾覆稳定系数与支座反力,并进行了抗倾覆加固设计。由分析验算结果可知,钢板混凝土盖梁加固措施受力简明、施工方便,宜用于快捷加固独柱墩弯曲桥梁以增强其抗倾覆性能。

强震区高墩大跨连续刚构桥轻量化设计与减震研究

为保证强震区高墩大跨连续刚构桥抗震充分安全,提出了使用轻质材料及波纹钢腹板减重的轻量化设计和在双肢薄壁墩间设置阻尼耗能装置的两种方案。采用Midas Civil建立某双肢薄壁墩大跨连续刚构桥有限元模型,选取3条人工地震波及3条常用地震波对其进行动力时程分析。同时综合对比了双肢薄壁墩顺桥向设置RC系梁、防屈曲支撑(BRB)和转动铅耗能阻尼器对其减震性能的影响。结果表明:采用波纹钢腹板箱梁和轻骨料混凝土进行轻量化设计能明显提升桥梁的抗震性能,墩顶及墩底弯矩最大降低约20%,减重设计可作为提高桥梁抗震性能的有效途径。相比于传统RC系梁,设置BRB(斜撑)和转动铅耗能阻尼器能显著降低地震作用下桥墩的受力,墩顶位移和墩底弯矩最大分别降低约15%和30%,且BRB和转动铅耗能阻尼器耗能良好。轻量化设计和减震控制可作为高墩大跨连续刚构抗震性能提升的有效措施。