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磁悬浮轨道梁均匀温度及温差分量极值研究

铁道科学与工程学报 2024年第6期21卷 2359-2370页

作者：戴公连罗泽江王芬何昌林张昂中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075

与一般公铁桥梁不同,磁悬浮轨道梁的温度场会受到周围磁场与功能件升温的影响。由于我国规范暂未对磁浮轨道梁均匀温度和温差分量的极值作出明确规定,研究具有概率保证的温度分量代表值具有重要意义。根据长沙磁浮运营线某混凝土箱梁1... 详细信息

与一般公铁桥梁不同,磁悬浮轨道梁的温度场会受到周围磁场与功能件升温的影响。由于我国规范暂未对磁浮轨道梁均匀温度和温差分量的极值作出明确规定,研究具有概率保证的温度分量代表值具有重要意义。根据长沙磁浮运营线某混凝土箱梁1年多的现场温度监测数据,分析梁体均匀温度与竖向等效线性温差的时变特征。研究分别采用单变量线性回归法(ULR法)和梯度提升回归树法(GBRT法)建立基于气象因素的结构温度分量预测模型,对比发现GBRT法不仅能提高均匀温度的预测精度,还能克服ULR法无法预测竖向等效线性温差的局限性。而后将1960—2019年的长期气象数据输入到建立好的GBRT预测模型中,得到磁浮箱梁各温度分量60年的长期预测值,经整理后得到均匀温度和竖向等效线性温差的日极值、年极值样本。结合最大熵极值模型和Fourier函数得到各温度分量的日极值时变曲线,对年极值样本建立最大熵模型并确定百年重现期下的温度分量代表值。研究结果表明:磁浮箱梁均匀温度呈现以年为周期的季节性变化,竖向等效线性温差受太阳辐射影响,呈夏季高、冬季低的特点;百年重现期下磁浮箱梁均匀温度和竖向等效线性温差的代表值分别为44.4℃、8.6℃。该方法结合GBRT算法和最大熵极值模型,解决了极值分析中年极值样本不足的问题,结果可为磁浮轨道梁的温度变形设计提供参考。

关键词：磁悬浮轨道梁现场试验均匀温度等效线性温差 GBRT算法最大熵模型极值分析

The Gift from Nature： Bio-Inspired Strategy for Developing Innovative Bridges

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Journal of Bionic Engineering 2013年第4期10卷 405-414页

作者： Nan Hu Peng Feng gonglian dai Department of Civil and Environmental Engineering Michigan State University East Lansing MI 48824 USA Department of Civil Engineering Tsinghua University Beijing 100084 P. R. China Department of Bridge Engineering Central South University Changsha 410075 P. R. China

Biology has been a brilliant teacher and a precious textbook to man-made construction for thousands of years, because it allows one to learn and be inspired by nature＇s remarkable and efficient structural systems. However, the emerging biomimetic studies have been of increasing interest for civil engineering design only in the past two decades. Bridge design is one of aspects on structural engineering of biomimeties that offers an enormous potential for inspiration in various aspects, such as the ge- ometry, structure, mechanism, energy use and the intelligence. Recently built bridges and design proposals in which biological systems have produced a range of inspiration are reviewed in this paper. Multidisciplinary cooperation is discussed for the implementation of bio-inspired methods in future design. A case study about using bio-inspired strategy is trying to present a problem-solving approach, yet further cooperation is still needed to utilize biomimetie studies for design inspiration. This paper aims to call a close multidisciplinary collaboration that promotes engineers to build more sustainable and smart structural systems for bridges in the 21 st century.

关键词： bionics bridges bio-inspired method conceptual design form-finding sustainability

Elastic-plastic seismic response of CRTS II slab ballastless track system on high-speed railway bridges

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Science China(Technological Sciences) 2017年第6期60卷 865-871页

作者： YAN Bin LIU Shi PU Hao dai gonglian CAI XiaoPei School of Civil Engineering Central South University China Coal Xi'an Design Engineering Co. Ltd. School of Civil Engineering Beijing Jiaotong University

China railways track structure II (CRTS II) slab ballastless track on bridge is one kind of track structures unique to China. Its main bearing component of longitudinal force is the continuous base plate rather than rail. And the track-bridge interaction is weakened by the sliding layer installed between base plate and bridge deck. In order to study the dynamic response of CRTS II slab ballastless track on bridge under seismic action, a 3D nonlinear dynamic model for simply-supported bridges and CRTS II track was established, which considered structures such as steel rail, fasteners, track plate, mortar layer, base plate, sliding layer, bridge, consolidation, anchors, stoppers, etc. Then its force and deformation features under different intensities of seismic excitation were studied. As revealed, the seismic response of the system increases with the increase of seismic intensity. The peak stresses of rail, track plate and base plate all occur at the abutment or anchors. Both track plate and base plate are about to crack. Besides, the rapid relative displacement between base plate and bridge deck due to the small friction coefficient of sliding layer is beneficial to improve the seismic performance of the system. During the earthquake, a large vertical displacement appears in base plate which leads to frequent collisions between stoppers and base plate, as a result, stoppers may be damaged.

关键词： railway engineering simply supported beam ballastless track seismic response elastic-plastic collision finite element analysis

State-of-the-art review of the development and application of bridge rotation construction methods in China

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Science China(Technological Sciences) 2021年第6期64卷 1137-1152页

作者： SU Miao WANG Jun PENG Hui CAI CS dai gonglian School of Civil Engineering Changsha University of Science and TechnologyChangsha 410114China Department of Civil and Environmental Engineering University of CaliforniaBerkeleyCA 94720USA Department of Civil and Environmental Engineering Louisiana State UniversityBaton RougeLA 70803USA School of Civil Engineering Central South UniversityChangsha 410075China

This work provides a comprehensive review of the development and applications of bridge rotation construction methods(BRMs) and related critical construction technologies in China. A brief history of BRMs and an outline of their categories,including the rotating structural system, are given first. Subsequently, a discussion on the recent practice of BRMs in China is carried out from three types of bridges:(1) continuous beam and rigid frame bridges;(2) arch bridges;(3) cable-stayed *** each group, a survey of the vital bridge cases that have adopted BRMs in China in the past two decades is provided. Key parameters, including the structure weight of rotation, maximum cantilever span, and rotation duration, are also compared and discussed. Afterward, the principles and applications of the weighing test and the spherical hinge stability, which are both related to the safety of the horizontal rotation construction process, are analyzed in the paper. Additionally, the limitations of BRMs are presented and discussed, and the article concludes with a summary of the current use and future trend of BRMs. The information and experience of BRMs provided in this work can be referenced by engineers and researchers who are devoted to the construction of bridges.

关键词： bridge engineering traffic engineering swing method vertical rotation weighting test spherical hinge

一种新支点横隔板设置下的斜交连续钢箱梁桥受力特性分析

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第7期47卷 2398-2405页

作者：戴公连粟淼中南大学土木工程学院湖南长沙410075 高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075

为简化斜交连续钢箱梁桥在中间墩处结构构造,方便工厂标准化制造,通过将中墩支座支承在独立的横隔板上,提出一种新型支点横隔板设置方式。以某(30+35)m跨线斜交连续钢箱梁为工程背景,建立梁-墩-桩一体化混合有限单元模型和全桥板单元有... 详细信息

为简化斜交连续钢箱梁桥在中间墩处结构构造,方便工厂标准化制造,通过将中墩支座支承在独立的横隔板上,提出一种新型支点横隔板设置方式。以某(30+35)m跨线斜交连续钢箱梁为工程背景,建立梁-墩-桩一体化混合有限单元模型和全桥板单元有限元模型,系统分析恒载、竖向活载、温度、基础沉降、地震荷载以及车辆荷载作用下结构受力特性以及支座反力传递规律,并探讨结构的扭转刚度。研究结果表明:所提出的新支点横隔板设置方式满足结构受力要求,可为类似桥梁的设计提供参考;新设计下结构支座反力、弯矩、挠度和桥墩支点位移时程以及扭转刚度等整体受力特性与原设计的基本相同;新设计和原设计中,结构纵梁分担的荷载一致,可作为于支点横隔板的弹性支承;在车辆荷载作用下,结构中支点位置局部等效应力在35 MPa以内,且新设计结构支点横隔板局部应力集中程度比原设计的小。

关键词：桥梁工程横隔板布置方式斜梁桥钢箱梁桥连续梁有限元模型

大跨度铁路连续梁拱组合桥地震响应及减震特性

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华中科技大学学报（自然科学版） 2015年第7期43卷 19-23页

作者：戴公连汪禹中南大学土木工程学院湖南长沙410075

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... 详细信息

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%.

关键词：铁路桥梁梁拱组合桥地震响应高阶振型行波效应速度锁定装置

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基于半解析有限元法的钢轨导波适用模态研究

铁道工程学报 2020年第1期37卷 18-24页

作者：戴公连葛浩中南大学长沙410075

研究目的:为选择出适用于钢轨导波无损检测的优势模态,采用半解析有限元法并基于哈密顿原理建立钢轨导波传播的控制方程,求解0~100 k Hz频率范围内的钢轨导波频散特性曲线。通过建立有限元模型对钢轨低频范围内的振动模态进行分析,验证... 详细信息

研究目的:为选择出适用于钢轨导波无损检测的优势模态,采用半解析有限元法并基于哈密顿原理建立钢轨导波传播的控制方程,求解0~100 k Hz频率范围内的钢轨导波频散特性曲线。通过建立有限元模型对钢轨低频范围内的振动模态进行分析,验证半解析有限元法的准确性。在此基础上,提出将有限元法与半解析有限元法相结合的方法,用以分类并追踪钢轨理想导波模态,并根据相应的振型对理想模态导波进行激励和验证。研究结论:(1)随着频率的增大,钢轨导波振动模态数目迅速增加,但频散效应呈减小趋势;(2)对于钢轨基本振动模态,其横截面变形由整体变形逐渐演化为局部变形,其中扭转振动模态适用于轨腰检测,横向弯曲振动模态及竖向弯曲振动模态适用于轨底缺陷的检测;(3)在理想导波模态最大变形位置处施加激励荷载可以成功地激励出理想的导波;(4)本研究结果可为导波传感器设计与优化以及检测试验提供理论参考。

关键词：导波检测钢轨半解析有限元法频散特性理想模态

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桥上纵连板式无砟轨道初始状态特征统计分析

铁道工程学报 2020年第9期37卷 1-6页

作者：戴公连葛浩中南大学长沙410075

研究目的:目前,关于纵连板式无砟轨道可靠度的研究均基于假设的经验分布模型。为了探究依据实测数据统计分析纵连板式无砟轨道结构性能和状态的随机分布特征,本文依托肖家河特大桥工程实例,对华中地区简支梁桥上的轨道板、底座板及宽窄... 详细信息

研究目的:目前,关于纵连板式无砟轨道可靠度的研究均基于假设的经验分布模型。为了探究依据实测数据统计分析纵连板式无砟轨道结构性能和状态的随机分布特征,本文依托肖家河特大桥工程实例,对华中地区简支梁桥上的轨道板、底座板及宽窄接缝强度大小和开裂情况进行现场测量和统计。研究结论:(1)现场无砟轨道结构强度大小近似呈高斯分布,其中,轨道板强度概率密度函数服从均值为54.56 MPa、方差为0.98的正态分布,底座板强度概率密度函数近似服从均值为36.58 MPa、方差为2.15的正态分布,相比现浇混凝土底座板,预制轨道板强度更接近于理论值,且离散性相对较小;(2)宽窄接缝强度概率密度函数近似服从均值为45.44 MPa、方差为1.52的正态分布,现场宽窄接缝的强度难以达到理论设计强度,为防止后期宽窄接缝开裂和破损,建议改进宽窄接缝施工技术或增加宽窄接缝混凝土标号;(3)曲线梁上,底座板超高侧裂缝宽度大小概率密度函数近似服从均值为0.11 mm、方差为0.07的正态分布,非超高侧裂缝宽度大小近似服从均值为0.07 mm、方差为0.04的正态分布,底座板超高侧裂缝数量及宽度大小均大于其非超高侧裂缝数量及宽度大小,桥上底座板早期裂缝数量及宽度大小均与距梁端距离无关;(4)本研究成果可为无砟轨道系统设计计算和可靠度安全分析提供参考。

关键词：高速铁路纵连无砟轨道强度裂缝特征统计

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预应力混凝土槽型梁日照温度荷载模式研究

中国科学：技术科学 2016年第3期46卷 286-292页

作者：薛嵩戴公连闫斌天津市市政工程设计研究院天津300051 中南大学土木工程学院长沙410075

为研究日照作用下槽型梁的温差分布模式,以沪昆客专上某预应力混凝土槽型截面独塔斜拉桥为例,推导了结构自身遮挡下任意斜面上阴影长度的计算方法,建立了考虑大气环境参数、桥梁方位和走向,以及箱室遮挡作用的槽型梁热力学仿真模型,分... 详细信息

为研究日照作用下槽型梁的温差分布模式,以沪昆客专上某预应力混凝土槽型截面独塔斜拉桥为例,推导了结构自身遮挡下任意斜面上阴影长度的计算方法,建立了考虑大气环境参数、桥梁方位和走向,以及箱室遮挡作用的槽型梁热力学仿真模型,分析日照作用下槽型梁截面上的温差荷载模式.研究表明:槽型梁腹板受太阳直接辐射,而底板受到箱室遮挡,导致槽型梁内温度分布较为复杂,现行规范中的温差荷载模式并不适用于槽型梁;以应力等效为原则提出槽型梁的温差荷载模式:槽型梁箱室上缘最大温差20℃,向下至腹板内符合指数函数分布;下缘最大温差2.5℃,在0.2 m范围内线性变化至0℃.

关键词：桥梁工程日照温差阴影长度槽型梁温差模式