圆端型墩高速铁路桥梁的弹塑性地震反应分析

为适应高速铁路的快速发展,有必要深入分析地震作用下的桥梁动力响应.文中基于有限元软件建立了圆端型墩高速铁路多跨简支梁桥体系的全桥模型,分析了结构的自振特性,分别输入不同车速、强震记录、墩高、地震强度以及不同方向地震作用组合等工况,计算了车桥系统的弹性地震响应;并通过赋予非线性梁单元弯矩?曲率关系,计算了有车/无车工况下圆端型桥墩的弹塑性地震反应.计算结果表明,设计地震作用下桥梁结构处于弹性状态,随着车速、墩高的增加,桥梁的地震响应呈上升趋势;罕遇地震作用下墩底进入弹塑性状态,列车荷载对桥墩地震响应影响较小,墩底形成塑性铰,需采取措施以保证墩底塑性铰区的安全.

高速铁路客站房桥合一结构层间隔震优化策略研究

作为当前高速铁路建造中出现的一种新型客站形式———房桥合一结构体系已经开始应用于实际工程,其抗震设防研究有着迫切需求和重要意义。基于此,本文对房桥合一结构中设置层间隔震来实现减震控制开展研究工作,并重点探讨此类控制方法的参数优化策略。首先建立了房桥合一结构数值模型,通过引入虚拟激励法推导了高效准确的随机计算式,继而指出采用参数域方法进行优化更为合理,它可实现隔震层参数有效配置。最后,通过数值研究对随机地震激励下房桥合一结构层间隔震优化策略进行了验证分析,分别基于单桥模型和多桥模型研究了其减震机理和减震效果,提出可提高减震效果的参数优化策略。本文研究结果表明:设置经过参数合理优化的层间隔震装置对房桥合一结构减震是可行且有效的。

基于约束线路群的铁路枢纽数字化关联选线方法

针对枢纽区域线路种类和数目繁多、线路间约束关系复杂的特点,提出一种关联选线设计方法。首先,分析并总结线路间各种参照关系,建立线路参照关系矩阵和交点信息矩阵,基于两矩阵构建复合参照线型模型;然后,将线路间的约束关系分为引出、接入、参照、最小线间距和交叉约束,并给出相应的表达式;在此基础上,设计线路关联图的数据结构,将各线路的几何属性及相互间的约束关系集成为整体,从而建立枢纽约束线路群,并研制枢纽约束线路群的构建与关联选线的实现算法;最后,基于上述方法,开发枢纽选线系统,并在多个铁路枢纽选线中应用。研究结果表明:枢纽中各线路均可贯通设计,几何线位里程及约束关系可自动实时动态解算,显著提高工效。

多个列车轮载作用下铁路道床结构安定性分析

为了更全面地了解铁路道床结构的安定行为,根据列车轮载作用下于Winkler连续均匀弹性地基上的钢轨竖向挠曲变形规律,采用基于Gauss函数的轨枕荷载分担比的近似计算方法,确定单个和多个轮载作用于不同位置处的轨枕荷载分担比。基于BOUSSINESQ和CERRUTI解答,推导竖向和水平均布荷载作用下半无限空间结构中的弹性应力场的解析表达,并结合Melan静力安定定理,提出多个列车轮载作用下铁路道床结构的安定性分析方法,通过与已有文献计算结果的对比,对推导的弹性应力场解析方法及静力安定分析方法的可行性和计算结果的准确性进行验证。基于铁路道床结构的安定性分析方法,研究多个列车轮载作用下道床材料参数对其安定荷载的影响规律。研究结果表明:对于和谐号CRH3型电力动车组高速列车,其轨枕荷载分担仅在1个转向架的2个轮轴荷载之间存在叠加影响,且在其影响范围内轨枕荷载分担比呈现“M”形分布;道床结构的静力安定荷载随内摩擦角增大而增大,尽管泊松比是影响结构弹性应力场的重要参数,但其对道床安定荷载的影响较小;在满足经济性的前提下,适当选用高强度的材料,能有效提高给定摩擦因数下道床结构的承载能力。

高速铁路用水泥乳化沥青浆体的物理结构

基于硬化硅酸盐水泥浆体的Powers理论和水泥乳化沥青浆体的配合比,通过理论计算和X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线谱仪(EDAX)等相分析方法,分析了硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构.结果表明,硬化水泥乳化沥青浆体的物相组成与微结构取决于沥灰比和水灰比.提出了表征硬化水泥乳化沥青浆体物理结构的两种结构模型,以沥青为连续相、水泥相为分散相的有机-无机复合胶凝体结构模型—I型模型;以水泥相为基体、沥青嵌入其中的无机-有机复合胶凝体结构模型—II型模型.为深入分析高速铁路板式无砟轨道结构中水泥乳化沥青砂浆的微结构参数和力学性能及其衰变规律奠定了基础.

高速铁路铅芯橡胶支座桥梁隔震研究

针对铁路桥梁减隔震设计的关键技术,给出了铅芯橡胶支座的等效线性模型及主要动力参数的计算方法,建立了高速铁路车桥系统全桥模型,计算了隔震前后高速铁路桥梁的动力响应,分析了铅芯橡胶支座(LRB)的隔震效果.分析结果表明:当支座动力参数选择适当时,采用隔震装置既可有效降低墩底弯矩剪力等动力响应,又不增加梁体位移和支座变形,起到良好的隔震耗能效果.

剪切速率和温度对低水胶比水泥浆流变性能的影响

水泥浆体的流变性能不仅与材料本身有关,还受环境及外部作用影响。本文针对水泥基材料实际工程中存在的主要外部影响因素,即剪切作用与环境温度,研究了两者对低水胶比水泥浆流变性能的耦合作用。结果表明:水泥浆体在剪切过程中的流变行为与所施加的预剪切有关,水泥浆体的屈服应力随预剪切速率的增大而减小,剪切增稠的程度随预剪切速率的增大而增大;温度升高,水泥颗粒对减水剂的吸附量增加,浆体在不同剪切速率下的平衡表观黏度减小;温度和剪切速率对水泥浆平衡表观黏度的影响具有耦合效应,剪切速率越高,温度的影响越小,反之亦然,并建立了不同温度和剪切速率下平衡表观黏度的数学关系。

高速铁路用水泥乳化沥青砂浆

水泥乳化沥青(cement asphalt, CA)砂浆是高速铁路CRTS I型和II型板式无砟轨道的关键工程材料,对轨道结构动力学、耐久性及列车乘坐舒适性有重要影响.为满足我国高速铁路建设的重大需求,相关单位开展了CA砂浆的科技攻关,形成了具有自主知识产权的成套技术,有力地支撑了我国近7×103km板式无砟轨道结构的建设.本文简要介绍了我国高速铁路用CA砂浆的研发历程,主要从材料科学的角度,并结合工程实际,从高速铁路用CA砂浆的流变性能、早期变形行为、微观结构、力学性能与耐久性等方面进行了综合评述.

车桥竖向随机振动的概率密度演化分析

基于车-桥竖向耦合模型,引入不平顺功率谱随机谐和函数,采用N维超立方体点集（gp集）选取离散随机频率代表点,得到代表性轨道高低不平顺随机激励样本并进行慢变调制;建立概率密度演化方法的随机动力方程,基于MATLAB编制车桥耦合随机振动概率密度演化分析程序;采用newmark-β积分法及带TVD格式的双边差分法计算车桥振动响应的均值、标准差及时变概率密度演化分布。研究结果表明：与Monte Carlo法相比,概率密度演化法分析车桥随机振动精度更高,计算效率提高1-2个数量级;输入均匀随机分布频率和初相位的轨道不平顺激励,输出响应并非均匀分布,随车速先增加后减少,概率分布呈高斯型分布;轨道不平顺引起的系统随机响应受车速影响较大。

水泥-粉煤灰浆体流变特性及其机理研究

采用Rheolab QC型旋转黏度计研究水泥-粉煤灰浆体的流变性能,分析粉煤灰掺量和剪切速率对浆体的流变模型、屈服应力、塑性黏度、触变性、临界剪切速率以及剪切增稠作用的影响。研究结果表明:随粉煤灰掺量增加,基于Bingham模型进行描述的水泥-粉煤灰浆体剪切应力与剪切速率的线性相关性逐渐降低。浆体的屈服应力、塑性黏度、触变性和临界剪切速率等流变参数随着粉煤灰掺量的增加而降低,当粉煤灰掺量约为50%时,各流变参数均降为最低。在较低的剪切速率下水泥-粉煤灰浆体的塑性黏度显著减低,浆体呈现显著的剪切稀化,然后随剪切速率的增大浆体的塑性黏度增大,浆体出现了剪切增稠。增大粉煤灰的掺量,降低了浆体由剪切变稀向剪切增稠转变的临界剪切速率,使浆体在较低的剪切速率下出现剪切增稠。粉煤灰颗粒在水泥浆体中的"滚珠效应"、"减水润滑效应"以及"比表面积效应"是造成浆体流变性能变化的重要原因。

功能填料对反射隔热涂料隔热性能影响的研究

根据隔热机理的不同,配制了添加不同功能填料的反射隔热涂料;利用自制装置测试了室内和室外环境下涂覆不同反射隔热涂料试件的内部温度;研究了二氧化硅气凝胶、相变胶囊、六钛酸钾、钛白粉、陶瓷微珠、红外辐射粉等功能填料对实际应用环境中涂层隔热性能的影响。结果表明:尽管碘钨灯光与日光在不同波段能量分布差异较大,但2种光源照射下试件的温度变化结果一致,说明利用碘钨灯模拟太阳光测试涂料的太阳光照射下的隔热性能是可行的。添加反射型和辐射型填料的涂料最佳干膜厚度约300μm,而添加阻隔型和相变型填料的涂料的隔热降温效果随干膜厚度增加而增加。在太阳辐射作用下,反射型填料隔热降温效果最好。夜间室外环境中,填料的热辐射性能对涂层的降温效果影响不大。

自然环境湿度作用谱和混凝土内湿度响应谱

研究自然环境中空气湿度变化和混凝土内湿度响应规律,构筑自然环境中空气湿度作用谱和混凝土内湿度响应谱模型.基于饱和水汽压方程,探讨环境湿度采用相对湿度和水汽密度表达形式间的关联,利用现场实测结果验证了所建模型的合理性,并研究了基于历年气象资料构筑典型季节和全年环境湿度作用谱的可行性.试验结果表明,所构筑的自然环境中空气湿度作用谱和混凝土内湿度响应谱模型可描述自然环境湿度变化与混凝土内湿度响应规律,其理论拟合曲线与实测结果吻合较好,研究可为人工模拟环境试验设定湿度参数和定量对比提供支持.

热反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律研究

日光辐射下结构内部产生的温度荷载是混凝土桥梁及轨道等结构的主要荷载,通过特殊措施改变结构温度场可降低结构荷载,从而降低结构的造价或减小结构的不利温度应力(及变形)。探讨了混凝土表面涂刷反射隔热涂料对混凝土温度场的影响规律,通过模拟日光照射,测试了反射隔热涂料对不同强度等级的混凝土试件表面温度、芯部温度、温升(降)速率及温度梯度的影响规律。结果表明,白色反射隔热涂料可有效地降低混凝土的表面温度、芯部温度、温升(降)速率,并可显著降低混凝土的温度梯度。研究结果为主动降低特殊混凝土结构温度荷载提供了一种新思路。

一种计算非比例阻尼结构地震响应的新方法

在非比例阻尼结构地震响应分析中,直接积分法和强迫解耦法均具有鲜明的优缺点,考虑到计算精度和计算效率的均衡,提出了一种可用于非比例阻尼结构地震响应计算的新方法——多自由度模态方程方法.同时,通过推导指出了直接积分法和强迫解耦法是所提出方法的两种特殊形式,从而构建了非比例阻尼结构地震响应计算方法的完整理论体系.最后采用数值算例验证了多自由度模态方程方法在非比例阻尼结构地震响应计算中的有效性,并说明其可以通过合理划分结构分区来调节计算精度和计算效率.

钢管混凝土格构柱极限承载力实用计算公式

在理论分析基础上,提出钢管混凝土格构柱长细比折减系数计算模型及等效长细比计算公式,并改进等效长细比计算公式。同时,利用数值计算方法对不同混凝土强度、钢材强度、缀条横截面积、缀条布置形式、偏心率、长细比的钢管混凝土格构柱构件的承载力进行仿真计算,并在改进的等效长细比基础上,分析它们对长细比折减系数的影响。结合数值计算结果及长细比折减系数计算模型,提出长细比折减系数计算公式。利用本文提出的长细比折减系数计算公式及规程CECS28:90中双系数乘积公式对构件极限承载力进行计算,并与数值计算结果及试验结果进行比较。研究结果表明:在改进的等效长细比基础上,混凝土强度、钢材强度、缀条横截面积、缀条布置形式对长细比折减系数的影响很小,可以忽略;3种计算方法计算结果吻合良好,验证了本文提出的长细比折减系数计算公式的正确性。

基于广义六面体的站场数字路基模型构建方法研究

建立具有连续空间表达的站场数字路基模型是实现站场专业BIM的基础核心问题。以站场的平纵横设计资料为基础数据,提出基于离散断面的数字路基模型的构建方法,实现站场下部结构信息模型的连续空间表达和高效的信息提取。建立邻接异构断面的构体原则,提出“广义六面体”法刻画不同构体状态下的空间封闭几何体模型;研究具有多级拓扑结构的体模型的剖切算法,实现了任意断面的快速提取;编制了原型程序,并利用独李北站算例进行测试分析,应用表明该方法可实现站场数字路基模型的高效构建与信息查询。

外加剂对半流动性自密实混凝土滑模施工性能的影响

半流动性自密实混凝土是一种新型滑模施工用混凝土,具有自流平性和滑模施工所需的快速形状保持能力,添加外加剂是实现该性能的主要途径。本研究通过流变曲线、扩展度以及坍落度试验来表征滑模施工性能,并进行实验室滑模试验,研究了触变剂、高效减水剂和引气剂对半流动性自密实混凝土滑模施工性能的影响。结果表明,凹凸棒石可有效提高水泥混凝土的触变性,明显改善拌合物的粘聚性、提高混凝土滑模后的形状保持能力;合理调整高效减水剂与触变剂的比例,可得到具有较好流动性与形状稳定性的混凝土,通过添加引气剂,可进一步改善滑模施工后混凝土的表面质量。

蒸养温度效应及其对水泥基材料热伤损的影响

采用温度传感器测试了水泥基材料在标养和蒸养条件下温度的变化,结合X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、热重分析(TGA)及压汞(MIP)等方法,研究了水化产物和微结构的变化。结果表明,蒸养中试件表层首先开始升温,升温结束时表层温度比内部高约30℃;随后内部升温超过表层,恒温3h,内部温度比表层高约25℃。蒸养温度效应对水化产物的生成未产生较显著的影响,但对表层孔结构和微观形貌影响显著。蒸养结束时,试件表层的总孔隙率以及大于200nm的有害孔比例分别是内部的1.22倍和10.3倍;继续标养至28d时有效降低了总孔隙率,但大于200nm的有害孔比例仍为标养试件的1.6倍。

风屏障高度对城轨专用斜拉桥车桥系统气动特性的影响

在综合考虑风屏障高度对桥梁及桥上列车气动特性影响的前提下,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究在桥梁上设置不同高度风屏障的情况下列车与桥梁的气动力系数以及车桥系统周围的流场分布情况。研究结果表明:随风屏障高度增加,桥梁的阻力系数明显增大,而桥上列车的阻力系数相应减小,桥梁与列车的升力系数变化不明显;在侧风作用下,风屏障高度对处于桥面迎风位置列车的所受气动力影响较明显;风屏障高度对车桥系统周围流场的影响较明显,当风屏障高度增加时,梁体迎风面正压区显著增大;车体迎背风面的压力分布不仅受风屏障高度的影响,而且受列车在桥面的位置的影响。

混凝土泵送性能的流变学表征及预测综述

自1933年美国首次使用泵送的方式输运混凝土以来,泵送已成为现代混凝土施工的主要方式。随着建筑高度的不断攀升,混凝土泵送技术难度越来越高。虽然我国采用混凝土泵送技术建设了大量的钢筋混凝土(超)高层建筑,但混凝土的成功泵送是基于耗时、耗财的盘管试验结果,而现行技术规范中的经验公式与现场实测值也完全不符,这表明混凝土泵送性能的理论研究严重滞后于应用技术。随着精细化工程管理及混凝土质量控制要求的提高,粗放的经验性方法及耗财的盘管试验已不能适应行业发展的新趋势,因此,为混凝土的泵送行为提供科学的理论基础是土木行业亟需解决的问题。流变学理论是研究混凝土泵送性能的有效工具,国外的研究者从泵管中混凝土的流动行为、润滑层性能与表征、泵送性能预测等方面展开了较为系统的研究工作,取得了良好的成果,但国内在流变理论与泵送技术方面的研究成果极少。研究表明,屈服应力不同的混凝土在管道中表现出不同的流动形态。基于混凝土及润滑层的流变参数建立的模型可准确预测水平直线管道中混凝土的泵送压力。虽然普遍认为润滑层是影响混凝土泵送性能的重要因素,但混凝土润滑层流变参数的表征方法较多,包括滑管仪、摩擦仪和等效砂浆法,研究者还开发出了不同的摩擦仪和测试程序来表征混凝土润滑层的流变性能。基于混凝土及润滑层的流变性能,研究者建立了混凝土在泵管中流动的数学模型,解析出了泵送压力-混凝土流变性能-泵送速率间的关系,为准确预测混凝土的泵送行为提供了科学工具。但不同混凝土及润滑层流变参数的测试结果存在一定差异,哪种方法更能真实反映混凝土在泵管中的流动行为仍是一个问题;并且对于弯管、软管及垂直管道中混凝土的泵送行为也缺乏研究。亟需开展相关理论与技术研究,推动流变学理论在泵送混凝土方面的应用。本文从混凝土在泵管中的流动行为、润滑层性能与表征、泵送性能预测等方面综述了国内外关于泵送混凝土的最新研究成果,分析了各种方法及理论的优缺点,以期为流变理论在混凝土泵送技术中的应用与研究提供参考。