基于实测数据的高海拔大日温差地区拱上组合梁桥-无砟轨道体系温度场研究

温度作用是影响桥梁-轨道结构服役性能的重要因素之一。为探究高海拔大日温差地区拱上组合梁桥-无砟轨道体系的温度场变化规律,基于某拟建铁路上承式大跨拱桥桥址处的环境温度持续监测数据与卫星反演得到的太阳辐射数据,建立了考虑太阳辐射阴影遮挡效应的拱上组合梁桥-无砟轨道体系温度场模型,重点分析日温度变化规律和竖向温差分布规律,获得了考虑实测气温和太阳辐射逐时变化的全年日温度场;采用广义帕累托分布对竖向温差样本进行了极值分布估计,确定不同超越概率的竖向温差代表值,提出多折线形式的竖向温度梯度模式。研究结果表明,梯度相较于平原地区更为显著,无砟轨道的遮挡效应使得温度梯度分布上移,钢梁外侧腹板在冬季产生局部梯度作用;基于实测数据的温差极值估计方法考虑了环境温度和太阳辐射对结构温度场的随机影响,可为特殊地区桥梁设计阶段温度作用的计算提供参考。

CRTSⅢ型板和双块式无砟轨道振动噪声特性研究

【目的】探究高速铁路CRTSⅢ型板和双块式无砟轨道的结构振动与噪声特性。【方法】以有限元、多体动力学与边界元相结合的方法为基础,通过建立高速列车-无砟轨道-箱梁耦合动力学模型和边界元模型,研究列车高速通过时的列车-轨道-箱梁耦合系统的结构动力响应,以及噪声辐射特性。【结果】结果表明,列车通过桥上CRTSⅢ型板与双块式轨道结构段时,列车的最大轮重减载率分别为0.0536与0.1657,下部箱梁挠度分别为1/9673与1/8457。与双块式无砟轨道相比,CRTSⅢ型板的轨道板及底座位移响应更小,并且轨道-箱梁系统的竖向振动衰减更快,减振性能更优。另外,比较两种轨道结构条件下的高架箱梁结构噪声,CRTSⅢ型板段的箱梁噪声总声压级更小。但是,桥下远场点噪声峰值差异较小,峰值频率接近,均为31.5Hz左右;而桥下峰值频率差异较大,Ⅲ型板的峰值频率为63Hz,双块式则为20Hz。【结论】CRTSⅢ型板式无砟轨道更适合在高速铁路桥梁段使用。

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。

32 m T型梁梁端变形对无砟轨道扣件受力规律研究

无砟轨道扣件实现了钢轨与混凝土道床、下部基础的连接。扣件受力除轮轨作用下的正常服役工作状态外,还包括桥梁地段梁端变形诱发扣件受力状态变化。为保障桥梁地段无砟轨道扣件正常服役状态,本文以32 m T型梁为载体,通过分析梁端转角、垂向位移、预留梁缝及扣件安装位置等变量,研究了T型梁梁端变形及接口构造对无砟轨道扣件受力的影响。结果表明:梁端变形引起的扣件上拔力与梁端转角、垂向位移及转角位移组合变形线性相关,提出了不同构造变量与扣件上拔力的线性表达式。研究成果可为客货共线桥梁铺设无砟轨道梁端变形控制及构造设计提供参考。

CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁长期变形研究

研究目的:以CRTSⅢ型板式无砟轨道-PC简支梁体系(梁-轨体系)为研究对象,开展混凝土收缩徐变作用下梁-轨体系的长期变形研究,分析底座板、自密实混凝土及扣件长期受力特点。研究结论:(1)相较于单独箱梁(将无砟轨道转化为均布荷载作用),梁-轨体系下箱梁徐变上拱反而有所增大;(2)箱梁长期变形导致无砟轨道上拱,引起钢轨与轨道板、底座板与自密实混凝土部分区域产生竖向变形差,进而导致底座板和自密实混凝土脱空;(3)底座板和自密实混凝土的纵向拉应力、扣件竖向附加力均较小,但梁端处部分扣件纵向力达到极限值;(4)小阻力扣件能够有效削弱梁轨相互作用,减小箱梁长期变形引起的无砟轨道纵向应力和扣件竖向力;(5)本文研究成果揭示了梁-轨体系长期变形协同工作机理,可为CRTSⅢ型板式无砟轨道结构运营期间的维养提供一定的理论依据。

大跨度拱桥无砟轨道线形控制及调整技术

一座跨越通航河流的主跨180 m铁路连续梁拱桥,由于锁定轨枕标高后再浇筑道床板、后浇部分三墙工程,以及底座板施工后梁面CPⅢ测点未复测,使得最终轨面线形低于设计值。为解决揭板重新铺设轨道费用高、产生废弃工程、污染环境、整治施工工期较长等问题,提出一种通过调整吊杆内力来调整轨面线形的方法,这种方法弥补了重铺轨道的缺点。该方法技术难度大,实施中结合现场实际情况,精确计算桥梁梁体线形与吊杆力的线性关系,对结构的受力进行分析,并利用磁通量传感器、千斤顶等设备开展现场监测和控制,在保证结构安全的基础上实现对轨面线形的精确调控。

架桥机横移轨道自动调平系统研制与试验

采用自动调平方式是有效解决现有公路架桥机横移轨道人工调平时安全风险高、劳动强度大、可控性差的有效途径。基于桥梁架设现场的复杂工况,文中进行了自动调平系统解决方案的分析和针对性设计,并针对危险工况进行分析计算,完成研制后在现场开展了一系列试验与记录。实验结果表明:自动调平系统与目前人工调平的方案相比,能有效解决人工调平时风险高、效率低、可感知和可控性差的问题。

大跨度混合梁斜拉桥CRTSⅢ型无砟轨道快速施工关键技术

为提高大跨度铁路桥梁CRTSⅢ型无砟轨道的施工工效,以(30+46+300+97+62.395)m高低混凝土塔混合梁斜拉桥——湖杭铁路富春江特大桥主桥为背景,提出了一种工效更高的CRTSⅢ型无砟轨道快速施工方案。该方案综合考虑施工过程中温度、桥面荷载对桥面线形的影响,针对类似工程CRTSⅢ型无砟轨道施工过程中CPⅢ控制点需多次测定、线形控制方式对工期影响较大的局限性,采用在每个底座板放样断面的桥面两侧埋设测钉作为线形观测点,以测点与放样点间高差为控制指标进行放样;基于防撞墙等附属设施施工前、后的桥面线形实测数据对有限元计算模型进行刚度修正,结合CRTSⅢ型无砟轨道的构造特点,采用刚度修正后的有限元模型计算施工预拱度以控制桥面线形。富春江特大桥主桥采用该CRTSⅢ型无砟轨道快速施工方案实际节省工期20 d,在保证施工质量的基础上达到了提高工效、节省工期的效果。

插接无砟道岔过程的结构静动力学特性研究

通过建立无缝道岔纵向受力变形计算动力学模型,分析了线路拆除位置、植筋锚固及设置端梁等措施对接轨地段变形的影响,路基不均匀沉降对行车安全性的影响。结果表明:道岔曲基本轨后端的钢轨温度压力随线路拆除位置距岔心距离的缩短而增大。端部植筋锚固可显著减小拆除后自由端的纵向位移,可在其10 m范围内间隔两根轨枕植筋,以降低施工量、提高施工速度。端梁使轨下基础位移大幅减小,端梁数量对岔区轨道结构受力变形无明显影响,但对岔前纵连式轨道结构受力变形产生明显影响。

龙门吊轨道交叉下连续箱梁移位工序AI识别模型

为提升工程连续箱梁移位工作质量,保障工程有序顺利进行,设计龙门吊轨道交叉下的跨海通道工程连续箱梁移位工序AI识别模型。分析连续箱梁移位工序流程,将连续箱梁移位工作划分为钢筋加工、模板安装、混凝土蒸养等五个工序。利用人工智能技术中的门限玻尔兹曼机与支持向量机构建连续箱梁移位工序AI识别模型,采集连续箱梁移位工作图像,将所采集图像作为模型输入,利用卷积神经网络中的卷积层与池化层优化门限玻尔兹曼机模型,利用优化后的模型采集连续箱梁移位工作图像特征;基于不同图像特征,利用支持向量机划分图像类别,完成工序识别。实验结果显示,该模型能够准确识别连续箱梁移位工序,有效提升工程施工性能与经济效益。

高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥设计关键技术

预应力混凝土部分斜拉桥结构刚度大,经济性好,适宜铺设无砟轨道,是200~300 m跨度高速铁路桥梁的首选桥型。本文以高速铁路主跨248 m刚构部分斜拉桥为背景,研究高速铁路大跨度刚构部分斜拉桥合理的结构体系、轨道平顺性、索梁荷载比、合龙顶推力等关键技术。静力计算结果表明:刚构体系比连续梁体系刚度更大,经济性好,更有利于行车安全性;两种结构体系轨道不平顺均能满足要求,对于长短波不平顺,与连续梁体系相比刚构体系中跨不平顺值小,边跨不平顺值大;索梁荷载比与斜拉索刚度成正比,与主梁刚度成反比;刚构部分斜拉桥合龙后的收缩徐变和高温合龙导致结构产生附加内力,合理设置顶推力须综合考虑主墩受力与运营阶段塔顶位移。

高速铁路桥梁病害整治顶梁工作对轨道结构的影响分析

针对某高速铁路地震后桥梁受损情况及修复方案,研究了修复桥梁工程的顶梁工作对轨道结构稳定性及强度的影响,从减少轨道结构受扰动和缩短修复工作时间的角度,提出了不同顶梁方案在不同轨温下顶梁高度的理论建议值,结果表明:(1)从减少有砟轨道结构扰动的角度考虑,控制顶梁允许高度的主要影响因素为轨道的稳定性;(2)某高速铁路按照建议顶梁高度实施顶梁操作,并在顶梁过程中对桥梁和轨道几何状态进行监测。监测结果表明,钢轨应力及位移均在允许范围内,这验证了轨道适应性理论计算结果的正确性。研究成果可为桥梁病害整治顶梁修复提供参考和借鉴。

轨道-箱梁耦合振动模型试验设计与验证

为研究基于模型试验的轨道-箱梁耦合振动反演方法,从理论上探讨多层结构层间耦合相似关系,根据弹性力相似律和相似π定律,设计、制作几何相似比为101的轨道-箱梁耦合相似模型,分析轨道板密度和弹性模量、扣件刚度、CA砂浆层刚度等参数对系统相似性的影响。通过模态试验、有限元法验证模型设计的正确性及原型与模型间的相似关系。结果表明,通过模型试验方法,依据模型与原型间的相似关系反演现场不同工况条件下的振动水平;当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,依据弹性力相似律,原型与模型间的耦合相似关系可由箱梁材料参数导出;轨道板密度及弹模变化,对结构前五阶模态影响误差最大为0.033%;在200~500 Hz范围内,扣件刚度、CA砂浆层刚度变化对箱梁振动加速度的最大影响分别为2.542%、4.326%。

集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统

集装箱大梁自动焊接过程中,工件表面的反射不均匀、弧光、飞溅和烟尘等因素容易造成焊缝偏差识别不准确或难以稳定识别,因此设计了一种用于集装箱大梁熔化极气体保护电弧焊的焊缝跟踪系统。基于低成本结构光视觉传感器建立了高鲁棒的焊缝特征提取模型,该模型采用激光条纹的直线斜率对随机采样一致性算法的随机采样过程进行优化,以在复杂环境下实现模型对焊缝特征的稳定提取。不均匀强反射工件表面的焊接试验结果表明:焊接参数300 A、29 V、1 m/min下,Y向、Z向的平均检测误差分别为0.22 mm和0.19 mm,实现了稳定高精度的焊缝跟踪。

高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥设计研究

广湛铁路东平水道主桥采用(67.5+60+60+350+60+60+67.5)m双塔双索面混合组合梁斜拉桥,半漂浮结构体系。主梁采用混合主梁;桥塔采用带弧A形桥塔,塔高分别为149,147 m;全桥共布置144根斜拉索,斜拉索采用锌铝合金涂层平行钢丝拉索。东平水道主桥受力合理,提升了钢-混凝土混合梁斜拉桥在高铁无砟轨道桥梁中的适用跨度。边跨采用混凝土梁提高结构刚度改善梁端转角;中跨采用开口钢箱梁及预制桥面板的结合梁,节省用钢量,且结构刚度较大。对该桥抗风、风-车-桥系统空间耦合振动、无砟轨道适应性、抗震性能进行研究,结果表明,各项性能均满足规范要求,能够满足高速铁路无砟轨道对结构安全性和行车舒适性的要求。提出复杂建设条件下高速铁路无砟轨道混合结合梁斜拉桥的施工工法,能有效提高施工质量、缩短建设工期。

公铁两用斜拉桥斜拉索更换一体化技术研究

针对公铁两用斜拉桥斜拉索更换设计-施工-监控一体化技术的空白,以国内首座公铁两用斜拉桥——芜湖长江大桥(主跨312 m双塔双索面矮塔斜拉桥,共128根斜拉索,采用1670 MPa直径7 mm镀锌平行钢丝,长41.624~123.042 m)的3根斜拉索(短索、中长索、长索)更换工程为背景,对涉及的设计、施工、监控技术进行研究。在斜拉索更换设计阶段,分别采用MIDAS Civil和ANSYS有限元软件建立全桥整体模型和被拆索的梁端钢锚箱局部模型,分析卸索和张索工况下的索力重分布、主梁线形、桥塔塔顶偏位、钢桁梁杆件应力、钢锚箱局部应力、轨道线形影响。计算结果表明:斜拉索更换过程中该桥各项参数(线形、索力、应力)均满足规范要求,换索过程可以保证结构及行车安全。斜拉索更换施工采用四级分级卸载和分级张拉的施工方法,确保了斜拉索更换时的结构状态变化缓慢可控。斜拉索更换施工过程中采取了全过程综合监测监控技术,对结构响应进行全过程监控。监控结果表明:斜拉索索力、主梁线形、杆件应力、桥塔塔顶偏位、铁路轨形指标的实测值与理论值吻合较好,且在规范要求的合理范围内。该桥斜拉索更换后结构响应及轨道形位均恢复至初始状态。

中低速磁浮变刚度试验钢箱梁结构研究

为探索钢结构桥梁对中低速磁浮的适应性和经济性,开展中低速磁浮采用中等跨度钢桥跨越立交铁路、市政道路等基础性研究,为将来中低速磁浮采用大跨度钢桥跨越大江大河或其他障碍打下基础。本次拟在某中低速磁浮试验线上将原2孔25 m混凝土简支梁改建替换为2孔25 m多功能变刚度试验钢箱梁,开展各项静力和动力性能限值标准研究,同时,采用理论分析及实桥试验验证相结合的方法,突破现行《中低速磁浮交通设计规范》中的相关限值,研究放宽简支梁竖向挠度、梁端转角等限值标准的可行性,获得更加经济合理的中低速磁浮桥梁竖向挠度、梁端转角等刚度限值要求,进一步提高中低速磁浮桥梁的经济性和美观性。

自升式平台滚装安装海上升压站组块技术

目前海上升压站组块的安装主要是通过浮吊船吊装安装,文章结合滚装装船技术介绍了一种利用自升式平台滚装安装海上升压站组块的方法,主要从施工流程设计,需要的施工工具及特殊结构,对自升式平台的要求,海上施工关键环节及相关计算分析几方面进行技术方案介绍及论证。通过这些论证可知,当自升式平台的有效甲板面积,甲板承载力,可变荷载及吊机能力符合要求时,配合专用的施工工具,可在海上通过轴线车将升压站组块滚装安装到导管架上。这种方法无需使用大型浮吊即可完成升压站组块的安装,可降低海上安装费用,丰富升压站组块安装的手段,在今后升压站组块的安装中有着一定的推广意义。

有砟轨道桥梁梁端轨道不平顺成因分析及病害整治

针对高速铁路有砟轨道桥梁梁端区域轨道高低不平顺病害,开展病害影响因素及影响机理研究,提出病害整治和结构优化设计建议,确保列车运行平稳性与安全性。根据梁端区域轨道不平顺TQI值及动检车检测数据,通过分析桥梁徐变、梁缝连接板刚度、温度作用、温度跨长度等因素对梁端区域轨道不平顺的影响,得出病害严重程度主要受温度作用和温度跨长度影响;同时对温度影响机理、影响规律进行深入分析,并提出制定合理的管理阈值提高整治措施的有效性。

五峰山长江大桥铁路二期恒载铺设技术

连镇铁路五峰山长江大桥为主跨1092 m的公铁两用悬索桥,该桥加劲梁一期恒载为501 kN/m,二期恒载为318.1 kN/m,其中二期恒载中的铁路道砟为189.4 kN/m。加劲梁采用不携带二期恒载整节段架设、合龙后铺设二期恒载的方法施工。由于二期恒载达到加劲梁恒载的38.8%,加劲梁合龙后,加劲梁线形未达到成桥线形,在铁路道砟集中摊铺过程中,面临着加劲梁桥面系局部应力分布不均的难题。针对该桥特点,通过分析,该桥有砟轨道采用分阶段对称隔断与连续摊铺相结合的方案施工,将4线铁路分4个阶段进行铺设,阶段1和阶段2采用对称隔断的方式进行底砟及预留线道砟摊铺,阶段3和阶段4采用单向连续的方式进行连镇线轨枕及面砟摊铺。该摊铺方案引起的主缆线形变化较为平缓,避免了施工过程中加劲梁桥面系局部应力集中的问题,采用所提出的方案施工后该桥线形及加劲梁内力控制均较好。