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半穿式应急钢桁梁上弦杆面外屈曲临界力研究

振动与冲击 2023年第17期42卷 96-104页

作者：赵曼陈士通孙志星许宏伟黄晓明石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学大型基础设施性能与安全省部共建协同创新中心石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术研究中心石家庄050043 东南大学交通学院南京210096

根据半穿式应急钢桁梁的结构特点和屈曲特征,将其上弦杆简化为侧向弹性支撑下的连续梁,考虑轴力分布、支撑条件及挠曲线形式建立四种平面模型,采用能量法推导其面外屈曲临界力解析解,并建立不同跨径半穿式应急钢桁梁整体模型,通过理论... 详细信息

根据半穿式应急钢桁梁的结构特点和屈曲特征,将其上弦杆简化为侧向弹性支撑下的连续梁,考虑轴力分布、支撑条件及挠曲线形式建立四种平面模型,采用能量法推导其面外屈曲临界力解析解,并建立不同跨径半穿式应急钢桁梁整体模型,通过理论结果与仿真结果的对比分析,探讨各平面模型的优缺点及其适用性,旨在提出便于工程应用的屈曲临界力计算方法。研究结果表明:四种平面模型的稳定方程和屈曲临界力解析解形式各不相同;基于给出的临界刚度计算公式,结合实际支撑刚度和临界刚度的关系,可初步确定屈曲半波数;半穿式应急钢桁梁稳定性与跨径密切相关,线弹性稳定系数随跨径增大逐渐减小,且屈曲模态半波数有所增加,但失稳时上弦杆最大轴力基本保持不变;相比整体模型和文献算法,模型Ⅰ、Ⅱ结果过于保守不宜直接采用,模型Ⅲ、Ⅳ计算误差较小,由于模型Ⅳ计算过程繁复,而模型Ⅲ简单实用,综合考虑准确度和实用性,建议采用模型Ⅲ作为屈曲临界力计算的首选方法。

关键词：桥梁工程半穿式钢桁梁屈曲临界力能量法面外屈曲平面模型

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新型大跨铁路应急钢桁梁稳定性研究

铁道学报 2022年第1期44卷 119-127页

作者：赵曼陈士通孙志星许宏伟黄晓明石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术研究中心河北石家庄050043 东南大学交通学院江苏南京210096

采用Ansys建立128 m新型大跨铁路应急钢桁梁的计算模型,系统分析不同工况和非线性因素作用下的结构稳定性,探讨列车荷载、风荷载、温度、初始缺陷、几何非线性和材料非线性等因素对结构稳定性的影响。结果表明:不同荷载组合形式和分布... 详细信息

采用Ansys建立128 m新型大跨铁路应急钢桁梁的计算模型,系统分析不同工况和非线性因素作用下的结构稳定性,探讨列车荷载、风荷载、温度、初始缺陷、几何非线性和材料非线性等因素对结构稳定性的影响。结果表明:不同荷载组合形式和分布形式下,结构稳定系数和失稳模态不同,主力作用下最低线弹性稳定系数为8.093,失稳形式为局部竖向失稳;随着横向风荷载的增大,结构稳定系数逐渐下降,且失稳模态由竖向失稳变为横向失稳;温度变化对大跨简支钢桁梁的稳定性影响很小;考虑初始缺陷时,稳定系数随初始缺陷的增大而减小,竖向失稳模态对竖向偏位较敏感,而横向失稳对横向偏位较敏感;考虑材料非线性因素时,相比线弹性稳定分析,稳定系数降低约70%,远远高于几何非线性对稳定性的影响,稳定分析中必须考虑材料非线性的影响;综合考虑各种因素,大跨应急钢桁梁最不利稳定系数为1.925,结构稳定性良好。

关键词：铁路钢桁梁稳定性线弹性非线性初始缺陷

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128m大跨度铁路应急钢桁梁极限荷载

中国铁道科学 2021年第5期42卷 85-93页

作者：赵曼陈士通孙志星许宏伟石家庄铁道大学土木工程学院河北石家庄050043 石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室河北石家庄050043 石家庄铁道大学河北省交通应急保障工程技术研究中心河北石家庄050043

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231... 详细信息

利用ANSYS软件建立128 m跨铁路应急钢桁梁的非线性有限元模型,研究不同杆件损伤位置、不同损伤长度和不同损伤形式等不同损伤状态下钢桁梁的极限荷载。结果表明:非损伤状态下,钢桁梁因构件屈服发生大变形而失稳破坏,极限荷载系数为2.231,能够保证安全运营;损伤位置对结构极限荷载影响明显,损伤位置越靠近跨中,影响越大;跨中为杆件损伤最不利位置,损伤程度较大时,结构将因杆件局部应力过大而发生强度破坏;随着损伤长度增加,极限荷载呈现先迅速下降、后小幅上升并逐渐趋于稳定的变化趋势,损伤程度越大,损伤长度对极限荷载的影响越明显;损伤形式对极限荷载影响差异较大,杆件的截面损伤和材料屈服强度退化对极限荷载影响显著,而杆件的材料刚度退化的影响可基本忽略。

关键词：铁路应急钢桁梁大跨度极限荷载杆件损伤

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桥梁健康诊断的子结构刚度修正法研究

桥梁健康诊断的子结构刚度修正法研究

作者：孙志星石家庄铁道学院

学位级别：硕士

随着现代交通事业的飞速发展,特大型桥梁结构不断涌现,桥梁数量日益增多。为了保证桥梁结构的安全性并满足使用要求,快速有效地发现桥梁结构或构件的损伤,及时掌握运营桥梁的健康状况,已经成为一个迫切需要解决的问题。本文首先针对当... 详细信息

随着现代交通事业的飞速发展,特大型桥梁结构不断涌现,桥梁数量日益增多。为了保证桥梁结构的安全性并满足使用要求,快速有效地发现桥梁结构或构件的损伤,及时掌握运营桥梁的健康状况,已经成为一个迫切需要解决的问题。本文首先针对当前桥梁结构损伤研究这一热点问题,进一步明确了桥梁健康诊断的内涵,其内容包括结构损伤分析与估计、损伤评价与决策这两方面。系统阐述了当前结构健康诊断的中心环节——结构损伤识别的各种方法研究现状,并根据其中存在的主要问题展望了这一领域发展趋势。对子结构刚度修正的结构损伤识别方法,用一简支梁算例验证其理论上的可行性;为解决损伤识别过程中理论自由度与实测自由度匹配问题,本文讨论了模态扩阶和模态减缩这两类方法;并对实际测量中噪声问题作了探讨。由于各种模态扩阶方法依赖于分析结构的刚度及质量精确度,因此对受损结构模态数据进行扩阶时,就不可避免地引入误差,从而导致识别结果的失败;用模态减缩法实现自由度匹配,能够准确识别结构损伤位置及程度,但这需要以增加测点为代价,同时还要使用迭代算法。在单样本确定性方法识别损伤时,测量噪声影响很大,且无法消除。由于桥梁监测系统能够提供连续稳定测试数据,因此文章使用统计平均方法来消除振型测量噪声的干扰。

关键词：桥梁健康诊断损伤识别子结构刚度修正模态扩阶模态减缩统计方法

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考虑装配误差的齿轮接触应力仿真研究

考虑装配误差的齿轮接触应力仿真研究

作者：孙志星太原理工大学

学位级别：硕士

变速箱是各种重卡及其它汽车的“心脏”,重卡中变速箱工作的正常与否直接决定了该重卡的性能,而变速箱中的每个齿轮又是组成这颗“心脏”的一条条“血管”。随着工业商业推动物流业的飞速发展,使得各类卡车逐步向大载重发展,这样对卡车... 详细信息

变速箱是各种重卡及其它汽车的“心脏”,重卡中变速箱工作的正常与否直接决定了该重卡的性能,而变速箱中的每个齿轮又是组成这颗“心脏”的一条条“血管”。随着工业商业推动物流业的飞速发展,使得各类卡车逐步向大载重发展,这样对卡车的性能,特别是对卡车中变速箱的性能提出了更高的考验,这样对变速箱内部各种齿轮的性能及装配就提出了更高的要求。在实际生产生活中,重卡变速箱的齿轮时常因过载而出现各种损坏。某齿轮集团,在某型号的变速箱进行过载实验的过程中,一对啮合的齿轮多次发生了齿根裂纹甚至断齿的情况。这种情况在重卡运行过程中,一旦发生后果极为严重,轻者影响正常运输,重者极易出现安全问题。该集团在生产中发现多数齿根裂纹甚至断齿的情况,绝大多数是由各种原因导致的装配误差所引起的,而在诸多原因中,装配时的齿间隙误差和心轴的平行度误差成为导致齿轮啮合异常的主要原因。在实际生产中变速箱齿轮装配时齿间隙误差和心轴的平行度误差均是由工程师凭经验给出,而在学术研究时,分析啮合齿轮所受的接触应力时,多为理论上的计算和算法上的研究,很少将齿轮啮合的实际工况因素考虑在内。所以对实际生产时的考虑装配误差的齿轮啮合时的应力分析就显得尤为重要。本文针对某齿轮集团生产的变速箱中的一对出现啮合异常的斜齿轮进行了Pro/E建模,在仿真分析时,分别从静力学和动力学两个方面进行分析,每个方面分别计算分析了装配时带有齿侧隙误差的工况和装配时带有轴平行度误差的工况。在具体计算分析时,利用ANSYS与Pro/E之间的较好的链接性,将在Pro/E中建好的模型导入ANSYS中进行计算与分析,在静力学分析时主要运用ANSYS有限元分析软件对其进行计算与分析,在动力学分析时主要运用ANSYS中LS-DYNA模块对其进行计算分析。通过静力学与动力学两个方面的系列的计算与分析,最终给出该对齿轮在装配时齿侧隙误差与轴平行度误差的误差范围。课题的实验分析计算结果对实际生产中齿轮的装配与安装具有实际的指导意义。

关键词：斜齿轮装配误差 ANSYS/LS-DYNA 应力

SLJ 900/32流动式架桥机设计选型与应用

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铁道工程学报 2015年第1期32卷 88-92,114页

作者：陈士通孙志星张平刘嘉武石家庄铁道大学石家庄050043

研究目的:针对高速铁路桥隧紧密相连路段,既有设备无法作业的施工难题,本文旨在设计一种集运架功能于一体,整机穿越隧道,能够实现紧邻隧道口和隧道内架梁作业的架桥机。研究结论:本文研究的SLJ 900/32流动式架桥机方案:(1)主支腿采用铰... 详细信息

研究目的:针对高速铁路桥隧紧密相连路段,既有设备无法作业的施工难题,本文旨在设计一种集运架功能于一体,整机穿越隧道,能够实现紧邻隧道口和隧道内架梁作业的架桥机。研究结论:本文研究的SLJ 900/32流动式架桥机方案:(1)主支腿采用铰接三角形结构,上部安装支撑轮系,抵抗过孔产生的倾覆力矩,形成自稳定体系,无需采取锚固措施;(2)主支腿托轮系统采用恒定驱动技术,实现了不同类型驱动的同步控制,提高了设备的安全可靠性;(3)通过主辅支腿功能转换技术,实现了无导梁支持的架梁模式,简化了作业流程,实现了首末跨、隧道进出口和隧道内架梁的功能;(4)主支腿安装自动预警安全装置,作业时能够实时反映主支腿工作状态,具有预警和停机保护功能;(5)该研究成果可应用于高速铁路普通工况及桥隧紧密相连路段特殊工况的大吨位箱梁运架施工。

关键词：架桥机高速铁路桥隧相连桥梁架设设计选型

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拆装式桁梁新型钢枕桥面竖向荷载分配机制

吉林大学学报（工学版） 2023年第6期53卷 1669-1676,F0003页

作者：孙志星陈士通赵曼许宏伟陈哲心石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室石家庄050043 石家庄铁道大学安全工程与应急管理学院石家庄050043 石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 济南金曰公路工程有限公司济南250101

为解决拆装式桁梁既有桥面木枕储备量严重不足、制约其应急使用的问题,研发了一种新型钢枕桥面。为探明新型钢枕桥面用于拆装式桁梁时的竖向荷载分配机制,开展了4 m节段足尺试验及有限元仿真分析研究,在仿真和试验对比研究的基础上,基... 详细信息

为解决拆装式桁梁既有桥面木枕储备量严重不足、制约其应急使用的问题,研发了一种新型钢枕桥面。为探明新型钢枕桥面用于拆装式桁梁时的竖向荷载分配机制,开展了4 m节段足尺试验及有限元仿真分析研究,在仿真和试验对比研究的基础上,基于实桥有限元模型探讨了加载位置、钢轨刚度、弦杆刚度、钢枕刚度、桁梁竖向刚度等因素对竖向荷载分配的影响规律。结果表明:竖向荷载在钢枕上的实际分布范围较理论计算值大;位于弦杆节点位置的钢枕较位于节间位置的钢枕所承受的荷载比例要大,且支撑刚度越大,所分担的荷载比例越大;单枕荷载极值占比随钢轨刚度的增大而减小,随钢枕刚度的增大而增大,而与桥跨结构竖向刚度关系很小;桁架梁弦杆刚度增大会减弱加载位置对单枕荷载极值占比的影响。新型钢枕可适用于拆装式桁梁对我国铁路常用钢轨线路中16~32 m跨桥梁进行抢通等应急使用的桥面,为拆装式桁梁的抢修抢险提供基础设施保障,并可提高抢通速度。

关键词：防灾减灾工程钢枕明桥面荷载分配拆装式桁梁

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