吳天群，張智凱，朱華中，楊賢亮，劉全民

(1.南昌鐵路勘測設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,南昌 330002; 2.華東交通大學(xué)土木建筑學(xué)院,南昌 330013;3.中國鐵路南昌局集團(tuán)有限公司,南昌 330000; 4.江西地方鐵路開發(fā)有限公司,南昌 330001)

引言

槽形梁是由道床板、邊梁組成的一種下承式開口薄壁結(jié)構(gòu),與其他橋梁相比,槽形梁的邊梁既可作為主要受力構(gòu)件,又可抑制輪軌噪聲的傳播、防止車輛傾覆[1],同時能顯著降低結(jié)構(gòu)的建筑高度,在線路高程和橋下凈空受限的情況下,槽形梁具有很強(qiáng)的競爭力。

槽形梁最早應(yīng)用于1952年英國建造的羅什爾漢鐵路橋梁,在此之后,槽形梁得以在國外的鐵路橋梁和軌道交通橋梁中推廣應(yīng)用。巴黎地鐵13號線的塞納河路段采用了預(yù)應(yīng)力槽形梁,法國里爾、智利圣地亞哥和荷蘭鹿特丹的一些高架地鐵段也均為預(yù)應(yīng)力槽形梁,印度新德里地鐵3號線近20 km的高架路段也成功使用了槽形梁形式,日本也已經(jīng)形成了相應(yīng)的槽形梁設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

隨著我國槽形梁設(shè)計(jì)理論和施工技術(shù)水平的提高,1995年我國第一座單線鐵路連續(xù)槽形梁橋——葛水河鐵路橋(圖1)的建成,標(biāo)志著槽形梁的工程應(yīng)用得到進(jìn)一步發(fā)展。

圖1 葛水河鐵路橋

在之后的廣梅汕鐵路畬汕段、天津京山特大橋先后采用了預(yù)應(yīng)力混凝土鐵路槽形梁[2],京沈高鐵饒陽河特大橋以及板石山2號橋均成功應(yīng)用了雙線簡支槽形梁,且運(yùn)營多年?duì)顩r良好。隨后在我國城市軌道交通中也陸續(xù)使用槽形梁橋,預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土單線槽形梁,又稱U形梁,第一次在廣州地鐵2號線得到應(yīng)用,繼而在上海、南京、重慶等城市軌道交通高架線(表1)中得到推廣應(yīng)用[3-4]。

表1 軌道交通高架線中槽形梁的應(yīng)用

可以看出,國內(nèi)外對于槽形梁的施工建造技術(shù)已經(jīng)基本完善,槽形梁在鐵路和城市交通中得到了長足的發(fā)展。但與箱梁相比,槽形梁的抗扭剛度和橫向抗彎剛度較弱、中性軸偏低、邊梁和道床板結(jié)合部位存在應(yīng)力集中等問題,仍然是影響槽形梁結(jié)構(gòu)安全的重要原因。

1 軌道交通槽形梁橋截面形式

槽形梁主要由邊梁和道床板構(gòu)成,邊梁截面形式主要有I形、Γ形(直墻式或斜墻式)、箱形(圖2)以及城市軌道交通U形截面,對于道床板一般有板式和箱形截面[5]。各截面形式及特點(diǎn)見表2。

表2 各截面形式特點(diǎn)

圖2 槽形梁截面主要形式

在槽形梁的工程應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),直墻式邊梁和道床板連接處受力較為復(fù)雜,容易產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象,從而導(dǎo)致混凝土開裂。采用斜墻式邊梁可改善連接處受力,但會導(dǎo)致槽形梁頂部過寬,增大工程量。箱形截面邊梁在邊梁處設(shè)置橫隔板,不僅可以改善結(jié)構(gòu)受力,同時還可以在箱內(nèi)錨固預(yù)應(yīng)力筋,有著較好的外觀效果。

當(dāng)前鐵路槽形梁根據(jù)線路的類型可以分為雙線鐵路槽形梁和單線鐵路槽形梁。圖3(a)所示為雙線鐵路槽形梁,相比單線鐵路槽形梁,其橫向較寬,橫向抗彎剛度較弱,橋梁結(jié)構(gòu)中心線與線路中心線不在同一位置,當(dāng)列車單線通行時由于偏心荷載引起的扭矩對槽形梁受力不利。工程中多采用加大道床板厚度和全跨布置橫向預(yù)應(yīng)力筋的方式,但道床板的加厚不僅會使得結(jié)構(gòu)自重增大,還會降低槽形梁截面的中性軸,增大了預(yù)應(yīng)力損失,而且橫縱預(yù)應(yīng)力束交叉布置,施工工藝要求較高。之后有人提出關(guān)于雙線槽形梁新的設(shè)計(jì)方案,在端支座處的道床板下設(shè)置橫梁來改善受力,如圖3(b)所示,只在橫梁中布置橫向預(yù)應(yīng)力束,其他位置道床板厚度相應(yīng)減小,如上海軌道交通6號線就成功采用這種結(jié)構(gòu)形式。圖3(c)為葛水河單線鐵路槽形梁橋,單線鐵路槽形梁其橋梁中心線和線路中心線重合,可以有效避免由于偏心荷載引起的扭矩。

圖3 不同線路槽形梁截面(單位:cm)

城市軌道交通U形梁,如圖3(d)所示,道床板厚度比單線和雙線鐵路槽形梁的要小,道床板跨度只有雙線的一半,采用U形截面形式,優(yōu)化了槽形梁截面內(nèi)受力情況,很大程度減少了槽形梁的橫向彎矩,取消了道床板中橫向預(yù)應(yīng)力筋,降低了道床板厚度,極大地減小了槽形梁的自重,上海軌道交通8號線、16號線及南京軌道交通2號線等高架段均采用了這種結(jié)構(gòu)形式。

還有學(xué)者針對槽形梁混凝土易開裂問題提出槽形鋼-混凝土組合梁[6-7]、波紋鋼腹板組合槽形梁[8-10]等結(jié)構(gòu)形式,采用波紋鋼腹板能有效解決腹板受剪而發(fā)生屈曲的問題,還可以減輕槽形梁自重,但是用鋼量相對較大,應(yīng)用有限。針對槽形梁橋的靜力和動力特性,擬從計(jì)算模型研究、力學(xué)性能研究、溫度梯度研究以及振動噪聲研究4個方面回顧槽形梁國內(nèi)外研究現(xiàn)狀。

2 軌道交通槽形梁橋計(jì)算模型

當(dāng)前軌道交通橋梁結(jié)構(gòu)趨于大型化,體系趨于復(fù)雜化,在對其進(jìn)行分析時,為便于設(shè)計(jì)人員能直接按照簡單梁理論進(jìn)行計(jì)算,建立簡化計(jì)算模型,因而提出有效寬度的概念。通常將一定寬度的道床板視為邊梁翼緣,與邊梁組成計(jì)算截面,用材料力學(xué)的方法進(jìn)行簡化計(jì)算,使按照簡化求得的邊梁應(yīng)力及撓度與實(shí)際橋梁一致,這個寬度就稱之為有效寬度,假設(shè)道床板的應(yīng)力分布在有效寬度內(nèi)完全相同,如圖4所示。其中2be為道床板有效寬度,2b為道床板寬度,陰影部分為組成的計(jì)算截面。需要注意的是,有效寬度的取值要使簡化計(jì)算和理論計(jì)算得到的邊梁應(yīng)力分布基本一致,以便能真實(shí)地反映道床板中正應(yīng)力分布的不均勻狀況。

圖4 有效寬度內(nèi)道床板與邊梁組成的計(jì)算截面

《鐵路橋涵混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]中關(guān)于箱梁有效寬度的規(guī)定是折減系數(shù)乘以板的寬度,折減系數(shù)主要取決于橋梁的寬跨比。而對于槽形梁的有效寬度,江新元和胡匡璋[12]提出規(guī)范中T形截面梁有效寬度的規(guī)定對于槽形梁也基本適用;周堅(jiān)和涂令康[13]推導(dǎo)了道床板有效寬度的計(jì)算公式,并給出了供設(shè)計(jì)人員參考的有效寬度折減系數(shù)的圖表;陸光閭[14-15]運(yùn)用能量法提出道床板作為邊梁翼緣作用的有效寬度公式,并結(jié)合連續(xù)槽形梁橋的空間作用分析給出了不同截面處有效寬度折減系數(shù)值。

當(dāng)前槽形梁橋的空間分析法主要有解析法和有限元法。一般來說,當(dāng)橋梁形狀規(guī)整和邊界條件比較簡單時,運(yùn)用解析法[16-17]可以快速分析橋梁受力狀態(tài),而對于工程中的變截面橋梁結(jié)構(gòu),難以根據(jù)實(shí)際情況來構(gòu)建相應(yīng)的橋梁簡化模型。因此,一般采用有限元法并建立有限元模型的方式[18-19]進(jìn)行橋梁空間分析。

槽形梁結(jié)構(gòu)受力有著顯著的空間特性,桿系計(jì)算模型很難準(zhǔn)確分析槽形梁結(jié)構(gòu)的真實(shí)應(yīng)力狀態(tài),因此大多數(shù)槽形梁結(jié)構(gòu)分析采用空間板殼計(jì)算模型和三維實(shí)體有限元模型。司萬勝[20]分析了3種計(jì)算模型在鐵路槽形梁計(jì)算中的應(yīng)用,指出平面桿系計(jì)算模型在分析槽形梁受力狀態(tài)時有很大不足,相比之下空間板殼模型可以準(zhǔn)確分析槽形梁在彎扭共同作用下的力學(xué)特性;而對于三維實(shí)體有限元模型,不僅可以準(zhǔn)確反映槽形梁的局部應(yīng)力情況,還可以分析邊梁和道床板結(jié)合部的復(fù)雜應(yīng)力情況。

基于此,其他學(xué)者多使用實(shí)體有限元模型進(jìn)行槽形梁應(yīng)力和內(nèi)力的研究。歐陽輝來[21]通過ANSYS中的實(shí)體單元建立槽形梁三維模型,分析槽形梁在傳力錨固、恒載以及運(yùn)營階段的應(yīng)力和變形,得出槽形梁結(jié)構(gòu)在豎向荷載作用下會發(fā)生橫向變形,其中邊梁上翼緣內(nèi)傾,相反下緣發(fā)生外斜的變形,使得邊梁上下翼緣應(yīng)力呈現(xiàn)出不同的變化規(guī)律。張文格等[22]通過建立三維實(shí)體有限元模型,得出運(yùn)梁過程中的不平衡支撐基本不影響槽形梁跨中截面的橫向變形,但對于跨中區(qū)域混凝土橫向應(yīng)力和其抗剪性能的影響較大。

3 軌道交通槽形梁橋力學(xué)性能研究

槽形梁是一種復(fù)雜的空間板梁組合結(jié)構(gòu),同時又屬于開口薄壁構(gòu)件,相比上承式結(jié)構(gòu),其抗扭性能較差、空間受力和變形復(fù)雜、構(gòu)造要求高。因此,需要研究槽形梁的力學(xué)性能來保障槽形梁在施工和運(yùn)營中的安全性和耐久性。國內(nèi)外學(xué)者從應(yīng)力分布、剪力滯效應(yīng)、截面設(shè)計(jì)參數(shù)等方面研究了槽形梁的力學(xué)性能。

3.1 道床板橫向計(jì)算

對于一般的軌道交通梁式橋,混凝土橋面板與主梁共同受力,在橫橋向,結(jié)構(gòu)自重、二期荷載、列車活載等會產(chǎn)生橫向內(nèi)力。對于橋面板橫向內(nèi)力計(jì)算,一般采用簡支梁與連續(xù)梁模型。

槽形梁為下承式結(jié)構(gòu),道床板是槽形梁設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素之一。與上承式橋梁相比,下承式道床板代替了傳統(tǒng)的橋面板結(jié)構(gòu),道床板橫向受力的計(jì)算跨度增大,導(dǎo)致腹板對道床板的約束作用減弱。同時,槽形梁道床板豎向剛度相對邊梁的豎向剛度較小,列車活載直接作用在道床板,再橫向傳遞給兩側(cè)的邊梁。由此可見,槽形梁的橫向受力較為關(guān)鍵,在設(shè)計(jì)時應(yīng)充分考慮,防止混凝土由于橫向應(yīng)力過大開裂。

李學(xué)斌等[23]通過梁體底板橫向靜載試驗(yàn)得出跨中和梁端均在底板下緣線路中心線偏外側(cè)腹板處出現(xiàn)最大橫向拉應(yīng)變。江新元和胡匡璋[12]通過分析單線和雙線試驗(yàn)橋中道床板的橫向彎矩影響線,認(rèn)為道床板最大橫向彎矩值應(yīng)該綜合考慮恒載以及最不利活載的組合,并且給出了常規(guī)計(jì)算時的橋中心線和板端的橫向彎矩系數(shù)。馬坤全等[24]使用有限元分析小半徑曲線段鐵路槽形梁橫向受力情況,得出在活載作用下跨中道床板頂面橫向受壓,底面橫向受拉,且橋梁中心線橫向應(yīng)力遠(yuǎn)大于板邊。何濤[25]在進(jìn)行分片式槽形梁設(shè)計(jì)時,通過三維實(shí)體模型分析得出底板最大橫向拉應(yīng)力,進(jìn)行鋼筋混凝土配筋設(shè)計(jì)。張文格等[22]分析了在運(yùn)梁過程中槽形梁的橫向受力情況,角隅處橫向應(yīng)力偏大,受力最大位置在道床板下表面。

3.2 應(yīng)力分布研究

在荷載作用下,槽形梁受力的空間特征表現(xiàn)為:邊梁不僅發(fā)生豎向彎曲變形,而且會發(fā)生槽口處橫向變形。邊梁橫向位移隨著荷載增大而增大,此時槽口逐漸減小,即兩側(cè)邊梁朝著相對的方向移動。由于彎曲和扭轉(zhuǎn)的共同作用,導(dǎo)致槽形梁邊梁的上緣部分應(yīng)力分布出現(xiàn)不均勻現(xiàn)象;道床板則受縱向彎矩和橫向彎矩共同作用,產(chǎn)生雙向彎曲;邊梁和道床板結(jié)合處往往受彎扭共同作用,容易出現(xiàn)應(yīng)力集中現(xiàn)象[26]。

為提高梁端道床板的承載能力,往往在槽形梁端支座道床板處增加端橫梁,該方法在一定程度上減小了端支座處道床板的橫向應(yīng)力,但對跨中道床板的作用并不顯著[27-28]。陳波和趙曉波[29]采用施加初應(yīng)變的方式來模擬預(yù)應(yīng)力筋張拉,得出橫向預(yù)應(yīng)力筋的布置使得作用在道床板上的荷載向兩側(cè)邊梁傳遞,而橫縱預(yù)應(yīng)力筋交叉布置,有效避免了道床板與邊梁結(jié)合處的應(yīng)力集中現(xiàn)象。

3.3 剪力滯效應(yīng)研究

槽形梁邊梁位于道床板兩側(cè),荷載作用下的剪力流在由邊梁向道床板橫向傳遞的過程中,由于剪切變形會使剪力流出現(xiàn)滯后現(xiàn)象,導(dǎo)致正應(yīng)力在道床板邊緣處最大,橋梁中心線位置處最小。考慮剪力滯效應(yīng)可真實(shí)地反映槽形梁的應(yīng)力和位移分布情況,而忽略剪力滯的影響會使得槽形梁的實(shí)際應(yīng)力大于設(shè)計(jì)應(yīng)力,影響橋梁安全。因此,在槽形梁橋的設(shè)計(jì)計(jì)算和理論分析中,必須要充分考慮剪力滯效應(yīng)的影響。

橋梁的剪力滯問題一般采用能量法[14,30]、勢能原理、余能原理[13]來求解。但對于槽形梁,在進(jìn)行剪力滯效應(yīng)計(jì)算時,不僅要避免在設(shè)計(jì)時眾多因素的影響,還要避免人為假設(shè)和簡化模型帶來的計(jì)算誤差,所以采用解析解的方法來計(jì)算剪力滯效應(yīng)有一定困難,而有限元和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展,使得更多學(xué)者使用有限元軟件來分析槽形梁的剪力滯問題。有限元分析中一般使用剪力滯系數(shù)表示槽形梁的剪力滯效應(yīng),剪力滯系數(shù)=考慮剪切變形最大正應(yīng)力值/按照初等梁理論計(jì)算得出的正應(yīng)力值。

段敬民和錢永久[31]考慮剪切變形和剪切滯后翹曲應(yīng)力的自平衡條件,提出了精確分析槽形梁靜態(tài)和力學(xué)性能的方法。韋成龍和李斌[32]基于最小勢能原理提出有限段法,可以分析變截面槽形梁剪切和剪力滯的雙重影響。HU等[33]對簡支梁橋的受力性能進(jìn)行了理論研究,通過有限元分析驗(yàn)證了理論解的準(zhǔn)確性,得出槽形梁整體彎曲和橋面板局部彎曲是引起槽形梁變形和應(yīng)力的兩個主要因素,同時由于剪力滯后效應(yīng),槽形梁的最大撓度可以放大到1.0～1.2倍。王淼和顧萍[34]為計(jì)算施工階段和正常使用階段槽形梁的力學(xué)特性,采用SAP90建立了槽形梁實(shí)體有限元模型,最終得出道床板的有效寬度和剪滯系數(shù)。衛(wèi)星等[35]采用有限元法分析了W形連續(xù)槽形梁在頂推過程中的剪力滯效應(yīng)。孫大斌[36]通過建立連續(xù)槽形梁的實(shí)體單元模型進(jìn)行剪力滯效應(yīng)分析,并計(jì)算出槽形梁的邊支座截面、中支座截面和主跨跨中截面剪力滯系數(shù)分別為1.29、1.30、1.14,所求結(jié)果均比箱形截面的規(guī)范值要大。

3.4 截面設(shè)計(jì)參數(shù)研究

槽形梁邊梁和道床板設(shè)計(jì)參數(shù)是影響槽形梁力學(xué)性能的關(guān)鍵因素之一,因此也有學(xué)者在這方面進(jìn)行了分析研究。梁高增加會增大邊梁的截面抗彎剛度,增大邊梁承受縱向彎矩的能力,減小跨中截面道床板縱向拉應(yīng)力、豎向位移[37]。同時,道床板厚度對槽形梁力學(xué)特性的影響也不容忽視,隨著道床板厚度增加會使槽形梁的縱向壓應(yīng)力和豎向位移減小,相反會增大截面的橫向應(yīng)力[38]。可以看出,相比道床板厚度增加,邊梁高度對力學(xué)性能的改變更為重要,但梁高受建筑高度和建造成本的限制,還需要結(jié)合實(shí)際工程情況確定。

4 軌道交通槽形梁橋溫度梯度

橋梁結(jié)構(gòu)中混凝土材料導(dǎo)熱性能差,在日照、風(fēng)速等外界環(huán)境影響下,混凝土橋梁溫度場呈非線性分布,而其產(chǎn)生的溫度應(yīng)力和變形會使得橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)開裂情況,影響橋梁結(jié)構(gòu)安全、耐久性[39-41]。橋梁截面形式以及日照時間和日照強(qiáng)度、風(fēng)速等是造成橋梁溫度場發(fā)生變化的重要因素。在日照輻射較強(qiáng)的地區(qū),太陽照射下橋梁產(chǎn)生的溫度應(yīng)力甚至可能會超過活載應(yīng)力,因此針對橋梁溫度梯度的研究就顯得極為重要。

薛嵩等[42-43]建立了考慮大氣環(huán)境參數(shù)、橋梁方位走向、梁體遮擋作用的槽形梁斜拉橋熱力學(xué)分析模型,得出邊梁高度、混凝土表面輻射吸收率、大氣透明度系數(shù)等參數(shù)對槽形梁的豎向溫差模式影響不大;又以應(yīng)力等效為原則,擬合出如圖5所示的槽形梁箱室溫差模式,槽形梁邊梁上緣最大溫差為20 ℃,邊梁腹板內(nèi)溫差符合指數(shù)函數(shù)分布,而在邊梁下緣,最大溫差為2.5 ℃,在0.2 m范圍內(nèi)線性變化至0 ℃。董旭等[44]結(jié)合實(shí)際監(jiān)測與有限元模型,得出U形梁的橫向溫度梯度在朝陽側(cè)腹板中部較為明顯,而在其他部位較小;對于豎向溫度梯度,在腹板處為分段函數(shù),在道床板處為指數(shù)函數(shù)。梁巖等[45]通過建立實(shí)體有限元模型,發(fā)現(xiàn)槽形梁的豎向溫度不呈線性變化,圖6所示為結(jié)構(gòu)所施加的第1種溫度梯工況,槽形梁的橫縱應(yīng)力和豎向位移都會受到豎向溫度梯度的影響,系統(tǒng)溫差增大會導(dǎo)致槽形梁的橫向縱向位移增大。

圖5 槽形梁箱室的溫差模式[42](單位:cm)

圖6 豎向溫度梯度下的溫度分布示意[45](單位:℃)

對于橋梁的溫度梯度模式,國內(nèi)外研究和規(guī)范多針對于普通T梁和箱梁。槽形梁不同于上述橋梁,屬于開口薄壁結(jié)構(gòu),本身受太陽輻射面積大,其溫度梯度分布模式有很大不同。因此,對于槽形梁的溫度梯度情況還需要進(jìn)一步分析確定,以期能形成溫度梯度模式標(biāo)準(zhǔn)。

5 軌道交通槽形梁橋振動與噪聲研究

軌道交通槽形梁結(jié)構(gòu)雖然可以有效減少輪軌噪聲等傳播,但對于橋梁本身結(jié)構(gòu)噪聲問題卻沒有得到很好的解決。橋梁結(jié)構(gòu)噪聲主要是以低頻為主,具有較強(qiáng)的穿透力和傳播力,危害著橋梁附近居民的身心健康。因此,對槽形梁結(jié)構(gòu)噪聲進(jìn)行理論研究,同時探究減振降噪的相關(guān)措施有著重要意義。

目前對于槽形梁振動研究多采用車橋耦合模型,曾峰等[46]基于ANSYS和SIMPACK軟件形成如圖7所示的橋梁模型和車輛模型計(jì)算系統(tǒng),計(jì)算輪軌激振力,并加載到耦合模型中,最終得出軌道交通槽形梁結(jié)構(gòu)的振動響應(yīng)。

圖7 車橋耦合模型[46]

針對槽形梁的減振降噪研究,劉林芽等[47]研究發(fā)現(xiàn),槽形梁腹板橫向、道床板垂向振動加速度以及槽形梁結(jié)構(gòu)噪聲的峰值頻率均在63 Hz左右;同時分析腹板、道床板以及翼緣板厚度和腹板半徑等因素對槽形梁結(jié)構(gòu)噪聲的影響,認(rèn)為腹板厚度增大會使遠(yuǎn)場點(diǎn)的噪聲有一定程度減小;翼緣板厚度對槽形梁結(jié)構(gòu)噪聲的影響較小,而道床板厚度增加,可以減少橋梁附近結(jié)構(gòu)噪聲,相反對遠(yuǎn)場點(diǎn)的結(jié)構(gòu)噪聲影響甚微[48]。

韓江龍等[49]也得出增加道床板厚度相比增加腹板厚度的降噪效果要好,槽形梁翼緣板的橫向振動響應(yīng)最大,最大振動加速度級為107.2 dB。宋曉東和李奇[50-51]為對比聲屏障、高彈性扣件和梯形軌枕3種措施的減振降噪效果,采用車-軌-橋模型以及聲學(xué)有限元/無限元方法,得出聲屏障可以有效控制鋼軌噪聲,而高彈性扣件和梯形軌枕可以有效降低U形梁結(jié)構(gòu)噪聲。李克冰等[52]采用車橋耦合動力理論和間接邊界元法,對比槽形梁各構(gòu)件的聲壓貢獻(xiàn)系數(shù),得到了如圖8所示的聲壓貢獻(xiàn)系數(shù)等值線圖,證明了地面附近的噪聲基本由道床板產(chǎn)生。

圖8 聲壓貢獻(xiàn)系數(shù)等值線[52](f=25 Hz)

綜上可以看出,道床板、腹板、翼緣板對遠(yuǎn)場點(diǎn)聲壓的貢獻(xiàn)量依次減小。

6 結(jié)語

通過對軌道交通槽形梁橋研究現(xiàn)狀的總結(jié)分析,得出以下主要結(jié)論。

(1)槽形梁簡化計(jì)算模型中有效寬度的確定。槽形梁橋結(jié)構(gòu)受力復(fù)雜,采用簡單的梁單元模型不能得到準(zhǔn)確的應(yīng)力計(jì)算結(jié)果,建立精細(xì)板單元或?qū)嶓w單元模型進(jìn)行分析費(fèi)時費(fèi)力。因此,提出槽形梁橋簡化計(jì)算模型有效寬度的通用計(jì)算方法,可使設(shè)計(jì)人員在確保有較高計(jì)算精度的前提下提高槽形梁受力分析計(jì)算效率。

(2)槽形梁溫度梯度模式研究。我國現(xiàn)行鐵路橋梁規(guī)范暫未規(guī)定槽形梁的溫度梯度模式,槽形梁橋結(jié)構(gòu)驗(yàn)算中只能參考箱梁溫度梯度模式,而日照引起的槽形梁和箱梁截面升降溫有顯著不同,研究提出槽形梁溫度梯度模式,對準(zhǔn)確計(jì)算槽形梁橋溫度應(yīng)力具有重要意義。

(3)風(fēng)-車-槽形梁橋耦合振動研究。對于大風(fēng)頻發(fā)的山區(qū)鐵路和沿海鐵路來說,槽形梁橋邊梁承受縱向彎矩的同時,還能起到風(fēng)屏障的作用,抑制橫風(fēng)對行車的不利影響。開展風(fēng)-車-槽形梁橋耦合振動研究,給出不同風(fēng)速下列車的安全行車速度限值,可為線路安全運(yùn)營提供重要支撐。