不規則構造群施工による鉄道橋脚への影響と風荷重に対する応答に関する研究

Feb 26, 2024

Scientific Reports volume 13、記事番号: 10469 (2023) この記事を引用

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メトリクスの詳細

既存の鉄道橋基礎構造物は、大規模な不整形構造物が近接して建設されることにより変形や衝突の可能性があり、強い風荷重により転倒する可能性が潜在的な脅威となっています。 この研究では、橋脚上の大きな不規則な彫刻の建設の影響と、強風荷重下でのその応答が主に調査されます。 橋梁構造物、地質構造物、彫刻構造物の空間関係を正確に反映するため、現実の3次元空間情報に基づいたモデリング手法を提案する。 彫刻構造物の建設が橋脚の変形や地盤の沈下に及ぼす影響を解析するために有限差分法が採用されています。 橋の構造は全体的に小さな変形を示しており、彫刻に隣接する重要な隣接橋脚 J24 の側の曲がったキャップの端に位置する橋脚の水平方向および垂直方向の変位が最大です。 数値流体力学を用いて彫刻構造物と2方向の風荷重との相互作用を流体・固体連成モデルで構築し、彫刻物の転倒防止性能について理論解析と数値計算を行った。 2つの作業条件の下での流れ場における彫刻構造の変位、応力、モーメントなどの内力指標が研究され、典型的な構造の比較分析が行われます。 彫刻 A と B は、サイズ効果の影響により、異なる不利な風向と特定の内力分布と応答パターンを持っていることが示されています。 どちらの作業条件でも、彫刻構造は安全で安定した状態を保ちます。

中国経済の急速な発展に伴い、交通インフラの需要が高まっています。 郊外間の高速交通リンクを提供するには、都市鉄道交通が理想的な選択肢です。 統計によると、中国本土の合計 50 都市で 9,192 km の都市鉄道交通線が開業しており、そのうち 950 km 以上の高架鉄道があります1。 鉄道の高架線は都市道路と交差したり平行したりすることが多いため、市が都市道路を建設する際に鉄道橋梁が影響を受けることは避けられません。 鉄道高架橋は管理基準が厳しく、許容変形量が小さいため、鉄道橋の下に施工する場合は施工品質を厳密に管理する必要があります2,3。 例えば、鉄道橋梁の近くに浅く埋設された杭基礎構造物を施工する場合などです。 、橋杭基礎、パイルキャップ、橋脚、U ビーム、レール、その他の基本構造物に対する構造物の変形影響、および強風荷重に対する耐性については、特別な考慮を払う必要があります4。 したがって、鉄道橋の下に建設する場合の影響を検討する必要がある。

学者たちは、外部荷重の影響下での鉄道インフラの変形則について、かなりの研究を行ってきました。 Feng et al.5 は、解析手法を使用して橋梁構造の垂直変形と高速鉄道レールの変形の間のマッピング関係を研究し、対応する解析モデルを提案しました。 3 つの典型的な橋梁構造変形の下でのレール変形は、解析的および有限要素数値的手法を使用して計算され、この場合のレール形状の変化が解析されました。 結果は,橋構造変形とレール変形の間のマッピング係数が橋構造変形振幅の増加に伴って非線形に増加することを示した。 Gou ら 6 は、橋梁の変形と層間劣化による軌道の変形を定量的に評価する方法を提供しました。 この手法を用いて、橋梁変形のリアルタイムモニタリングに基づいて高速鉄道線路のリアルタイム状態評価を実施した。 分析と研究は 3D 有限要素モデルに対して検証され、主要なパラメーターの影響を研究するために使用されました。 Salcher et al.7 は、固有振動数、固有振動モード、および等価減衰係数の数値シミュレーションに基づいて、鉄道橋の動力学に対する地盤と構造の相互作用の影響を評価しました。 エネルギー変動原理に基づき、せん断変形の影響を考慮して、単純支持梁橋・軌道構造系の高速鉄道の連成振動解析モデルが Jiang ら 8 によって確立された。 ANSYS および MIDAS の有限要素数値計算手法が、その論文で確立された解析手法と比較されました。 本研究で確立した解析手法を用いて、路床部の層間剛性やレール長が異なる場合の構造システムの固有振動特性を評価した。 Han ら 9 は、極度の風荷重に対する長大橋の応答を取得するために、全地球測位システム (GPS)、加速度計、風速計を含む統合システムを開発しました。 ゆっくりと変化する動きを分離するために適応再帰型最小二乗フィルタが採用され、準静的変位と高周波動的変位を組み合わせたものから測定精度が向上した総変位が得られました。 結果は、提案された手法が強風下での変位測定の精度を大幅に向上できることを示しています。