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轨道斜拉桥合理索力优化方法研究

轨道斜拉桥合理索力优化方法研究

作者：丁永宏重庆交通大学

学位级别：硕士

目前,为了解决城市交通问题,城市轨道交通作为一种新型的城市交通形式不断被采用,它的代表是城市地铁、城市轻轨、和城市快速铁路。轨道交通在我国的起步比较晚,随着轨道交通的发展,斜拉桥逐渐被应用到轨道交通中,2006年,我国第一座轨... 详细信息

目前,为了解决城市交通问题,城市轨道交通作为一种新型的城市交通形式不断被采用,它的代表是城市地铁、城市轻轨、和城市快速铁路。轨道交通在我国的起步比较晚,随着轨道交通的发展,斜拉桥逐渐被应用到轨道交通中,2006年,我国第一座轨道交通斜拉桥在长春建成标志着我国轨道交通斜拉桥的开始;2014年通车的蔡家嘉陵江轨道桥是我国第一跨径的轨道专用斜拉桥;日前正在建设的有重庆轨道环线高家花园嘉陵江轨道专用斜拉桥。现阶段人们对轨道交通斜拉桥的研究比较少,为了满足列车的平稳运行,轨道交通对桥梁的线形要求比较高,而斜拉桥是柔性体系,随着跨径的增大,桥梁的挠度也会增加,斜拉桥的索力是可以调节的,通过对索力的调整,可以控制斜拉桥的线形,因此,斜拉桥的索力优化是中外学者一直研究的问题。本文以重庆市高家花园轨道斜拉桥为工程背景来研究斜拉桥的索力优化问题。本文的主要工作包括:①首先本文收集了已建成和正在建设的斜拉桥资料,介绍了目前国内外斜拉桥的发展现状,根据斜拉桥的结构体系和特点,用结构分析基本理论阐述斜拉桥的静力分析、动力分析、稳定性分析和非线性分析及结构计算问题;②其次介绍了斜拉桥的合理成桥状态确定的原则,索力优化的基本概念,确定合理成桥状态常用的方法(力平衡的方法、能量观点方法、综合优化方法),分析并对比了各种方法的优缺点和适用性;③目前人们对斜拉桥的索力优化问题还没有很好的解决方法,主要依靠经验的方法进行反复试算,最终找出一组合理的索力,这种方法过程复杂,计算量大,而且效率很低,而本文是在总结前人经验的基础上,以控制线形为目标进行索力优化,考虑到不同位置,主梁线形对索力变化的响应不同,提出不同控制点的权重不同,通过加权的方法进行人工干预,不同的加权系数得到的优化结果不同,所以研究的内容主要是确定出一组合理的权重系数,来达到快速调索的目的。针对本文的依托工程通过,本人通过三种方法确定出三种不同的权重系数,分别进行试算,通过对比确定出一组合理的权重系数。

关键词：轨道斜拉桥合理成桥状态权重系数索力优化

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大跨度高低塔轨道斜拉桥车桥振动特性研究

大跨度高低塔轨道斜拉桥车桥振动特性研究

作者：李轩重庆交通大学

学位级别：硕士

近年来随着桥梁建设关键技术的突破,大跨度轨道桥梁得到了迅猛发展。当常见的等高桥塔构造的斜拉桥受到外界因素限制时,采用合适跨径组合的高低塔斜拉桥便可以很好地适应地形且更加经济。然而,高低塔斜拉桥这类非对称的超静定结构会导... 详细信息

近年来随着桥梁建设关键技术的突破,大跨度轨道桥梁得到了迅猛发展。当常见的等高桥塔构造的斜拉桥受到外界因素限制时,采用合适跨径组合的高低塔斜拉桥便可以很好地适应地形且更加经济。然而,高低塔斜拉桥这类非对称的超静定结构会导致桥梁沿线路方向有较大的刚度不均匀性,引起线路的刚度附加不平顺。当地铁列车通过时,桥梁刚度变化引起的附加不平顺会加剧车体振动,威胁行车安全性。因此,为了保证大跨度高低塔轨道斜拉桥的行车舒适性,有必要对列车—高低塔斜拉桥系统动态特性,高低塔两侧结构响应差异性,以及桥梁结构关键参数对车桥系统动态影响展开研究,为同类型桥梁车桥耦合振动研究提供思路和借鉴及运营阶段提供一定的理论参考和建议。本文以世界最大跨轨道斜拉桥—重庆南纪门长江轨道专用桥为依托,基于线弹性理论,建立大跨度高低塔轨道斜拉桥的精细化空间力学模型,并基于优化算法桥梁模型进行非线性优化,使桥梁关键振型及频率更贴近实际工程结构;根据车桥动力相互作用理论,基于ANSYS APDL命令流,建立三维精细化地铁列车—高低塔轨道斜拉桥动力相互作用模型,并在此基础上研究大跨度高低塔轨道斜拉桥车桥系统动态特性。本文主要研究工作及结论如下:(1)通过优化算法对桥梁模型进行非线性优化,经过35次迭代优化分析,使桥梁关键振型及频率与实际工程结构差距大幅度缩小,够更准确地反映车桥系统振动特性。建议在开展大跨度桥梁研究时充分应用模型非线性修正技术,以提高研究结果的准确。(2)基于列车—高低塔轨道斜拉桥动力相互作用模型,对列车在不同行驶速度、不同列车编组形式、不同过桥方向工况下的车桥系统动力响应进行仿真模拟分析,探究了列车在不同行车模式下的车桥系统动态特性。(3)针对高低塔斜拉桥刚度非对称特性,研究了恒定车速下高低塔两侧桥梁结构动力响应差距,以及列车时速的变化对两侧结构响应差值的影响机制,剖析了在不同过桥方向下高低塔两侧动力响应差异的变化规律。研究结果表明:矮塔侧主梁结构的各项动力响应数据明显更大,且随着列车速度提高桥梁两侧响应差距也在递增;表明高低塔这类刚度非对称结构对车桥系统动态特性的影响非常显著且不可忽略,在设计及修建时需要格外注意!(4)研究了大桥在主梁竖向刚度、桥塔竖向刚度、二期荷载发生变化情况下,大跨高低塔斜拉桥车桥耦合系统动态响应的变化规律及趋势。结果表明:本文所研究的桥梁结构参数对列车响应都具有比较细微的影响,桥梁动力响应则对上述桥梁结构关键参数有着较高的敏感性。

关键词：轨道斜拉桥高低塔车桥动力相互作用优化理论刚度不平顺

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大跨轨道斜拉桥合理线形控制关键技术研究

大跨轨道斜拉桥合理线形控制关键技术研究

作者：陈增顺重庆交通大学

学位级别：硕士

随着轨道交通事业的迅速发展,用于轨道交通的大跨度轨道斜拉桥日趋增多。大跨径轨道斜拉桥合理线形是保证运营期行车舒适性、耐久性甚至安全性的重要方面。混凝土收缩徐变效应属于长期效应,车桥耦合效应属于短期效应,但无论哪种效应都... 详细信息

随着轨道交通事业的迅速发展,用于轨道交通的大跨度轨道斜拉桥日趋增多。大跨径轨道斜拉桥合理线形是保证运营期行车舒适性、耐久性甚至安全性的重要方面。混凝土收缩徐变效应属于长期效应,车桥耦合效应属于短期效应,但无论哪种效应都是影响轨道斜拉桥合理线形控制的重要因素,并且这两种效应至今未被完全掌握,桥梁合理线形控制方面也未形成统一的、明确的理论和规范。因此,本文重点对基于收缩徐变效应和车桥耦合效应的合理线形控制关键技术进行研究,通过研究旨在找到合理的收缩徐变模型,找到车桥耦合效应与线形控制的关系,找到合理的轨道桥梁合理线形控制方法,为今后同类桥梁线形控制方法的进一步研究及实桥应用提供一定的依据。本文研究的主要内容和结论包括：①在对混凝土收缩徐变效应各模型和计算方法阐述的基础上,结合实测环境湿度、实测环境温度和实际材料情况,得到了收缩徐变效应的合理预测模型(CEB-FIB90)和合适计算方法。通过大跨轨道斜拉桥混凝土收缩徐变效应的有限元模型计算和实测数据分析表明混凝土收缩徐变效应的实测值与模型预测值相差2cm以内,从而实现对采用的模型的分析与验证;②对列车-轨道-桥梁耦合作用的模型、相互作用、运动方程分析后,结合实桥的动载试验数据,对大跨轨道斜拉桥的动力响应及动力特性指标进行了分析。得到了主桥跨中处最大动位移和最大静位移之比,依据该比值得到了车桥耦合效应与预拱度设置(线形控制)之间的定量关系;③通过状态转移矩阵和预拱度的表达式得到了考虑混凝土收缩徐变和车桥耦合效应的卡尔曼滤波线形控制方法。采用MATLAB数学分析软件对实桥进行编程计算,得到了实桥线形控制的预测值。实桥预拱度和线形的计算值、实测值与预测值的对比分析表明基于混凝土收缩徐变和车桥耦合效应的卡尔曼滤波线形控制方法对大跨轨道斜拉桥合理线形控制效果良好;⑤完成了亚洲第一、世界第二大轨道斜拉桥合理线形控制的分析,验证了上述采用的收缩徐变模型的可靠性,分析了车桥耦合效应对线形控制的影响,分析和验证了考虑混凝土收缩徐变和车桥耦合效应的卡尔曼滤波线形控制方法。

关键词：轨道斜拉桥线形控制混凝土收缩徐变车桥耦合卡尔曼滤波

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基于内力包络理论的轨道斜拉桥安全评估技术

基于内力包络理论的轨道斜拉桥安全评估技术

作者：黄杉重庆交通大学

学位级别：硕士

由于斜拉桥具有跨越能力大、结构受力性能好、结构造型优美、抗震能力强等特点,在20世纪90年代后得到飞速发展。步入新世纪后,城市交通问题日益严峻,轨道交通以其运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点,使其成为... 详细信息

由于斜拉桥具有跨越能力大、结构受力性能好、结构造型优美、抗震能力强等特点,在20世纪90年代后得到飞速发展。步入新世纪后,城市交通问题日益严峻,轨道交通以其运量大、速度快、安全、准点、保护环境、节约能源和用地等特点,使其成为解决城市交通问题的最有效途径之一。伴随着轨道交通路线网络的大量修建及逐步完善,斜拉桥顺理成章的作为轨道交通的载体为人们出行提供更大的便利。正因为轨道斜拉桥结构和荷载的独特之处,使得针对它进行健康监测与安全评估显得尤为重要,突显了研究轨道斜拉桥安全评估技术的重大意义。作者在导师的悉心指导下,针对基于内力包络理论的轨道斜拉桥安全评估技术进行研究,并经近三年时间的努力,完成了相关研究工作。本文首先分析了桥梁健康监测与安全评估的背景、意义及国内外研究现状,发现目前国内外针对桥梁健康监测与安全评估的课题,采用多种方法进行探索与实践,但是受到城市轨道斜拉桥普及程度的影响,还有桥梁本身存在的不确定性因素,造成针对城市轨道斜拉桥的技术应用还不够成熟、不够完善的现状。然后提出一种适用于大型桥梁的监测模式,即建设-营运期全寿命健康监测模式,阐述了全寿命监测的概念和优势,介绍了建设-营运期全寿命监测无缝连接的工作模式,并以此为理论基础,以蔡家嘉陵江大桥为依托,对轨道斜拉桥建设期和营运期的传感器布置形式进行分析,确定最终的布置方案。接着,以主梁应力、主梁挠度、索塔位移、拉索索力为主要监测指标,分析了轨道斜拉桥的内力包络安全评估技术。同时,为获取真实可靠的实测信息,在阐述采用分类、排粗、平滑等方式对监测数据进行前期处理的基础上,提出了基于决策树的监测数据分类和预处理技术。最后,以重庆蔡家嘉陵江大桥为例,基于各项监测指标实测信息和分析包络区间,实现了基于内力包络的安全评估。结果表明该项评估技术是合理、可靠,值得推广应用的。论文研究成果可为今后轨道斜拉桥的长期健康监测与安全评估提供积极的借鉴作用。

关键词：内力包络轨道斜拉桥实测信息包络区间评估技术