32m重载铁路桥梁安全运营性能研究

铁路重载运输的不断发展在带来明显的经济效益的同时,也给铁路桥梁带来越来越多的不利影响,如冲击振动加大、梁体开裂加重等。本文以重载运输下的32m简支T梁为研究对象,通过有限元仿真分析方法,对桥梁在不同列车速度和轴重下的动力参数进行分析研究,得出结论。     

服役框架结构增层可靠性评估

基于服役结构荷载和抗力水平的时变性,提出了服役结构增层改造项目必须要考虑时间因素影响的观点·通过对混凝土碳化、钢筋锈蚀、截面几何尺寸的损伤以及钢筋与混凝土的黏结强度的降低等多因素影响机制下,服役结构增层动态可靠度分析,给出了建筑物增层可行性的时变结论·并与框架空间程序TAT的计算结果进行对比,表明了所提方法的正确性·     

影响铁路桥梁下部结构刚度的主要因素

随着我国铁路基础设施建设的高速发展,绝大部分高标准铁路采用无缝线路,而无缝线路对于铁路桥梁下部结构刚度提出了明确的要求,因此研究影响铁路桥梁下部结构刚度的主要因素对于铰路桥梁工程的设计研究是十分必要的.     

围岩-支护结构时效性共同作用下运营隧道服役特性

为探究围岩与支护结构共同作用下运营隧道的服役特性,通过虚拟支护力法实现隧道开挖过程的可视化,考虑围岩时变、支护结构劣化及损伤的同时,构建围岩时变-支护结构性能退化共同作用下的力学分析模型。通过与既有研究成果及三维数值仿真结果对比分析,验证本文所提力学模型的正确性,然后探究围岩时变、支护结构劣化和损伤、支护结构厚度等参数影响下围岩-支护结构接触面位移及压力、支护结构服役寿命的变化规律。研究结果表明：围岩-支护结构接触面位移与围岩时变系数、支护结构劣化及损伤系数呈正相关,与支护结构厚度呈负相关;接触面压力与围岩时变系数及支护结构厚度呈正相关,与支护结构劣化及损伤系数呈负相关;支护结构寿命与围岩时变系数、支护结构劣化及损伤系数呈负相关,与支护结构厚度呈正相关;在不同条件下,支护结构服役寿命变化幅度与围岩时变系数变化幅度、支护结构劣化系数变化幅度、损伤系数变化幅度、厚度变化幅度的比值分别为1.3,0.278,0.061和0.787。     

运营越江隧道服役现状调查与检测评估

既有打浦路隧道在运营36年后,隧道结构目前正处于严重的老化阶段,由于隧道衬砌结构的混凝土劣化,接缝材料老化,钢筋和螺栓锈蚀,渗漏水以及隧道纵横向差异变形等已非常严重,对隧道的安全运营造成了严重隐患.基于此需要对隧道结构进行一次全面地检测与评估.从隧道结构服役性能出发,对既有打浦路隧道的历史资料及现状进行了较为详细的调查,给出了隧道结构的主要损伤因素,并制定了详细的隧道结构检测方案,包括检测的内容、数量、具体要求、检测方法等.通过对既有隧道渗漏状况以及隧道纵向的长期沉降情况的初步检测,发现对于直径10m左右的软土盾构隧道,纵向变形曲率半径小于35～40 km时产生的差异变形,易导致衬砌环向接头的张开度增大,引起渗漏,同时渗漏又导致隧道继续产生纵向不均匀变形,二者相互影响.最后给出了用于既有隧道结构损伤评估的宏观安全性模型和微观耐久性模型.     

严酷环境下混凝土服役性能演化的数理模型

考虑青藏高原严酷环境中影响混凝土耐久性的综合因素,选择函数形式,确定参数与混凝土材料使用寿命的关系,建立了一个能顾及多重因素,但形式简化的严酷环境下混凝土使用寿命的预测模型。     

酸性气体作用下服役结构的时变可靠度

鉴于现阶段酸性气体作用对受力混凝土工作性能影响研究的匮乏,采用数值计算与实例相结合的方法分析了酸性侵蚀气体对服役钢筋混凝土结构可靠度的影响,给出了混凝土中和高度、混凝土损伤高度和截面尺寸的时变规律及其与时变可靠度指标的关系。并与一般大气环境条件对比,得到了酸性侵蚀介质对受力混凝土结构产生加剧腐蚀的定量结论。对侵蚀介质环境下的建筑结构可靠性设计提供了建设性理论指导。     

重载汽车动力学性能多目标优化分析

以三轴重载汽车为例,以影响其动力学性能的悬架参数优化为目的,在随机路面激励的作用下,构建了三点虚拟激励模型,通过建立三轴重载车的六自由度模型,利用虚拟激励法得出驾驶室座椅均方根值表达式,并以加权的加速度均方根值作为平顺性的评价指标;建立汽车转弯运动力学模型,得出侧倾稳定性因数与悬架的侧倾特性和由路面随机激励所产生的动载荷之间的关系,确定以稳定性因数作为汽车侧倾运动的稳定性评价指标;将整车的95百分位四次幂合力作为道路友好性的评价指标.根据悬架刚度和阻尼与各性能评价指标之间的关系,基于Isight软件,运用遗传算法NSGA-II实现了汽车的平顺性、稳定性和道路友好性的多目标综合优化,从而得出了悬架刚度和阻尼的最佳匹配值.该思路对于多轴重载车的参数设计具有参考价值.     

重载列车导致的环境振动及控制对策

本文研究重载货运铁路沿线结构物振动状态评估及减振措施问题。研究中,采用移动荷载列模拟列车对线路的动力作用,以现场实测数据确定铁路线路至沿线建筑物的振动传递规律,以Duhamel时程积分及类比法计算列车通过时的振动状态并评估其使用安全性。     

考虑衬砌劣化与环境升温的寒区隧道服役性能

为研究环境升温及衬砌劣化对寒区隧道服役性能的影响,本文首先通过冻融循环试验测试了混凝土力学参数的退化规律,在此基础上建立了衬砌-围岩热力耦合数值模型,研究了围岩冻融圈演化特征及隧道结构内力时变规律。结果表明:未设保温层工况下,隧道衬砌表面每年经历约18次等效室内冻融循环,衬砌在服役50年后弹性模量及轴心抗压强度将衰减89%和97%。环境温度升高将加剧围岩融化范围扩展,引发衬砌结构沉降并加速结构失效进程,导致服役寿命较未升温工况缩短3~6年。铺设5cm厚保温层后,衬砌表面年等效冻融循环降至0.75次,服役50年后弹性模量及轴心抗压强度仅衰减8%和13%。铺设保温层可显著改善拱腰和边墙力学状态,但拱顶、拱脚及仰拱处安全系数呈现下降趋势,其中拱脚部位在服役约42年后即不能够满足承载需求。     

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．     

既有铆接铁路钢桥剩余寿命的评估

为确保既有铆接铁路钢桥使用安全，探讨了评估既有铆接铁路钢桥疲劳剩余寿命的方法。以京九线赣江桥为例，介绍了基于断裂力学的既有铆接铁路钢桥剩余寿命评估的原理与方法。基于断裂力学的评估过程主要包括如下4个步骤：识别临界构件、计算临界裂纹尺寸、疲劳裂纹扩展模拟、确定探测间隔。根据赣江桥剩余寿命评估结果：若按保证桥梁的正常使用功能，超声波探测间隔为1a；若按保证主桁结构承载安全，则探测间隔为3a。     

论铁路路基翻浆冒泥病害与发生机理

根据研究地质雷达图像的判释方法,在完成的沪宁线和东陇海线大量地质雷达探测的结果上提出翻冒通道的概念,揭示翻浆冒泥病害沿路基深度方向和线路纵向的分布特征,提出根据一段线路翻冒通道的发育和分布型式确定其翻浆冒泥病害分类的方法,应用该方法给出了沪宁线18段共4000多m长的翻浆冒泥和下沉外挤病害线路的地质雷达检测结果,为整治设计提供了依据.图3,表1,参6.     

既有桥梁外贴纤维布加固后可靠度分析

对国内外大量纤维布加固试验进行了分析计算,得到了钢筋混凝土矩形桥梁构件计算模式不定性系数的统计参数.讨论了钢筋锈蚀、混凝土强度、纤维布加固耐久性以及荷载等影响因素变化对既有桥梁结构承载力的影响,参考既有桥梁结构全寿命可靠度分析,确定了加固后既有桥梁锈蚀延迟期的长度.在国内外纤维片材加固混凝土结构的耐久性试验的基础上,提出在加固后可以不考虑纤维布材料的老化及其纤维布材料与混凝土粘结界面的退化,使加固后钢筋混凝土构件承载力极限状态可靠度分析得到简化.研究了加固后既有桥梁抗力计算方法,并结合一座实际桥梁工程进行了加固后可靠度计算.该方法具有一定的工程应用意义,可以作为既有桥梁加固评估的理论依据.     

既有铁路钢桥的系统疲劳可靠度评估

既有铁路钢桥承受着日益繁重的交通荷载,其使用安全倍受关注。针对铆接结构多破坏模式和铆接多成份、多构件的疲劳失效特点,在建立铆接构件双角钢概率疲劳破坏模型的基础上,提出铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型。基于M on te C arlo算法,建立计算系统疲劳失效概率的基本流程,编制用于铆接钢桥系统疲劳可靠性分析的大型程序RBSPFF。将铆接钢桥系统疲劳可靠性分析模型应用于京九线赣江桥的疲劳可靠度评估。由赣江桥概率剩余寿命评估结果可知,若按保证桥梁的正常使用功能,上、下游铁路桥面系的超声波探测间隔分别为1.7 a和0.6 a;若按保证主桁结构系统承载安全,则探测间隔为3.7 a。     

悬索桥主塔纵向稳定的实用计算

根据悬索桥主塔从裸塔、主缆施工、主梁吊装到成桥不同阶段的受力特点，将悬索桥主缆对主塔的约束作用简化为不同等效约束刚度的弹簧，利用静力法推导了带有弹簧约束的主塔模型稳定临界力计算公式，并给出中、边跨主缆约束刚度的计算公式及主缆对塔约束刚度的计算方法。针对不同阶段的主缆约束刚度，该计算公式能在裸塔及主缆约束刚度无穷大时与悬臂压杆、一端铰支一端固定压杆的稳定计算公式相吻合，表明该计算公式较准确地反映了悬索桥施工、成桥各阶段主缆对主塔的约束作用和计算公式的正确性。算例表明该方法简便易行。     

粘滞性阻尼器在高速铁路长联大跨连续梁中的应用

以杭州钱江铁路新桥主桥(45+65+14×80+65+45)m预应力混凝土连续箱梁为工程背景,利用有限元软件Midas/civil建立有限元模型。采用非线性时程分析方法计算设置粘滞性阻尼器前后墩底反力和墩顶位移的变化,从而评价粘滞性阻尼器对提升桥梁抗震性能的作用。结果表明:粘滞性阻尼器的合理设置可以减小制动墩内力,提升高速铁路长联大跨连续梁的抗震性能。     

混凝土连续梁桥使用期的时变体系可靠度计算

混凝土连续梁桥在使用期间的体系可靠度反映了其整体可靠性水平.由于桥梁在使用期间的抗力是随时间变化的,因此其体系可靠度也具有时变性.介绍并修正了桥梁抗力参数的时变模型和荷载模型,提出了混凝土连续梁桥时变体系可靠度计算方法,并结合一工程实例验证了该方法的可行性与有效性.     

大跨度铁路连续梁拱组合桥地震响应及减震特性

为研究大跨度铁路连续梁拱组合桥梁的地震响应及减震特性,以兰渝线上某连续梁拱组合桥为例,建立了考虑桩土共同作用的桩-墩-梁-拱一体化有限元模型.利用反应谱和时程分析法探讨该桥的地震响应规律,分析了高阶振型、几何非线性、行波效应等因素的影响,并对该桥设置速度锁定装置后的减震效果进行了分析.研究结果表明:两种分析方法下该桥最大内力均出现在拱脚处;截面内力主要由低阶振型(前30阶)控制,高阶振型的贡献较小;随行波视波速的增加,拱桥不同位置的地震响应值有较大变化;速度锁定装置能显著减小固定墩的墩顶位移和墩底内力,其内力最大减幅可达24.56%.     

铁路钢筋混凝土桥梁结构混凝土氯盐病害

基于严重病害的既有铁路钢筋混凝土桥梁的检测实践,通过对典型病害构件(桥面板、盖梁、梁体、墩等)混凝土的试验测试分析,研究了实际服役环境条件下铁路钢筋混凝土桥梁氯盐侵蚀破坏特征,调查了混凝土中氯离子迁移特性和分布,以及相应混凝土中的碱含量、pH值的变化规律.结合微观结构分析,进一步对铁路钢筋混凝土桥梁的氯盐破坏机理及其微观结构特征进行了深入探讨.研究结果表明:氯化钠盐溶液在该结构混凝土中的迁移速度非常快且发生了物理结晶作用;氯化钠盐溶液的侵入引起了混凝土中碱含量的明显增加和pH值的降低.混凝土内部孔结构发生了明显粗化.研究结果可为既有铁路钢筋混凝土桥梁氯盐病害的整治与修复提供科学依据和技术支持.