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基于试验数据和位移置信准则的铁路斜拉桥多目标模型修正

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铁道学报 2023年第6期45卷 151-160页

作者：秦世强袁永刚韩硕李世伟武汉理工大学土木工程与建筑学院湖北武汉430070 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063 中铁二十三局集团有限公司四川成都610072

提出一种具有相似比例的位移置信准则(DACSP),其与中性轴位置、自振频率联合构建新的目标函数,修正赣江大桥的初始有限元模型。给出DACSP的定义与中性轴位置的计算图示;分别构建传统目标函数与新目标函数,利用NSGA-Ⅱ在修正参数的设计... 详细信息

提出一种具有相似比例的位移置信准则(DACSP),其与中性轴位置、自振频率联合构建新的目标函数,修正赣江大桥的初始有限元模型。给出DACSP的定义与中性轴位置的计算图示;分别构建传统目标函数与新目标函数,利用NSGA-Ⅱ在修正参数的设计空间内寻找目标函数的协调最优解,对比分析两种目标函数的修正效果。结果表明:相较于传统目标函数,新目标函数的修正效果更好,且物理意义明确;采用新目标函数进行模型修正后,各工况下桥梁变形和应力的计算值与实测值吻合良好,频率的相对误差控制在10%以内。

关键词：铁路斜拉桥模型修正 DACSP Kriging模型 NSGA-Ⅱ Pareto

超250m级高塔铁路斜拉桥减隔震设计参数影响分析

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铁道科学与工程学报 2022年第7期19卷 1963-1976页

作者：董俊曾永平张金黄树强宋晓东四川建筑职业技术学院四川德阳618000 中铁二院工程集团有限责任公司四川成都610031

为了研究西南山区超250 m级高塔大跨铁路斜拉桥抗震约束体系,获得大桥减隔震关键设计参数合理取值范围,以跨径布置(70+208+500+208+70)m的双线铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元分析方法,研究大桥地震响应特征,分析塔梁处设置不同... 详细信息

为了研究西南山区超250 m级高塔大跨铁路斜拉桥抗震约束体系,获得大桥减隔震关键设计参数合理取值范围,以跨径布置(70+208+500+208+70)m的双线铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元分析方法,研究大桥地震响应特征,分析塔梁处设置不同纵向弹性刚度时大桥动力特性和结构地震响应规律,探讨黏滞阻尼器设计参数对大桥各关键构件地震响应的影响规律。研究结果表明:这类超250 m级高塔铁路斜拉桥设置黏滞阻尼器是十分有必要的。在塔梁、墩梁位置处同时设置黏滞阻尼器可以有效控制超250 m级高塔铁路斜拉桥的梁端位移,明显改善超高塔自身的地震力分布情况。研究得到的大桥地震响应随黏滞阻尼器设计参数的变化规律,以及适用于超高塔铁路斜拉桥的合理阻尼器设计参数,可为今后类似工程提供参考依据。

关键词：桥梁工程超高桥塔铁路斜拉桥抗震性能设计参数

大跨度铁路钢箱梁斜拉桥对接式无肋锚拉板疲劳试验研究

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铁道学报 2021年第5期43卷 160-168页

作者：施洲周凯旋张晓江蒲黔辉西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁设计院湖北武汉430063

锚拉板索梁锚固结构具有构造简单、传力明确、维护方便等优点,但在铁路斜拉桥中应用极少。针对新型铁路斜拉桥对接式无肋锚拉板,开展其受力仿真分析,以应力等效准则设计出足尺疲劳试验模型,并实施300万次疲劳试验。研究表明:疲劳索力幅... 详细信息

锚拉板索梁锚固结构具有构造简单、传力明确、维护方便等优点,但在铁路斜拉桥中应用极少。针对新型铁路斜拉桥对接式无肋锚拉板,开展其受力仿真分析,以应力等效准则设计出足尺疲劳试验模型,并实施300万次疲劳试验。研究表明:疲劳索力幅下疲劳应力基本在50 MPa以内,量值不高;锚筒焊缝、锚板开孔处、锚板对接焊缝两端为主要疲劳敏感区域。疲劳实测应力值与理论值相符良好。在设计寿命等效的200万次疲劳后测点应力基本无变化;试验后未见表面疲劳裂纹,疲劳敏感区解剖试验显示对接焊缝两端内部存在微小焊接缺陷及疲劳裂缝,未见其他内部裂缝。焊接残余应力及微小缺陷是疲劳开裂的主要影响因素,结构总体疲劳性能良好。

关键词：铁路斜拉桥锚拉板对接焊缝疲劳试验

基于精细有限元法的车致大跨度斜拉桥整体及局部振动研究

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湖南大学学报（自然科学版） 2018年第1期45卷 9-18页

作者：朱志辉徐智伟程玉莹王力东蔡成标中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学高速铁路建造技术国家工程实验室湖南长沙410075 西南交通大学牵引动力国家重点实验室四川成都610031

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮... 详细信息

为研究列车-大跨度板桁结构斜拉桥耦合振动引起的整体与局部振动响应问题,提出了基于车-桥耦合动力学的数值分析方法.首先建立桥梁结构精细化三维有限元模型,并由直接刚度法建立桥梁子系统动力方程;列车采用31自由度刚体动力学模型,轮轨之间分别采用赫兹非线性接触模型和非线性蠕滑力模型计算法向力和蠕滑力;利用自主开发软件TRBF-DYNA开展车-桥耦合系统加速度、动位移以及动应力分析.以主跨406m的三塔斜拉桥荆岳铁路洞庭湖大桥为研究对象,开展了不同行车线路、不同车速以及不同轨道不平顺条件下的耦合系统动力响应分析,研究了桥梁整体和局部动力响应,以及列车运行安全性指标和乘坐舒适性指标的变化规律.结果表明:正交异性钢桥面板的局部动力响应远大于钢桁架主梁;大跨度斜拉桥的动力系数较小,受车速和轨道不平顺谱的影响较小;钢桁架主梁下弦杆和腹杆处于高周疲劳应力工作状态,在疲劳性能研究中需要特别关注;设计速度条件下,桥梁动力响应指标以及列车运行安全性和舒适性指标均满足规范要求.

关键词：车-桥耦合振动铁路斜拉桥有限单元法轮轨接触动力响应

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基于拉索疲劳的铁路斜拉桥合理重量研究

铁道建筑 2022年第2期62卷 5-8页

作者：赵会东中国国家铁路集团工程设计鉴定中心北京100844

基于斜拉索的容许疲劳强度和容许应力匹配的原则提出了铁路斜拉桥理论最小恒活载比的计算方法,并以此为基础得到了铁路斜拉桥的理论最小重量。双线铁路斜拉桥对应于高速铁路、客货共线铁路、重载铁路的理论最小重量分别在24.3~32.2、33.... 详细信息

基于斜拉索的容许疲劳强度和容许应力匹配的原则提出了铁路斜拉桥理论最小恒活载比的计算方法,并以此为基础得到了铁路斜拉桥的理论最小重量。双线铁路斜拉桥对应于高速铁路、客货共线铁路、重载铁路的理论最小重量分别在24.3~32.2、33.9~44.5、40.7~53.4 t/m;四线铁路斜拉桥对应于四线高速铁路、两线高速铁路+两线客货共线铁路理论最小重量分别在34.9~46.5、43.1~57.1 t/m。上述理论值与国内外实桥重量的统计结果基本相符,且与桥梁跨度无关。研究成果对铁路斜拉桥设计、方案比选等有一定的借鉴价值。

关键词：铁路斜拉桥合理重量拉索疲劳强度容许应力恒活载比重力刚度

大跨度铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系受力特性研究

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铁道学报 2019年第7期41卷 118-126页

作者：施洲黄荣夏正春蒲黔辉西南交通大学土木工程学院四川成都610031 中铁第四勘察设计院集团有限公司桥梁设计研究院湖北武汉430063

传统铁路钢桁梁纵横梁桥面系的横梁面外受力显著,而改进的密肋横梁桥面系又会导致主桁下弦杆节间受力。针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥桥面系的受力与传力问题,以贵广铁路思贤窖特大桥为背景,研究带水平K撑新型桥面结构的受力特性。首先建... 详细信息

传统铁路钢桁梁纵横梁桥面系的横梁面外受力显著,而改进的密肋横梁桥面系又会导致主桁下弦杆节间受力。针对大跨度铁路钢桁梁斜拉桥桥面系的受力与传力问题,以贵广铁路思贤窖特大桥为背景,研究带水平K撑新型桥面结构的受力特性。首先建立全桥杆系有限元模型,分析各种工况下桥面结构受力特性、变形特征,并与密肋横梁桥面系方案对比分析;然后,在其基础上研究带水平K撑桥面结构的传力机理;最后通过模型试验研究带水平K撑桥面结构的的受力特性。结果表明:K撑构件主要传递纵向力而极少传递竖向力及弯矩,能够降低节点横梁的面外弯矩并避免下弦杆节间弯矩;试验实测K撑构件应力较小,以受轴向应力为主,但因两端偏心连接而存在一定的弯矩应力。

关键词：铁路斜拉桥钢桁梁桥面系水平K撑传力机理

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风荷载作用下的车-轨-斜拉桥耦合振动研究

风荷载作用下的车-轨-斜拉桥耦合振动研究

作者：郭振中南大学

学位级别：硕士

大跨度斜拉桥在我国铁路事业中的应用越来越广泛,但随着斜拉桥结构的创新和跨径的增大,列车通过桥梁引起的耦合振动响应不确定性也显著加剧,且在有风的环境下,列车的行车安全面临进一步考验。本文以国内某大跨度三塔铁路斜拉桥为工程背... 详细信息

大跨度斜拉桥在我国铁路事业中的应用越来越广泛,但随着斜拉桥结构的创新和跨径的增大,列车通过桥梁引起的耦合振动响应不确定性也显著加剧,且在有风的环境下,列车的行车安全面临进一步考验。本文以国内某大跨度三塔铁路斜拉桥为工程背景,借助SIMPACK和ANSYS软件,建立车-轨-斜拉桥联合仿真模型,完成风荷载作用下的车桥耦合振动分析,并讨论了不同加劲索布置对车桥耦合振动的影响,主要工作和结论如下:(1)利用SIMPACK建立了考虑车辆非线性因素的精细化动车组模型。利用ANSYS建立大跨度铁路斜拉桥全桥模型,并对桥梁动力特性进行分析,给出了桥梁主要的振动频率和振型。通过对有限元模型进行子结构分析,将桥梁模态信息导入SIMPACK,建立了车-轨-斜拉桥耦合仿真模型。(2)基于FLUENT平台,建立车桥三维节段模型,采用精细化网格,计算了车桥的三分力系数。运用谐波合成法,结合规范谱在MATLAB中模拟出桥址处的脉动风场,计算得到车桥风荷载。(3)受轨道不平顺系统激励的影响,列车子系统的动力响应具有明显的随机性,桥梁跨中节点的最大位移和加速度皆发生在列车行至跨中附近处,在列车经过后慢慢衰减为零,其中竖向位移变化较平缓,横向位移呈左右震荡。(4)车速提高,列车的脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力等均有增大的趋势,列车运行安全性下降。其中变化最大的是轮重减载率,车速从200 km/h增加到350 km/h,轮重减载率增加了114.7%,而桥梁的竖向位移随车速变化不明显。(5)风荷载对车桥耦合振动影响较大,且风速越高,影响越显著。列车的各安全性指标均随风速增大呈加速上涨,且车速越大,加剧的越明显;不同车速下,桥梁跨中动力响应随风速增加较为接近,风荷载对桥梁横向振动的影响大于竖向。(6)设置加劲索能增加三塔斜拉桥的竖向刚度,提高桥梁竖向振动频率,降低列车过桥时桥梁竖向振动。在布置了中塔稳定索、水平加劲索、主塔交叉索3种加劲索措施时,桥梁竖向基频分别提高了12.2%、20.3%、21.7%;列车以300 km/h过桥时,桥梁竖向位移分别降低了8.5%、12%、13.1%,其中布置主塔交叉索时效果最显著。图101幅,表25个,参考文献108篇

关键词：车桥耦合振动铁路斜拉桥大跨度风荷载加劲索

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大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

振动与冲击 2015年第2期34卷 166-170页

作者：李永乐苏茂材王士刚陈克坚西南交通大学桥梁工程系成都610031 中铁二院工程集团有限责任公司成都610031

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频... 详细信息

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。

关键词：铁路斜拉桥结构刚度大跨度桥车桥耦合振动刚度参数

铁路斜拉桥带水平K撑钢桁梁局部受力特性分析及模型试验研究

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铁路斜拉桥带水平K撑钢桁梁局部受力特性分析及模型试验研究

作者：苏威风西南交通大学

学位级别：硕士

新建铁路贵阳至广州线北江特大钢桁斜拉桥首次采用带水平K撑的纵横梁桥面系,该桥面系是对传统纵横梁桥面体系全新的改进。两端边跨及靠近边跨端的次边跨4个节间采用混凝土桥面板,其余部分采用正交异性钢桥面。通过仿真分析,对高速铁路... 详细信息

新建铁路贵阳至广州线北江特大钢桁斜拉桥首次采用带水平K撑的纵横梁桥面系,该桥面系是对传统纵横梁桥面体系全新的改进。两端边跨及靠近边跨端的次边跨4个节间采用混凝土桥面板,其余部分采用正交异性钢桥面。通过仿真分析,对高速铁路专用斜拉桥的桥面系结构受力行为进行深入研究。初步探讨不同K撑构造对桥面结构受力的影响,为其他同类桥梁的桥面系设计提供参考。在仿真分析的基础上,以水平K撑构造为核心,优化模型结构及辅助构造,构建局部K撑节段静载试验模型,从而获得铁路钢桁梁斜拉桥带水平K撑桥面系的实际受力状况。主要研究内容和成果如下：1、结构分析,包括全桥杆系模型分析和杆系结合壳单元的多尺度仿真模型分析。前者使用MIDAS有限元软件进行计算分析,确定K撑在全桥中最不利受力位置。后者采用ANSYS有限元软件建立K撑最不利受力位置处的节段空间壳单元模型,重点分析局部应力分布。通过仿真分析,研究K撑、纵梁、横梁等杆件在恒载和活载作用下的传力机理及其局部的应力水平。计算结果表明：各杆件的应力水平均较低,K撑结构能有效减小纵梁、横梁和横肋的面外弯曲产生的水平应力,解决传统纵横梁桥面系横梁截面处面外弯曲所产生的应力超限问题。2、初步探讨不同K撑构造形式对桥面系结构受力行为的影响。通过对不设置K撑、T型截面K撑以及工字型截面K撑三种桥面系中的纵梁、横梁、横肋、下弦杆整体节点以及K撑等进行受力特性分析,得出T型截面K撑桥面系能够有效的降低杆件的局部应力,桥面受力更加合理。3、在仿真分析的基础上,以K撑结构为主要研究对象,构建局部K撑节段静载试验模型,进行模型试验研究。由试验结果可知：各杆件的实测应力与理论值较为吻合,采用有限元数值分析对桥梁结构局部应力分析是行之有效的。在加载过程中,各测点均处于弹性工作状态,结构应力满足规范要求,说明结构具有较大的安全储备。

关键词：铁路斜拉桥水平K撑钢桁梁受力分析模型试验