高速列车作用下大跨下承式简支钢桁梁桥安全性能评估方法研究

发布时间：2020-05-28 04:28

【摘要】：简支钢桁梁桥是我国铁路中大跨度桥梁常用的桥梁结构形式,随着我国铁路列车的提速,既有大批量简支钢桁梁桥难以短期内完全更换,其结构安全性能是否满足运营阶段的要求是一个急需解决的问题。本文以沪昆线湘潭湘江大桥为工程背景,研究了下承式简支钢桁梁桥在高速客运列车作用下的结构安全性能评估方法。文中采用有限元软件LUSAS建立了车-桥耦合振动计算模型,并基于时变可靠度理论,利用一次二阶矩法(JC法)对简支钢桁梁桥结构可靠性进行了分析研究,并与规范规定的目标可靠指标进行对比,对其结构安全性能进行了评估,以期为管养单位提供维管依据。本文主要研究内容和结论如下:(1)基于可靠度理论,提出了一种桥梁结构安全性能评估方法。考虑到简支钢桁梁桥结构并不复杂,且功能函数具有明确的表达形式,可靠指标的计算采用了一次二阶矩法(JC法)。同时,基于桥梁在实际运营环境中荷载和抗力的随机性特点,目标使用基准期内的可靠性采用了时变可靠度理论。(2)基于简支钢桁梁桥初始状态的模态分析,研究了其刚度与振动特性。模态分析表明,该桥横向振动频率早于竖向振动频率出现,表明其横向振动刚度高于竖向振动刚度,横向刚度稍弱一些;较早出现的扭转振型也表明该桥的抗扭刚度较小。通过与规范规定的自振频率限值对比,其竖向刚度和横向刚度均满足线路行车的要求。(3)采用LUSAS有限元软件建立了车-桥耦合振动模型,并考虑列车运营速度的影响,从时域方面计算分析了桥梁的竖向振动变化规律。当列车速度在150km/h~250km/h时,桥梁跨中的竖向位移及加速度均匀速递增,当列车速度提高至300km/h时动力响应急剧增大,桥梁跨中竖向动力响应均达到峰值。列车速度在300km/h~400 km/h时,桥梁跨中的竖向位移及加速度均快速递减。分析表明,动力响应的变化主要受列车速度的影响,当列车运营速度产生共振现象时,其动力响应达到最大,而列车共振速度主要与桥梁结构竖向振动频率相关。(4)基于桥梁初始状态的有限元模型,通过MATLAB程序语言编制了全桥各构件可靠指标的计算程序,计算了各构件的可靠指标并研究了全桥可靠指标的变化规律。钢桁梁桥各构件的可靠指标与位置有关,斜杆在桥梁端部,其可靠指标最低,跨中可靠指标最高,呈现出两端小中间大的变化趋势。而下弦杆在桥梁端部位置的可靠指标最大,跨中可靠指标最小,呈现出中间小两端大的变化趋势。研究结果表明全桥可靠指标均大于结构在极限状态设计时的目标可靠指标,说明初始状态下的桥梁可靠度指标能满足现有运营速度下结构承载能力要求。(5)基于全桥可靠指标的研究结果,利用时变可靠度理论,研究了全桥各构件在目标使用期内可靠指标的变化。分析结果表明,斜杆在服役60年~70年时,其可靠指标衰减至桥梁目标可靠指标值。竖杆在服役70年~80年时,其可靠指标衰减至桥梁目标可靠指标值。下弦杆在服役80年~90年时,其可靠指标衰减至桥梁目标可靠指标值。整体而言,简支钢桁梁桥各构件可靠指标随服役时间增加而逐步降低,但下弦杆的可靠指标在目标使用期内的可靠度最高,竖杆次之,斜杆最弱。本文简支钢桁梁桥初始状态以及目标使用期内的可靠性分析结果,可为管养单位提供维管依据,也可为同类型桥梁的维修加固提供参考。
【图文】：

广州大学硕士学位论文第一章 绪 论1.1 我国铁路钢桁梁桥的发展概况我国铁路钢桁梁桥的普遍使用相较于其他国家出现的较晚，由于钢桁梁桥自重轻、跨越能力强、制造工艺相对简单以及安装方便等特点，，我国 1949 年以后钢桁梁桥被大量的应用于铁路建设。简支钢桁梁桥见图 1-1～1-2，统计见表 1-1。

广州大学硕士学位论文第一章 绪 论1.1 我国铁路钢桁梁桥的发展概况我国铁路钢桁梁桥的普遍使用相较于其他国家出现的较晚，由于钢桁梁桥自重轻、跨越能力强、制造工艺相对简单以及安装方便等特点，我国 1949 年以后钢桁梁桥被大量的应用于铁路建设。简支钢桁梁桥见图 1-1～1-2，统计见表 1-1。
【学位授予单位】：广州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：U447

【参考文献】

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本文编号：2684710