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℃.     

基于高阶矩法的梁-轨系统温度作用代表值

提出了一种基于高阶矩法的结构温度统计方法,可避免传统方法拟合曲线求分布的不确定性,计算效率、精度高.基于我国华东一高铁桥梁长期监测数据,将箱梁和轨道作为整体,计算了其竖、横向温度和温差代表值,分析了温度云图和温差分布规律,研究了轨道结构对箱梁表面温度的遮盖效应.研究表明:结构年温度样本属中变异,分布规律平稳;高温标准值分别为35.4℃,38.15℃,竖向最大高温梯度分别为10.33℃,12.93℃;混凝土竖向有效导热长度约为60 cm,轨道遮盖可降低箱梁表面温度4.4℃.     

桥上CRTS Ⅱ型板式无砟轨道均匀温度研究

在某客运专线曲线段桥上设置温度传感器,通过对CRTSⅡ型板式无砟轨道进行长达两年的监控,得到其时变规律,利用时间序列差分法求得测点日平均温度,得到代表整体温度变化趋势的均匀温度时程曲线,有效反映了结构温度随大气的季节性变化规律.基于傅立叶曲线拟合及高阶矩统计模型研究其规律,提出无砟轨道整体的均匀温度变化规律.结果表明,结构各测点均匀温度呈现以365d为周期的三角函数变化规律,其拟合参数可分别表示均匀温度变化规律中的中位值、幅值及相位差;各测点间的均匀温度拟合结果差异较小,可将轨道全截面作为一整体分析,用其统一温度代表轨道整体的均匀温度变化规律;通过高阶矩概率统计模型对统一温度分析,可得到具有概率保证的均匀温度变化方程.     

秋季桥上纵连板式无砟轨道竖向温差试验研究

通过对某客运专线曲线段简支梁桥上纵连板式无砟轨道结构温度场的连续观测,研究了秋季多种天气情况下曲线桥上无砟轨道温度场的时变规律.基于统计拟合,提出适用于我国典型地区纵连板式无砟轨道秋季竖向温度荷载模式.研究表明:轨道结构昼夜温度变化剧烈,表面最高温差可达16.0℃,平均日温差达8.0℃;随着距表面深度的增加,轨道结构温度变化幅值逐渐减小,峰值出现时间不断滞后;底座板底面最大日温差为1.5℃,平均为0.8℃;纵连板式无砟轨道结构的竖向温差可拟合为指数曲线,其曲线形式与中国铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温差分布曲线在形式上较为相似.     

预应力锚垫板结构优化设计

预应力混凝土结构应用范围的扩大对锚下混凝土结构的安全性提出了更高的要求。根据南水北调中线干线工程预应力设计中对于锚垫板的锚具要求,对OVM锚固体系中YM-M15E-12D进行优化改进分析,提出优化设计思路,确立新型锚垫板M15CJ-12D的结构形式,对新结构进行ANSYS分析,并与原结构进行有限元对比分析,且通过荷栽传递试验测试构件的性能及检验其安全性,对比分析锚下混凝土结构试验应变值跟模拟应变值,验证模拟的各项参数符合实际工况,最终得到更为安全、先进、经济的锚下混凝土结构体系。     

预应力锚垫板结构优化设计

预应力混凝土结构应用范围的扩大对锚下混凝土结构的安全性提出了更高的要求。根据南水北调中线干线工程预应力设计中对于锚垫板的锚具要求,对OVM锚固体系中YM-M15E-12D进行优化改进分析,提出优化设计思路,确立新型锚垫板M15CJ-12D的结构形式,对新结构进行ANSYS分析,并与原结构进行有限元对比分析,且通过荷栽传递试验测试构件的性能及检验其安全性,对比分析锚下混凝土结构试验应变值跟模拟应变值,验证模拟的各项参数符合实际工况,最终得到更为安全、先进、经济的锚下混凝土结构体系。     

夏季桥上CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道温度梯度研究

通过对我国东南地区某简支梁桥上CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构温度场的持续监测,重点研究了夏季高温下轨道结构温度梯度分布规律,采用高阶矩法建立了轨道结构夏季温度及温差概率统计模型,确定了具有一定重现期的轨道结构温度与温差代表值,提出适用于我国东南地区CRTS Ⅰ型双块式无砟轨道结构的夏季横、竖向温度梯度拟合模式.试验研究表明:夏季轨道中部从上至下对应超越概率0.01的高温代表值依次为47.7℃、40.1℃、36.9℃与35.8℃;晴天温度梯度分布均匀,轨道结构横、竖向分别于17:00、15:00达到最大,温差可达6.7℃、12.2℃;竖向和横向对应超越概率0.01的正负温差代表值分别为16.16℃、-6.32℃与7.75℃、-4.43℃;竖向正负温差代表值采用指数形式进行拟合,其分布规律与中国铁路桥梁规范相近,横向正负温差代表值可采用折线形式进行拟合,精度较高.     

高速铁路箱梁-双块式轨道系统温度梯度研究

温度作用对高速铁路箱梁-轨道整体工作性能有重要影响,通过对我国东南地区某32m简支梁-CRTS I型双块式无砟轨道结构温度的持续监测,重点研究了箱梁-轨道系统日温度变化规律与竖向温度梯度分布规律,基于全年每测点16 560个数据,采用高阶矩法确定具有一定重现期的箱梁-轨道系统竖向温差代表值,提出了适用于我国东南地区箱梁-轨道系统的竖向温度梯度拟合模式.研究表明:可采用一阶傅里叶级数模拟结构晴天温度升降变化特征,拟合程度较高,同一季节拟合参数a、b、ω与φ自上而下逐渐减小,温度波动幅值a随深度增加趋近于0℃;不同季节各截面竖向晴天温度日变化特征基本一致,于11:00~21:00前后出现正温度梯度,于01:00~9:00前后出现负温度梯度;轨道-箱梁整体对应超越概率0.01的竖向正负温差代表值分别为14.87℃与-6.3℃,箱梁顶板对应超越概率0.01的正负温差代表值分别为13.74℃与-3.54℃,底板为2.38℃与-1.12℃,可采用指数对箱梁顶板竖向正负温差代表值进行拟合,其分布规律在形式上与中国铁路桥梁规范相接近,可采用线性形式对底板温差代表值进行拟合,两种拟合形式相关系数的平方均在0.99以上,可为规范修正与桥梁设计提供参考.     

寒冷季节桥上无砟轨道横竖向温度梯度研究

在某客运专线圆曲线段桥上纵连板式无砟轨道中埋设温度传感器,对无砟轨道温度分布进行了长期连续观测,得到无砟轨道温度场分布的时变规律,并建立适用于寒冷季节纵连板式无砟轨道横竖向温度梯度荷载模式.结果表明:轨道结构的温度变化以日为周期,随着距表面深度的增加,无砟轨道内温度变化幅值逐渐减小,峰值时间不断滞后;竖向温度梯度可拟合为指数曲线,与中国铁路桥梁设计规范规定的箱梁竖向温度梯度分布在形状上较为相似;横向温度梯度模式分为轨道板和底座板两类,轨道板横向温度梯度可采用二次函数拟合回归,底座板横向梯度可采用线性分段函数拟合.