提速条件下重载铁路小半径曲线32m简支T梁动力性能试验研究

通过对不同轴重、不同速度情况下朔黄铁路芦沟特大桥32m跨度简支T梁进行运营性能试验,测试桥梁结构动力响应,研究提速状态下桥梁结构的动力响应规律。研究结果表明:在30～70km/h时速重载列车作用下,32m简支T梁的横向自振频率、跨中横向振幅、横向加速度、动力系数以及墩顶横向振幅和桥墩横向自振频率均符合《铁路桥梁检定规范》相关要求;随着列车速度提高,桥跨结构横向振动和竖向振动明显增大,墩顶横向振动也有逐渐增大趋势;随列车轴重增加,桥跨结构跨中动挠度逐渐增大,而其他动力性能参数变化规律不明显。     

部分浸入水中弹性支承Timoshenko梁动力特性

研究了部分浸入流体中自由端具有集中质量块的等截面弹性支承Timoshenko悬臂梁横向振动的固有频率和振型特征.考虑梁横截面转动和剪切变形以及集中质量块引起轴向压力的影响,建立了支承处弹性水平位移约束和转动约束耦合情形下悬臂梁横向自由振动的数学模型.由于集中质量块的惯性力和惯性矩,此模型的边界条件与振动频率相关.推导了Timoshenko梁的频率方程和振动模态的广义正交条件.数值研究了集中质量块质量、转动惯量、质心距以及弹簧刚度系数等参数对Timoshenko悬臂梁固有频率的影响.数值结果表明：由于横截面转动和剪切变形效应的影响,相比于Euler-Bernoulli梁模型,Timoshenko梁的固有频率减小,对高阶频率的影响尤为显著;弹簧刚度耦合项的增大将减小梁的固有频率;轴向力的增加将减小梁的低阶固有频率,但对高阶固有频率的影响不大.     

某门式刚架桥计算

文章对于钢筋混凝土门式刚架桥,按斜长建立纵向计算模型,采用桥梁博士通用有限元软件建立平面杆系模型进行计算。桥墩、梁固结,与桩基础共同受力,其上、下为整体结构。结果证明,建立全桥计算模型时,考虑桩基础的组成形式及桩周土层的力学性质对结构受力均有影响,因此,在对桩基础刚度的模拟过程中,应将群桩基础换算成门式刚架结构。     

水中双排钢板桩的工作性状研究及参数分析

基于平面刚架模型,结合实际工程,建立基准有限元模型,详细探讨了桩间土弹簧系数、桩顶系梁刚度、基坑开挖深度、水位计算高度、桩间距等主要结构参数对钢板桩的桩顶水平位移和桩身应力的影响规律,为工程人员设计此类支护结构提供参考依据。     

梁墩刚度分布对连续梁桥横桥向规则性的影响

以4跨连续梁桥为例,研究了梁、墩横向刚度比,桥墩横向刚度分布情况与连续梁桥横桥向规则性的关系.利用推倒分析方法,将全桥结构简化为单自由度体系,比较在不同地震动输入下,分别由全桥模型和等效单自由度体系计算所得最大位移响应的差异,并以此来判断连续梁桥横桥向规则性的好坏.研究表明:梁、墩横向刚度比对连续梁桥横桥向规则性起控制作用,梁、墩横向刚度比越大,梁桥规则性越好;而桥墩刚度分布情况只有在梁、墩横向刚度比较小时,对规则性影响较大.最后,在大量分析基础上,将梁、墩横向刚度比作为规则连续梁桥划分指标,建议了量化的规则连续梁桥划分标准.     

石芽地基上桩顶作用效应计算

由于现行规范如JGJ94－94及GBJ7－89中,群桩基础各桩顶荷载分配采用统计的计算方法,未考虑山区石芽地基岩面起伏较大、群桩基础下各基桩长度、刚度不等的情况,可能为传导计算结果有一定的误差。针对覆盖土层多为上硬下软状态的红粘土,且具有超固结性,计算中分别采用竖向、横向地基抗力系数为常数,并考虑柱端嵌岩、扩底等情况,桩顶与刚性承台铰结条件,计算桩顶竖向、横向支承刚度系数。最后按矩阵位移法进行桩顶荷载分配计算。     

高墩自复位隔震机理

为了探讨桩基础高墩自复位隔震机理,用2个弹簧模拟桥墩的提离摇摆,考虑限位钢筋的影响,基于某铁路高墩桥梁,采用非线性时程分析方法,输入3条强震记录,讨论高墩摇摆反应随提离弹簧刚度、基础宽度及参数λ变化的规律。研究结果表明:提离弹簧刚度越小桥墩的摇摆振动越剧烈、摇摆反应越大,墩顶位移随λ的增大而减小、有明显的线性关系,墩底弯矩随λ的变化相对复杂。通过基础宽度、λ及墩-承台的接触刚度调整均可以实现对桥墩摇摆反应的控制。     

波浪作用下无限深海床中无限长桩横向稳态响应分析

考虑孔隙水的影响,在Biot固结理论的基础上,采用文克尔地基梁模型来模拟桩土之间的动力相互作用,得到了波浪作用下海床的响应,建立了波浪作用下桩的水平运动方程.分析了孔隙率、渗透系数、桩土刚度比、波浪圆频率等因素对桩的横向稳态响应的影响,为海洋开发、桩基检测等提供了依据.     

弹性地基上任意边界条件矩形中厚板的振动特性分析

基于Mindlin理论研究了矩形中厚板在考虑Winkler地基模型时任意边界条件下的振动特性。在板的四周边上施加旋转约束弹簧、扭转约束弹簧及横向位移约束弹簧,通过改变相应弹簧的刚度系数以模拟任意约束边界。结合Hamilton原理及变分以建立地基板整体结构控制方程的矩阵形式,利用添加了辅助项的改进Fourier级数法,使得位移函数和两个转角函数的一阶偏导在整个中厚板的求解域内都连续,以满足任意边界条件。通过算例分析并与已有文献值比对,最大误差不超过1%,本方法的收敛性与准确性得以验证。在此基础上进一步研究了约束弹簧刚度系数、板尺寸参数和地基基床系数对结构频率的影响规律。     

柔性横系梁双柱墩的抗震行为分析

基于Pushover分析方法,探索柔性横系梁对双柱式桥墩抗震行为的影响.采用弹塑性纤维单元,建立单柱墩、盖梁双柱墩和柔性横系梁双柱墩模型并进行对比分析,研究横系梁刚度变化对桥墩破坏机理、墩顶位移能力、位移延性系数以及基础受力的影响.结果表明,随着横系梁刚度的增大,墩顶位移延性能力逐渐减小,位移延性系数逐渐增大,桥墩的承载能力逐渐增大,同时提供给基础水平推力能力增大.对于规则桥墩,柔性横系梁双柱墩的墩顶最大塑性位移比单柱墩略小,可按单柱墩位移延性能力计算公式计算其墩顶位移延性能力.     

轴向力作用下弹性支承连续梁的固有横振

采用整体分析和拉普拉斯变换方法,研究了轴向力作用下考虑支承质量时弹性支承多跨均匀连续梁的横向振动,推导出了频率方程和振型函数的解析表达式．所得公式全面、完整,适用于各种中间支承情况和各种轴向力情况．通过实例分析了支承质量和支承弹簧刚度对连续梁固有频率的影响．结果表明,支承质量会降低连续梁的固有频率,但对低阶固有频率的影响很小．特别是当支承质量较小时,完全可以不考虑其对低阶固有频率的影响．连续梁固有频率随着支承弹簧刚度的增大而增大,当弹簧刚度很大时,弹性支承连续梁的固有频率接近于刚性支承连续梁的固有频率．     

考虑土-结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

列车提速加剧了车桥系统的耦合振动，为此结合天津轻轨工程分析了考虑土一结构相互作用（SSI）效应的车桥系统的耦合振动．分别建立了考虑SSI效应和不考虑SSI效应（即墩底固接）的车桥系统耦合振动的分析模型．在车桥系统模型中，建立了27个自由度的车辆模型；在桥梁模型中采用空间梁单元进行模拟；在考虑SSI效应中，以弹簧和阻尼器模拟土介质的动力性质，将群桩基础等效简化为弹性地基梁．对天津轻轨工程一座四跨预应力混凝土连续刚构桥的数值仿真分析结果表明，考虑SSI效应，对桥梁结构的横向和扭转角位移响应影响显著，而对桥梁结构的竖向和纵向位移响应影响不大，其中横向位移最大增幅达90％，扭转角最大增幅接近38％．可见，处于地基软弱地区的铁路桥梁，SSI效应会对车桥系统的耦合振动产生不容忽视的影响．     

简便计算异形截面弹性基础梁的方法

根据文克勒假定,将梁下土的反力用一系列弹簧来代替,则整个梁的求解转化为计算支承在一系列弹簧支座上的连续梁,运用Newmark数值计算原理,根据梁端边界条件建立线性方程组,从而推导出变截面、变刚度、变地基系数的弹性基础梁的内力及位移。     

双链式悬索桥车-桥系统的动力特性

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车-桥系统耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链式悬索桥振动响应的影响.针对车辆不同行驶速度,就该类悬索桥车辆冲击系数进行分析,理论分析与试验结果比较吻合.     

简支-挠性支撑梁的振动特性与轴向压缩稳定性研究

针对可移动简支具有挠性/不确定性的简支梁系统, 采用柔性多体系统动力学相对描述方式, 建立可描述其整体转动和相对变形的非线性动力学模型, 解析结合数值分析了可移动简支刚度对系统模态和轴向压缩稳定性的影响。研究表明, 简支梁可移动简支刚度相对梁刚度偏小时, 对系统低阶频率、低阶振型和失稳模式影响显著, 主要体现在梁的整体转动特性上, 且相对描述方式中的低阶振型也与经典梁的模态不同, 体现了整体运动对相对变形模态的影响特性; 简支梁可移动简支刚度相对梁刚度偏大时, 主要对系统高阶频率和振型有一定影响, 而对低阶频率、振型和失稳模式的影响很小。此研究成果和认识对于梁构件约束边界设计与柔性多体动力学理论的应用具有重要意义。     

高速铁路门式墩-桥梁-轨道系统地震响应特征

为研究地震作用下门式墩结构对梁轨系统受力特性的影响,以合福线高速铁路某门式墩上3跨32 m简支梁桥为例,采用经验证的梁轨接触模拟方法,建立门式墩-桥梁-轨道系统精细化动力仿真模型。研究在多维地震作用下门式墩上简支梁桥-轨道系统动力响应特征,探讨节点连接方式、横梁刚度等关键设计参数对系统受力特性的影响规律。研究结果表明：采用门式墩结构后,结构体系刚度相对较小,系统自振频率降低;在地震作用下,采用门式墩结构的简支梁桥上钢轨纵向应力包络线呈菱形分布,其应力峰值均发生于墩、台及桥梁跨中附近;与普通墩相比,门式墩立柱底最大纵向剪力明显增大,钢轨节点的横向位移减小;水平地震激励角对门式墩系统受力、变形影响较大,在分析过程中需要加以考虑;在竖向地震作用时,钢轨及门式墩墩顶的竖向挠曲随着门式墩梁柱节点刚度的增大略减小;鉴于刚性节点可能导致结构延性降低、残余应力增大等,建议门式墩梁柱节点采用半刚性连接。     

堆填土固结对桩基础影响的三维模拟分析

基于比奥固结理论,结合已有地质资料建模,模拟了桩基础在不同堆填距离、时间下受堆填土荷载作用后的受力和位移。结果显示,随着堆填土离桩基础距离和固结时间的变化,桩顶沉降、水平位移、最大剪应力和横梁应力也发生相应的变化,随着堆填距离增加和固结时间的持续,桩顶沉降、水平位移、最大剪应力和横梁应力出现不同规律的增大。该结果表明桩基础附近长时间堆填土体,且堆填距离太小将造成桩基础的损坏,因此,堆填土对桩基础的影响是不容忽视的。     

桩筏基础非线性共同作用数值分析

平面壳体单元模拟筏基，用一维杆单元模拟桩体，用广义剪切位移法和有限层法模拟桩的非线性工作性状和桩－土，桩－桩，土－土之间的非线性相互作用，建立了考虑筏板实际刚度的桩筏基础非线性共同作用分析方法。通过算例分析，探讨了筏板刚度，布桩方式等因素对桩基础非线性共同作用的影响规律。     

考虑PSSI的桩柱式桥墩震后残余位移分析

为研究钢筋混凝土桥墩在强震下的残余变形机理,建立了考虑桩-土-结构相互作用(pile-soil-structure interaction, PSSI)的桩柱式桥墩抗震数值分析模型,考虑了桥墩、桩身以及桩-土相互作用等非线性行为.首先,基于单桩拟静力试验结果验证了建模方法的准确性,然后通过与墩底固结模型的对比,分析了近断层地震动下PSSI对桩柱式桥墩墩顶残余位移的影响.结合结构自振周期,桩身残余位移、曲率延性系数,土体非线性反应等结果,对墩顶残余变形的机理进行了讨论.结果表明：考虑PSSI的桩柱式桥墩自振周期为墩底固结模型的2.0～2.2倍,PSSI显著增加了墩顶的最大位移和残余位移.随着砂土相对密实度减少,结构自振周期、墩顶最大位移和残余位移均呈增大的趋势.桩身的残余变形主要集中于桩顶4倍桩径深度范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身残余变形深度减少.桩身塑性变形集中于地表下1.3～5.3倍桩径范围内,且随着砂土相对密实度增加,桩身塑性区范围减少,桩身截面最大曲率增大.     

双向循环荷载下的单桩基础累积侧向位移

针对软黏土地基中单桩基础在竖向和水平循环荷载下的累积侧向变形问题,建立基于双向循环受荷的软黏土刚度衰减模型.利用有限元软件Abaqus进行二次开发实现刚度衰减,通过数值模拟分析竖向和水平循环荷载耦合作用下单桩基础的累积侧向位移.结果表明,水平和竖向循环荷载耦合作用下,桩顶侧向位移相比于只受水平循环荷载时更大;存在最小水平循环荷载比,当水平循环荷载比小于该值时,桩基不会产生侧向位移累积;竖向循环荷载对桩基累积侧向变形的影响存在一临界值,小于该值时,对桩顶侧向位移的影响很小.