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大跨山区铁路悬索桥钢桁梁智能吊装系统研究

铁道工程学报 2024年第3期41卷 52-58页

作者：毛伟琦李小珍王翔西南交通大学成都610031 桥梁智能与绿色建造全国重点实验室武汉430034

研究目的:艰险山区峡谷地区一般场地狭小且施工条件较为恶劣,为解决山区峡谷地区重型钢桁梁架设装配对接难度大、主缆线形控制困难、架设施工时间长、安全隐患多等难题,本文以丽香铁路金沙江特大桥钢桁梁架设工程为依托,针对重型钢桁梁... 详细信息

研究目的:艰险山区峡谷地区一般场地狭小且施工条件较为恶劣,为解决山区峡谷地区重型钢桁梁架设装配对接难度大、主缆线形控制困难、架设施工时间长、安全隐患多等难题,本文以丽香铁路金沙江特大桥钢桁梁架设工程为依托,针对重型钢桁梁架设中的共性难题,研发了大跨山区铁路悬索桥钢桁梁智能吊装系统,该系统通过物联网和云计算相关技术,将钢桁梁架设中关键要素和工艺信息数字化,通过科学的传感采集、数据分析、反馈控制等流程环节,以期将钢桁梁架设过程转换为精准受控的自动化作业,节约项目成本,保障项目安全,提高施工效率。研究结论:(1)本文研发的钢桁梁智能吊装系统针对山区重型钢桁梁的架设提供了一套较为可行的系统解决方案,经过工程实施后验证是可行的,能够满足施工的需求,解决了山区峡谷复杂环境下悬索桥重型钢桁梁架设拼接的难题,相比于传统模式实现了使用上和操作上的便捷性,能够大幅度提高施工效率;(2)经过工程验证和实施,研发的钢桁梁智能吊装系统可以实现测控精度厘米级,反馈控制时间响应速度秒级,实现了平均4.5 h完成双节段重型钢桁梁的架设工作,整个架设过程控制双节段钢桁梁横桥向摇摆倾角在1.23°以下,顺桥向摇摆倾角在1.51°以下,缆塔偏位在5 cm以下,吊具中心转角均满足在±1.5°以内的要求;(3)采用基于物联网和云计算技术的钢桁梁智能吊装系统,可以实现数字化钢桁梁架设施工作业,形成了一整套可推广的原创技术成果,可为今后类似大吨位钢桁梁等结构施工提供宝贵经验,在山区和大吨位钢梁架设施工中具有广泛的推广前景。

关键词：铁路悬索桥钢桁梁架设施工智能监控与吊装研发工程应用

复合空间索对大跨度铁路悬索桥横向刚度影响的研究

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振动与冲击 2024年第11期43卷 148-154,164页

作者：向活跃陶宇汪镇钟进坤李永乐西南交通大学桥梁智能与绿色建造全国重点实验室成都611756 西南交通大学桥梁工程系成都610031

为提升大跨度铁路悬索桥的横向刚度,提出一种由主、副斜拉索组成的复合空间索结构。然后,基于材料有效利用率和静力分析,对复合空间索的直径、主斜拉索在加劲梁和地表的锚点位置、副斜拉索的数量等参数进行了优化。最后,采用风-车-桥耦... 详细信息

为提升大跨度铁路悬索桥的横向刚度,提出一种由主、副斜拉索组成的复合空间索结构。然后,基于材料有效利用率和静力分析,对复合空间索的直径、主斜拉索在加劲梁和地表的锚点位置、副斜拉索的数量等参数进行了优化。最后,采用风-车-桥耦合振动分析法,基于行车性能得到了桥梁横向挠跨比限值,分析了主、副斜拉索对横向挠跨比限值提升率的影响。结果表明:基于材料有效利用率,主斜拉索与加劲梁的锚点位置宜设在1/4主跨附近,且主斜拉索的地表锚点、加劲梁锚点与桥塔的垂直距离相等时最优,每组复合空间索中副斜拉索设置1根即可;在复合空间索的最优布置形式下,桥梁横向挠跨比可降低14.18%,横向挠跨比限值可提升16.79%。

关键词：复合空间索铁路悬索桥风-车-桥系统横向挠跨比横向挠跨比限值

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铁路悬索桥大吨位隧道锚承载性能分析

铁道学报 2013年第8期35卷 88-93页

作者：江南冯君西南交通大学土木工程学院四川成都610031

丽香铁路金沙江大桥是我国首座采用大吨位隧道式锚碇的铁路悬索桥。本文采用三维弹塑性有限元方法对隧道锚的变形机理、承载能力以及围岩稳定状态进行分析。研究结果表明:在正常缆力作用下,锚碇体及周围岩体的位移均处于毫米量级,远小... 详细信息

丽香铁路金沙江大桥是我国首座采用大吨位隧道式锚碇的铁路悬索桥。本文采用三维弹塑性有限元方法对隧道锚的变形机理、承载能力以及围岩稳定状态进行分析。研究结果表明:在正常缆力作用下,锚碇体及周围岩体的位移均处于毫米量级,远小于悬索桥塔顶允许位移;锚碇体整体表现为以前底板为支点,锚碇体后部向上转动和整体向前滑移的变形模式;锚碇体及围岩绝大部分处于三向受压状态,只是在锚碇底端与下部围岩的接触部分,以及顶拱与边墙交界处局部范围内存在拉应力,建议在这些部位采取措施重点加强;基于超载极限分析法计算得到锚碇体的整体抗滑安全系数在9以上。有限元分析结果为铁路悬索桥隧道锚的优化设计提供了理论依据。

关键词：隧道式锚碇铁路悬索桥数值极限分析变形机理

铁路悬索桥设计活载模式与结构合理刚度标准研究

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铁道建筑 2020年第12期60卷 1-4页

作者：辛杰中国国家铁路集团有限公司建设管理部北京100084

以连镇铁路五峰山长江大桥和丽香铁路金沙江大桥2座铁路悬索桥为研究对象,从实际列车的加载长度、开行间隔、车桥耦合振动响应进行分析,结合理论计算初步确定大跨度悬索桥合理的活载模式和刚度指标。结果表明,大跨度铁路悬索桥活载模式... 详细信息

以连镇铁路五峰山长江大桥和丽香铁路金沙江大桥2座铁路悬索桥为研究对象,从实际列车的加载长度、开行间隔、车桥耦合振动响应进行分析,结合理论计算初步确定大跨度悬索桥合理的活载模式和刚度指标。结果表明,大跨度铁路悬索桥活载模式应考虑线路的设计运能、牵引能力、到发线长度等因素,合理确定活载模式。对于高速铁路超大跨度桥梁,只开行动车组时,列车荷载图式加载长度建议取450 m,同时开行普通客运列车时,列车荷载图式加载长度建议取550 m。结构的竖向挠跨比、横向挠跨比可结合车桥耦合动力分析、轨道几何形位分析等方面确定一个合理的刚度标准。

关键词：公铁两用桥铁路悬索桥活载模式刚度内力

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铁路悬索桥成桥线形精细化计算

铁路悬索桥成桥线形精细化计算

作者：李建西南交通大学

学位级别：硕士

近些年来，伴随着战略需要以及技术水平的提高，铁路悬索桥得到了蓬勃的发展。施工期线形变化大、桥面线形平顺性要求高等问题对铁路悬索桥的施工计算精度提出了更高的要求。除此之外，铁路悬索桥主缆具有更大的径跨比，索夹抗滑需要导... 详细信息

近些年来，伴随着战略需要以及技术水平的提高，铁路悬索桥得到了蓬勃的发展。施工期线形变化大、桥面线形平顺性要求高等问题对铁路悬索桥的施工计算精度提出了更高的要求。除此之外，铁路悬索桥主缆具有更大的径跨比，索夹抗滑需要导致了更长大的索夹，这使得铁路悬索桥在主缆抗弯刚度和索夹影响两方面因素上产生了更大的计算误差，有必要对铁路悬索桥成桥线形展开更精细化的计算。　　（1）基于可伸长大变形曲梁理论，推导劲性索主缆大变形理论。引入线形二阶导近似曲率简化，推导不同边界条件劲性索小变形理论线形及计算误差解析表达式。基于杆-梁组合单元给出劲性索主缆的有限元模拟方式。以一个劲性索主缆算例，对比大变形理论、小变形理论以及有限元方法计算结果，分析劲性索的变形受力特征，并验证以杆-梁组合单元模拟劲性索的适用性。针对劲性索线形计算误差受边界条件影响大的特点，提出一种精细化的劲性索主缆边界有限元模拟方式;（2）以文献调研的方式分析索夹的分布传力形式，然后从等效节点力的概念出发，提出一种基于ANSYS软件RBE3单元的索夹分布传力有限元模拟方式。从主缆各点竖向位移影响线出发，结合索的等代梁理论，推导索夹分布传力产生的线形误差估算公式。结合索夹主缆接触有限元实体模型，推导索夹内主缆轴力表达式，以轴向伸长相等为原则，给出等效主缆面积模拟索夹对主缆轴向伸长的折减作用。考虑主缆、索夹螺杆的蠕变松弛作用，分析索夹轴向约束行为引起的桥面线形误差的长期变化;（3）提出一种精细化的铁路悬索桥成桥线形分析模型，用于考虑主缆抗弯刚度及索夹对成桥线形的影响。分别建立三座不同跨度铁路悬索桥的精细化计算模型，分析两方面因素引起的成桥状态计算误差形态和组成;（4）以大渡河桥、怒江桥和色曲桥为研究对象，分析主缆弹模取值误差、主缆温度测量误差、主缆面积制造误差、加劲梁重量制造误差、二期恒载施工误差及吊索长度制造误差等因素对成桥线形、成桥塔偏及吊索力的影响;（5）建立铁路悬索桥成桥线形功能函数，拟定主缆直径、主缆弹模、主缆跨度、加劲梁重量、二期恒载及吊索无应力长度六个随机变量概率分布模型。以响应面方法得到功能函数的近似表达式，采用验算点法、蒙特卡洛法等方法计算成桥线形可靠度，并分析各方法的优点。对比传统模型和精细化模型得到的成桥线形可靠度计算结果，分析主缆抗弯刚度和索夹对成桥线形可靠度产生的影响。

关键词：铁路悬索桥成桥线形主缆抗弯刚度索夹分布传力

设计荷载作用下大跨度铁路悬索桥的梁端变位特征

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铁道建筑 2019年第1期59卷 14-19页

作者：郭辉苏朋飞赵欣欣刘晓光乐思韬中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所北京100081 高速铁路轨道技术国家重点实验室北京100081

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为... 详细信息

以连(云港)镇(江)铁路五峰山长江大桥为工程背景,基于有限元分析,研究该桥在基础不均匀沉降、温度荷载、风荷载、竖向活载及制动力作用下的梁端变位特征及荷载组合效应。结果表明:梁端纵向位移主要影响因素为温度荷载和竖向活载,其次为纵向风荷载、基础沉降和列车制动力;梁端竖向转角受竖向活载和基础不均匀沉降影响最大;横向极限风荷载和温度荷载对梁端横向位移和转角存在一定影响;主、引桥之间的横向位移差引起梁端横向折角。除考虑梁端纵向位移和竖向转角外,铁路悬索桥在设计时也应关注梁端横向位移和横向折角,可通过结构约束体系、端横梁局部合理设计及主、引桥支座位置优化等措施满足梁端空间变位要求,从而为大位移梁端伸缩装置的设计和梁端区域行车的安全平稳提供有利条件。

关键词：铁路悬索桥梁端变位设计荷载横向位移横向折角结构约束体系

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

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建筑科学与工程学报 2014年第3期31卷 32-37页

作者：李永乐王云飞周昱何庭国西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中国中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置... 详细信息

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828m的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明:设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。

关键词：辅助墩铁路悬索桥地震响应车-桥耦合振动动力响应

复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险因素及管控研究

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复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险因素及管控研究

作者：尹洋中南大学

学位级别：硕士

复杂艰险地区因其恶劣气候、复杂地势、极端地质、脆弱生态等问题,对铁路桥梁工程建设造成了极大的阻碍。本文针对复杂艰险地区铁路悬索桥建设过程中存在着迫切的技术研发和技术风险管控需求,识别技术风险因素及潜在隐患,明晰技术风险... 详细信息

复杂艰险地区因其恶劣气候、复杂地势、极端地质、脆弱生态等问题,对铁路桥梁工程建设造成了极大的阻碍。本文针对复杂艰险地区铁路悬索桥建设过程中存在着迫切的技术研发和技术风险管控需求,识别技术风险因素及潜在隐患,明晰技术风险因素及隐患间关系,分析技术风险发生机理,提出技术风险管控机制与管控措施。主要开展以下研究工作:(1)基于文献检索、资料分析、专家访谈等方法,识别了复杂艰险地区铁路悬索桥建设关键技术及技术风险因素;基于识别结果和问卷调查结果,构建了复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险解释结构模型,并对因素及潜在隐患间相互关系进行了分析。(2)基于技术风险解释结构模型,建立了以铁路悬索桥建设技术风险因素及潜在隐患为节点的贝叶斯网络结构;考虑各节点属性及特征,结合专家经验,计算了根节点的先验概率和非根节点的条件概率,构建了铁路悬索桥建设技术风险贝叶斯网络模型,通过对模型进行分析,明晰了技术风险发生机理和关键风险链;基于铁路悬索桥建设技术风险因素间的强耦合性特征,分析了技术风险因素的耦合机理,应用N-K模型对各因素组合的耦合效应进行了度量,识别了耦合效应较强的技术风险因素组合。(3)借鉴双重预防机制风险管控思想,提出了复杂艰险地区铁路悬索桥建设技术风险管控机制和管控措施。技术风险管控机制包括技术风险解耦和建设技术管理两个维度,技术风险管控措施包括建设技术比选、施工组织设计、施工过程管控、技术风险监测和建设技术优化五个方面。研究成果为复杂艰险地区铁路桥梁工程建设技术风险管控提供了理论指导和方法借鉴。图26幅,表34个,参考文献115篇

关键词：复杂艰险地区铁路悬索桥技术风险解释结构模型贝叶斯网络 N-K模型

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列车制动下铁路悬索桥梁轨动力相互作用研究

列车制动下铁路悬索桥梁轨动力相互作用研究

作者：张锐中南大学

学位级别：硕士

本文以我国首座铁路悬索桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立了悬索桥梁轨一体化动力分析模型,主要在静力和动力分析下研究了列车制动下铁路悬索桥梁轨相互作用响应,探究了加载长度、加载位置、制动力率对梁轨静力相互作用的影响,制... 详细信息

本文以我国首座铁路悬索桥为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立了悬索桥梁轨一体化动力分析模型,主要在静力和动力分析下研究了列车制动下铁路悬索桥梁轨相互作用响应,探究了加载长度、加载位置、制动力率对梁轨静力相互作用的影响,制动停车位置、行车方向、制动初速度以及钢轨伸缩调节器、粘滞阻尼器对梁轨动力相互作用的影响。主要的研究内容和相关结论如下:(1)总结归纳梁轨相互作用相关理论研究,建立了铁路悬索桥梁轨一体化模型。为确保所建立模型满足悬索桥以及后续梁轨相互作用研究分析的基本要求,对所建立的模型进行了悬索桥成桥状态以及梁轨相互作用模型验证分析。研究结果表明所建立的模型符合悬索桥建模相关要求,可用于后续分析梁轨相互作用静力、动力响应。(2)基于建立的梁轨一体化分析模型,将列车制动力作为静力荷载考虑,分析了加载长度、加载位置以及制动力率对仅制动、仅挠曲和制动+挠曲三种工况下梁轨相互作用的影响,并对三种加载工况下的梁轨相互作用进行对比分析以研究三者之间的联系。研究结果表明,加载长度、加载位置对三种加载工况均会产生一定的影响,制动力率对仅制动和制动+挠曲工况在不同加载位置产生不同的影响。由于挠曲力的存在,制动+挠曲工况在不同制动力率下的梁轨相互作用分布规律与仅制动下存在较大差别。在不同加载长度下,制动+挠曲工况在不同范围内的分布规律与仅制动、仅挠曲存在联系与区别。同理,在不同加载位置处,制动+挠曲工况在不同范围内的分布规律与仅制动、仅挠曲基本一致。(3)依据CRH2型动车组列车制动基本原理,运用MATLAB计算其列车制动力时程曲线;结合ANSYS中的模态分析确定结构阻尼,运用瞬态动力学分析法将列车制动力视作动力施加于结构上,从而分析研究在仅制动、制动+挠曲工况下的梁轨相互作用动力响应并进行动静对比分析,同时探究部分桥梁结构在该制动过程中所发生的行为响应。具体的研究结果如下:在仅制动、制动+挠曲工况下,其梁轨相互作用的动力放大系数均大于1。因此,在实际情况中,应具体分析整个制动过程,将其在动力学范畴内进行研究。在该制动过程中,梁端位移、塔顶纵向位移以及塔底剪力三种结构行为变化规律与制动力时程曲线保持相同的趋势,均在30.4s(制动力突然消失的时刻)发生突变。(4)从列车自身与桥梁结构两方面探究了列车制动停车位置、行车方向、制动初速度以及钢轨伸缩调节器(REJ)、粘滞阻尼器(NVD)对列车制动下铁路悬索桥梁轨动力相互作用的影响并进行动静对比分析。研究结果表明:在北桥塔、跨中、南桥塔三处不同制动停车位置处,在跨中处停车所产生的动力响应最大,在主桥范围内动力分析的响应更加明显。与行车方向为镇江南侧相比,沿连云港北侧方向的梁轨相互作用效应更加不利;同时在沿连云港北侧方向,梁轨相互作用动力放大系数均大于1。不同制动初速度下,初速度越大,其产生的梁轨相互作用越不利。当在桥上设置REJ时,桥梁结构对纵向位移响应更加明显;对于未设置REJ来说,最大梁轨纵向相对位移的动力放大系数分别为2.11、2.33。当未设置NVD时,桥上的钢轨附加应力、梁轨纵向相对位移明显增大;动静对比分析下该工况的钢轨附加应力、梁轨纵向相对位移动力放大系数均大于1。因此,在研究分析不同因素对铁路悬索桥梁轨相互作用响应的影响时,应关注动力分析下各种因素的影响。图99幅,表64个,参考文献113篇

关键词：铁路悬索桥梁轨相互作用列车制动力时程曲线瞬态动力学分析对比分析