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%.     

基于气象参数的轨道板竖向温度梯度预测模型

传统基于热力学的混凝土结构温度场分析方法存在着假设过多、参数取值困难、计算能耗过大的缺点.为研究轨道板竖向温度梯度分布规律,结合轨道板温度场的长期观测数据,建立误差反向传播的多层人工神经网络,选用易于取得的气象参数作为训练样本,对轨道板竖向温度梯度进行预测,并采用实测数据验证其准确性.在此基础上研究了日温差、日照时数和风速对轨道板竖向温度梯度的影响规律.研究表明:采用日温差、日平均风速和日照时数3种气象参数作为训练样本,所建立的4-16-1结构人工神经网络预测结果最大误差为2.0℃,平均相对误差为0.38%,可准确预测轨道板竖向温度梯度,且具有较好的鲁棒性;各气象参数与轨道板竖向温差之间存在着复杂的非线性映射关系,总体而言,日照越强,风速越高,轨道板竖向温度梯度越大;对我国中部地区而言,轨道板竖向温度梯度为-2~10℃.     

无背索斜拉桥主梁空间内力分析方法--以长沙市环线浏阳河洪山大桥无背索斜拉桥为例

采用空间剪力柔性梁格法离散桥面结构,建立了大悬臂钢脊骨箱梁主梁-混凝土桥面组合截面徐变内力重分布计算的初应变法,编制了模拟无背索斜塔异形斜拉桥施工过程和使用阶段的空间内力及稳定分析程序.以此为基础,分析计算了长沙市环线浏阳河洪山大桥无背索斜拉桥主梁内力分布规律、徐变内力重分布对结构内力分配的影响、结构的整体稳定性安全系数等.采用3种计算模式进行分析,结果表明梁跟部全截面轴力基本一致,但轴力的分配差别较大,若不考虑徐变影响,钢箱梁承担的轴力为全截面轴力的0.47～0.50倍;考虑徐变内力重分布,钢箱梁承担的轴力为全截面轴力的0.78倍,而对应的主梁钢箱梁稳定安全系数分别为4.18及3.1,可见,钢箱梁轴力是该桥钢箱梁设计的控制因素.     

桥台支座布置方式对连续梁桥地震反应的影响

为了避免桥台的地震破坏,提出一种新型桥台支座布置方式,通过双向滑动支座、弹塑性挡块和拉压连接装置的联合作用来工作.以2座连续梁桥为例,通过新型桥台支座布置方式和传统桥台支座布置方式的对比研究,分析了挡块屈服力、桥台约束刚度对桥梁横向地震反应的影响.结果表明:对于传统桥台支座布置方式,桥台承受的地震力随着地震强度的增大而增加,存在地震破坏风险;对于新型桥台支座布置方式,可以通过调节挡块横向屈服力来控制桥台地震力,既可使桥台分担一部分结构地震惯性力,又可避免桥台破坏.进行抗震设计时,可以根据具体的桥梁和对应的地震动输入,选择合适的桥台挡块横向屈服力,以使整座桥梁的地震反应达到最优状态.     

基于带面内转角自由度四节点平板壳单元的板壳非线性分析

针对矩形平板壳单元在工程结构,例如大跨度桥梁数值分析实践中的广泛应用,采用具有给定位移模式的纵、横向离散条带描述单元整体位移场.该位移场由2个部分构成,即单元中面膜位移和横向挠曲变位,其中面内位移由包含节点转角自由度在内的节点位移参数沿纵、横向条带顺次插值得到,而横向变位表示为双3次Hermite多项式乘积形式.单元模型确保位移及应变分量在单元内部和相邻单元之间连续,物理概念明确,提高分析精度与可靠性.通过选取受弯方形薄板弹塑性分析及圆柱壳体大变形、大转动2个经典算例,发现本文计算结果与经典解析解以及其他数值解十分接近.提出的板壳单元位移模型可以有效地解决复杂板式结构稳定极限承载力分析问题.     

槽型断面梁斜拉桥塔梁墩固结区受力特性研究

为增大桥梁纵向刚度、便于转体施工,沪昆客运专线上某(32+80+112)m槽型截面独塔斜拉桥将槽型梁两边箱插入塔柱中形成塔梁墩固结体系,其构造和受力情况极为复杂.为研究该桥塔梁墩固结区域的应力分布情况,采用大型通用有限元软件ANSYS建立塔梁墩固结区局部模型并验证模型正确性.在此基础上,分析固结区域结构传力路径和应力分布规律,探讨局部设计细节对固结区应力的影响.研究表明:塔梁墩固结区内整体应力水平低于固结区范围以外截面,但在槽型梁过渡至固结区内部的交接角以及固结区内部过人洞折角等处存在应力集中现象.通过改进结构设计细节可有效缓解各处的应力集中现象.     

自锚式悬索桥地震响应及减震控制分析

以长沙三汊矶湘江大桥为研究对象,对自锚式悬索桥的动力特性、地震响应及粘滞阻尼器的减震效果进行分析.基于结构非一致激励地震动方程,建立空间非线性有限元模型,探讨一致输入、行波输入下结构的地震响应.分别以主梁纵向位移、塔底内力为控制目标,研究粘滞阻尼器参数变化对结构减震效果的影响.计算结果表明:地震作用下塔底顺桥向弯矩达117.492 MN·m,对自锚式悬索桥的设计起控制作用;行波效应使得主梁跨中横向位移增大90%,横向弯矩减小60%;结构纵向位移及塔底内力在考虑行波效应后减小10%左右,安装参数合理的阻尼器使主梁纵向位移减小83%,塔底纵向弯矩减小62%,达到良好的减震效果.     

钢轨非接触式无损检测技术数值模拟研究

文中针对现有钢轨检测技术不足的问题,提出了基于空气耦合导波的钢轨非接触式无损检测方法,建立了可模拟空气耦合导波激励与接收全过程的声固耦合仿真模型,并基于声学理论对仿真模型进行了验证。首先,通过该数值模型模拟分析了轨底不同损伤程度对接收导波信号的影响;然后,考虑空气耦合导波受高强度随机白噪声的影响,提出了基于激励信号中心频率小波系数的损伤评估方法。结果表明：根据Snell定律及声学理论,钢轨空气耦合导波检测的最优激励角与接收角为6.6°;钢轨空气耦合接收导波具有波形稳定、能量集中及抗干扰能力强的特点;无论损伤程度大小及所处空间位置如何,接收到声压时域信号波包中心到达时间均基本一致;不同损伤程度对应损伤指数范围有明显差异;基于激励信号中心频率的小波系数法简单可行,准确度高,适用于已知窄带导波信号的损伤信息提取,在接收信号受噪声污染严重的情况下仍能够有效识别出钢轨损伤;基于空气耦合导波进行钢轨损伤识别具有可行性。     

多跨简支梁桥上无砟轨道无缝线路受力研究

为研究多跨简支梁桥上不同无砟轨道对应无缝线路的受力特点,基于梁轨相互作用原理推导了可以考虑非线性阻力的多跨简支梁梁轨相互作用公式,并与有限元法进行了对比.分别建立了32 m标准跨度简支梁桥上不同无砟轨道模型,分析对比了实测温度荷载与制挠力耦合作用下各无砟轨道对应的无缝线路受力规律,同时探讨了简支梁跨数墩顶刚度以及扣件阻力等结构参数的影响.结果表明:对于32 m标准跨度简支梁,随着简支梁跨数的增加,钢轨附加应力最大值趋于稳定,且稳定时的最大值均小于规范限值,对于铺设无砟轨道的简支梁桥,其跨数不受钢轨附加应力限制;对于单元板式及双块式无砟轨道,当墩顶纵向刚度大于2 000 kN/cm时,墩顶刚度的变化对其钢轨附加应力的影响很小;多跨简支梁桥上无砟轨道不建议采用小阻力扣件.     

钢管混凝土拱桥弹塑性极限承载力分析的截面内力塑性系数法

结合钢管混凝土的本构关系模型,基于修正的拉格朗日列式单元增量平衡方程,采用单元节点截面内力塑性系数法建立了钢管混凝土空间拱单元弹塑性刚度矩阵,按当前刚度参数法对材料非线性与几何非线性进行分析,研究了钢管混凝土拱桥空间弹塑性稳定极限承载力非线性分析方法;采用初始内力法考虑阶段间体系转换及弹性内力的传递,计算分析了益阳资江三桥主孔钢管拱桥施工阶段及成桥使用阶段空间弹塑性稳定极限承载力,探讨了仅考虑几何非线性稳定安全系数与弹塑性稳定安全系数之间的区别.研究结果表明:几组钢管混凝土轴心受压构件和偏心受压构件弹塑性稳定极限承载力与试验结果较接近,验证了本文方法与程序正确、可靠;对于钢管混凝土拱桥,弹塑性稳定极限承载力比仅考虑几何非线性的弹性失稳临界力要小,必须考虑弹塑性对稳定安全系数的影响.