大瑞铁路澜沧江大桥设计及关键技术研究

大瑞铁路澜沧江特大桥为双线铁路桥梁,大桥跨越澜沧江峡谷。结合桥位处的地质、地形及运输条件,经过方案比选,最终确定主桥结构为342 m上承式混凝土提篮拱桥,拱肋箱形混凝土截面由钢管混凝土桁架作为劲性骨架。围绕大桥的设计和施工技术开展一系列研究,采取梁-板单元模拟拱肋复合截面,对全桥进行静力、动力分析,确保全桥结构在列车活载、风荷载和地震荷载作用下受力安全;采取实体元建立拱肋内填外包钢管混凝土复合截面短柱模型,以全桥计算截面内力做外部荷载进行分级加载,最终确定拱肋拱顶复合截面受力安全系数为2.98,大于2.0;研发二次竖转的新型钢拱肋施工工艺,充分适应陡峭的地势,减少拱肋钢劲性骨架施工期间空中大悬臂状态时间。2022年7月22日,澜沧江大桥开通运营,围绕其开展的系列研究成果得以验证。研究成果中钢管混凝土参数体系与分析方法纳入《铁路桥梁钢管混凝土结构设计规范》;研发拱桥拱肋二次竖转施工新工艺,确保澜沧江大桥每岸质量2500 t的拱肋钢劲性骨架通过二次竖转实现合龙,为后期拱肋混凝土及桥面系的施工奠定基础。

大跨钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工抗风性能研究

为保证大跨度钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工过程的抗风安全,以某主跨342 m钢管混凝土劲性骨架拱桥拱肋竖转施工为背景,研究该桥劲性骨架拱肋在竖转施工过程中的抗风性能及抗风措施。根据竖转施工特点,采用ANSYS软件分别建立2种最不利施工状态(拱肋竖转临界状态和拱肋合龙前状态)有限元模型计算风致响应,提出设置浪风索的抗风措施以提高抗风稳定性。结果表明:拱肋在2种最不利施工状态下会产生显著的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力,危及拱肋施工安全;设置浪风索能有效降低处于竖转施工阶段的拱肋在横风作用下的拱顶横向位移和拱脚转轴连杆应力,且浪风索应力满足要求,可保证竖转施工安全。浪风索截面面积对拱脚转轴连杆应力影响较小,对拱顶横向位移影响较大,同时考虑到施工中浪风索张拉力的不均匀性,设计时宜适当增加浪风索截面尺寸,以提升结构整体抗风安全储备。

关于桥梁结构线弹性稳定安全系数的讨论

针对桥梁工程中关于结构线弹性整体稳定安全系数的计算方法存在争议并给桥梁设计及计算带来不便的情况,对现存的三种常用方法进行了阐述,提出了线弹性分析时应注意的三个观点;以一下端固结柱为例,对三种不同的线弹性稳定安全系数计算方法进行分析对比,提出了一种新的计算方法——改进的线弹性稳定安全系数计算方法,并结合某钢管混凝土劲性骨架拱桥对各不同计算方法进行分析。结果表明:针对如今线弹性稳定安全系数计算方法的不足,新方法对承重结构恒载与外荷载进行区分,首先计算结构在恒载作用下的稳定安全系数,然后在确保结构满足自身最低稳定要求的前提下计算结构在外荷载作用下的稳定安全系数。改进的线弹性稳定安全系数计算方法能较合理的判断结构的线弹性稳定性及承载能力,而且专业概念明确,可供工程设计人员参考。

机车车辆螺旋弹簧的试验方法研究

针对机车车辆螺旋弹簧的静应力测试,研究了测点布置位置,确定宜采用直角应变花进行应力测试;分析了弹簧垂向特性曲线不符合严格意义直线的原因并提出了相关建议;在疲劳试验中,研究了用其他试验方案等效相关标准规定的疲劳试验的方法.上述3个方面的研究,可以为验证和评定弹簧质量提供参考.

冻融循环作用后方钢管混凝土短柱性能研究

为研究冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的影响,本试验以冻融循环次数为参数对冻融循环作用后方钢管混凝土短柱的力学性能进行了研究。试验得到了冻融循环作用下方钢管混凝土短柱的受压破坏模式,荷载—位移曲线以及荷载—应变曲线,并分析了冻融循环次数对方钢管混凝土短柱极限承载力,位移延性以及初始刚度的影响。根据试验现象,将破坏模式分为2种。研究表明:方钢管混凝土短柱的力学性能如极限承载力,位移延性以及初始刚度受冻融循环作用影响重大。具体表现为试件的极限承载力随冻融次数增加而逐渐下降,且冻融循环次数越大,极限承载力下降幅度愈明显;对于试件的初始刚度,其随着冻融循环次数的增加而减小;另外,冻融循环作用对方钢管混凝土短柱的延性系数影响较大,表现为随冻融循环次数的增加,延性系数随之增加。

地下管垂直土压力计算探讨

地下管垂直土压力计算，流行公式不下10余种，一般多从散粒体极限平衡理论出发，根据研究者的实验和公式推导加以整理修正，提出各种形式的半经验半理论性质的公式，由于这些公式的实验方式、假设与侧重的不同，用于计算的结果则互相出入很大；另外，这些公式里均未涉及到管、土相对刚度不同给管体受力带来的影响，也即上述公式都是按刚性管导出的，显然这是不够全面的．本文从这一点出发，结合实验及工程实践，提出一套刚、柔性管的垂直土压力计算公式，供地下管设计参考．

竖向收进成束钢框筒结构受力性能分析

为研究竖向收进方式对成束钢框筒结构性能指标的影响,探讨合理竖向收进方案,设计了沿竖向采用不同方式进行收进的系列算例模型.分析竖向收进部位裙梁及筒体柱的受力特点以及结构弹塑性层间位移角、损伤发生时间和能量耗散等.分析结果表明:等效风效应系数与基底剪力和倾覆力矩有相同的变化规律,可作为竖向收进方案的初选指标.竖向收进部位裙梁及筒体柱存在内力突然增大的现象,且具有明显的规律性.依据规范选波进行时程输入下,竖向均匀收进的算例模型筒体柱未出现塑性损伤,裙梁出现塑性损伤的时刻不同,但出现损伤时刻对应的结构总输入能较为接近.结果表明,成束钢框筒结构竖向收进起始位置应尽可能远离嵌固端,沿竖向宜分多次均匀收进.

洪家渡水电站厂房矩形钢混柱接触分析研究

以大型结构分析程序ANSYS为基础 ,对洪家渡水电站厂房偏心受压钢管混凝土柱进行分析 ,研究了矩形钢管混凝土柱的接触分析模型和计算方法 ,通过比较计算研究了钢管和混凝土间接触面的接触刚度和摩擦系数对结构整体性能的影响 。

钢管混凝土受压短柱刚度的试验研究

针对混凝土强度对钢管混凝土受压短柱刚度的影响,进行了试验研究。结果表明,随着混凝土强度的增高,混凝土弹性模量的增大,构件的竖向和抗弯刚度均增大。混凝土强度对钢管混凝土受压短柱刚度的影响程度为:轴压构件>小偏压构件>大偏压构件。

水平承载桩的强度和刚度的有限元分析

针对在建的广东省某油气化工程项目中码头桩基在挖泥船清除群桩之间淤泥产生的水平荷载作用下的安全问题,运用有限元方法进行了实体模拟.分别建立了梁单元模型和弹性半空间地基模型,计算了在水平荷载作用下钢管混凝土复合灌注桩危险截面的弯曲应力、切应力以及桩顶的水平位移,校核了桩基的强度和刚度.结果表明:桩基在受到清淤船的水平碰撞力作用下,允许承受的最大水平荷载和最大水平位移均满足现有规范的要求,桩基不会受到任何损害.研究方法和研究结果可为工程建设部门和设计单位等提供决策依据.

三种混凝土本构模型在圆钢管再生混凝土轴压短柱有限元分析中的比较

为研究再生混凝土本构模型的特点及适用性,基于三种不同核心再生混凝土本构模型对钢管再生混凝土轴压短柱受力全过程进行非线性有限元分析,从极限承载力、轴压刚度、耗能因子等方面对数值模拟结果与93组试验数据进行对比分析.结果表明:在极限承载力方面,未考虑约束作用对峰值应力影响的本构模型计算结果偏安全;基于统一理论的本构模型计算结果对套箍系数较大的试件符合较好,而套箍系数较小时结果偏保守;考虑取代率、含钢率、钢材屈服强度对核心再生混凝土强度及弹性模量影响的约束再生混凝土本构模型,计算结果与试验结果符合程度较高.轴压刚度方面的分析表明,按照弹性叠加原理计算的构件轴压刚度相对于试验值偏低,而考虑再生混凝土取代率的组合轴压刚度计算方法及本构得到的计算刚度值与试验结果符合良好,另外两种本构的计算值偏于不安全.此外,三种本构模型计算的耗能因子均高于试验值,表现为模拟的荷载-位移下降段比试验曲线平缓.

铁路桥梁钢管混凝土结构体系参数研究

在铁路桥梁钢管混凝土结构设计中,钢管混凝土截面的轴压刚度、抗弯刚度和混凝土收缩徐变系数是关键的结构体系设计参数,通过对时速250 km客运专线铁路有砟轨道双线简支组合拱和大瑞铁路澜沧江特大桥等2座典型钢管混凝土结构桥梁进行不同体系参数的对比计算分析,研究了结构安全系数取值与容许应力的对应关系,以及钢管内混凝土收缩徐变和刚度取值对结构内力的影响,提出了钢管混凝土结构安全系数的建议值和结构分析的一般规定,有关结论可供钢管混凝土结构桥梁设计参考。

复式钢管混凝土外肋环板节点抗剪承载力研究

在已有理论和试验研究的基础上,对复式钢管混凝土外肋环板节点的抗剪受力性能进行分析。建立了节点核心区的抗剪受力模型,将节点域抗剪贡献分为三部分:节点域内外钢管腹板的抗剪贡献、节点主要连接件竖向肋板与锚固腹板的抗剪贡献以及节点域混凝土的抗剪贡献,推导了复式钢管混凝土柱节点屈服抗剪承载力和极限抗剪承载力的计算公式,为复式钢管混凝土柱节点的工程设计提供承载力计算方法。理论得到的节点屈服剪力和极限剪力值与试验结果进行了对比,并提出抗剪能力储备系数这一新指标反映节点的抗剪切破坏能力,量化地解释了节点发生梁铰破坏后抗剪能力的安全储备。得出此类新型节点在破坏时抗剪储备能力充足,可保证节点达到良好延性的破坏模式,说明节点设计符合强剪弱弯的抗震设计原则。

佛山东平水道公轨两用斜拉桥结构设计及关键技术研究

佛山东平水道桥为主跨260 m公轨两用独塔斜拉桥,主桥范围内轨道交通和公路同层布置,桥面布置为双线轨道交通+六车道公路+两侧人行道,桥面总宽46.5 m。主梁采用等高度钢-混凝土混合主梁,主塔采用“A”形,为墩-塔-梁固结体系。对该桥结构形式、设计关键技术和动力性能进行研究,建立斜拉桥整体和局部有限元模型,通过理论分析方法对斜拉桥结构和力学行为进行研究,重点进行全桥静力计算、竖向刚度限值研究、钢桥面板受力分析和剪力滞系数分析。开展节段和全桥模型风洞试验,对该桥进行风-车-线-桥耦合振动分析,保证车辆运行平稳性良好。研究结果表明,该桥刚度、强度、稳定和舒适性均满足规范要求。

钢弹簧浮置板轨道条件下的轮轨接触特性分析

以上海地铁16号线车辆为样本,研究了钢弹簧浮置板轨道条件下的轮轨接触特性。利用ABAQUS建立钢弹簧浮置板,用Simpack建立车辆模型,将浮置板模型导入Simpack进行仿真分析。分析了列车在时速60 km/h情况下通过浮置轨道时,轮轨接触垂向力、横向力和脱轨系数的变化情况。分析结果表明:同一轮对下左右轮的轮轨接触垂向力有着相同的变化趋势,最大垂向力、横向力和脱轨系数均为编号为6的车轮,即后转向架前轮对的右车轮。

LVQBT-500W2型电流互感器运输包装设备中减震弹簧的设计计算

LVQBT-500W2型SF6电流互感器运输过程中难度较大,易受到应力作用而损坏,为避免此种现象的发生,对包装用减震弹簧进行了一系列设计计算。通过COSMOSWorks的静态分析模块分析、数学、物理模型的建立、受力分析及电算程序求解等一系列复杂的过程,最终得到了包装用(全部)弹簧的刚度系数,并且验证此时盆式绝缘子最大变形量小于模型的约束条件,表明设计合理。

有多层立杆的双排碗扣式脚手架稳定性分析

根据双排碗扣式钢管脚手架的受力性能,在铰接单杆理论的基础上,针对连墙件竖向间距较大,立杆层数较多,且未设廊道斜杆的情况,综合考虑了连墙件间立杆、多层水平杆和碗扣的整体效应,推导出架体稳定承载力的解析解。考虑整体效应后,架体的计算承载力与铰接理论相比有较大提高,更符合真实承载力,且与有限元结果吻合较好,此方法适用于碗扣式钢管脚手架设计计算中。

少片钢板弹簧片间静摩擦系数的计算方法

钢板弹簧的片间静摩擦特性研究一直是钢板弹簧研究的重点和热点之一。目前钢板弹簧设计计算方法中对板簧静摩擦系数的研究较少。通过摩擦功分析方法,建立钢板弹簧的力学计算模型,得到一种在加载振幅和频率较小的工况下板簧片间摩擦力做功的计算公式;根据能量转换关系,推导出板簧在静载压缩下摩擦功的计算公式。根据摩擦功相等原理,得到板簧的静摩擦系数。以某企业实际板簧为例,对上述模型进行了验证。

双锥型圆钢管的单元刚度矩阵及修正系数

本文采用传递矩阵法推导了双锥型圆钢管单元的空间弹性刚度矩阵。首先简略阐述了传递矩阵法的基本原理,推导了等截面圆钢管和锥型圆钢管的传递矩阵;然后利用传递矩阵关系原理推导出双锥型圆钢管单元的空间弹性刚度矩阵,并运用实例进行公式验证与误差分析,结果表明本文所推导的刚度矩阵具有足够精度,可用于工程分析,也可用于有限元程序的编制;最后在单元刚度矩阵的基础上提出了双锥型圆钢管的刚度修正系数,当进行稳定计算时,可将双锥型圆钢管等效成等截面圆钢管分析。文末给出常用双锥型圆钢管的刚度修正系数表,以供广大设计人员参考。

矩形钢管柱和混凝土弹簧刚度系数方程拟合研究

在矩形钢管混凝土柱内部设置传力构件以解决现有的钢管混凝土柱钢管与混凝土难以共同受力的问题。将弹性地基梁理论合理应用到设置传力构件的钢管混凝土柱,采用解析法求解混凝土工作承担系数时,钢管竖向弹簧刚度、钢管转动弹簧刚度、混凝土竖向弹簧刚度至关重要。3个弹簧刚度的求解均采用有限元法,对于实际工程的应用,比较繁琐不直观,且有一定难度。定义钢管竖向弹簧刚度系数、钢管转动弹簧刚度系数、混凝土竖向弹簧刚度系数,通过有限元模拟分析3个弹簧刚度系数的影响因素,分别得出各因素与3个弹簧刚度系数的拟合方程。考虑各因素间的耦合作用,修正拟合方程,回归总拟合方程,并进行误差分析。结果表明,3个弹簧刚度系数拟合总方程有效地解决了弹簧刚度的求解,为进一步求解混凝土工作承担系数提供了可靠的依据。