Ricerca sull'impatto della costruzione di gruppi di strutture irregolari sui pilastri dei ponti di transito ferroviario e sulla sua risposta al carico del vento

Feb 26, 2024

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 10469 (2023) Citare questo articolo

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La possibilità di deformazione e collisione nelle strutture di fondazione dei ponti ferroviari esistenti a causa della costruzione di un gruppo di grandi strutture irregolari nelle immediate vicinanze e il loro potenziale di ribaltamento sotto forti carichi di vento rappresenta una potenziale minaccia. In questo studio si indaga principalmente l'impatto della costruzione di grandi sculture irregolari sui piloni dei ponti e la loro risposta sotto forti carichi di vento. Viene proposto un metodo di modellazione basato su informazioni spaziali 3D reali della struttura del ponte, della struttura geologica e della struttura della scultura per riflettere accuratamente le loro relazioni spaziali. Il metodo delle differenze finite viene utilizzato per analizzare l'impatto della costruzione di strutture scultoree sulle deformazioni dei pilastri e sugli assestamenti del terreno. La struttura del ponte presenta una deformazione complessiva ridotta, con spostamenti massimi orizzontali e verticali dei pilastri situati sul bordo della calotta piegata sul lato del pilastro critico vicino al ponte J24 adiacente alla scultura. Utilizzando la fluidodinamica computazionale viene stabilito un modello di accoppiamento fluido-solido dell'interazione tra la struttura della scultura e i carichi del vento con due diverse direzioni e vengono condotte analisi teoriche e calcoli numerici sulle prestazioni antiribaltamento della scultura. Vengono studiati gli indicatori di forza interna come spostamento, sollecitazione e momento della struttura della scultura nel campo di flusso in due condizioni di lavoro e viene condotta un'analisi comparativa delle strutture tipiche. È stato dimostrato che le sculture A e B hanno diverse direzioni del vento sfavorevoli e specifiche distribuzioni di forza interna e modelli di risposta a causa dell'influenza degli effetti dimensionali. In entrambe le condizioni di lavoro, la struttura della scultura rimane sicura e stabile.

Con il rapido sviluppo dell’economia cinese, la domanda di infrastrutture di trasporto è aumentata. Per fornire collegamenti veloci tra le periferie, il trasporto ferroviario urbano è la scelta ideale. Secondo le statistiche, un totale di 50 città della Cina continentale hanno messo in funzione 9.192 km di linee di trasporto ferroviario urbano, di cui oltre 950 km di linee sopraelevate1. Poiché le linee ferroviarie sopraelevate spesso attraversano o sono parallele alle strade urbane, è inevitabile che i ponti di transito ferroviario vengano interessati durante la costruzione comunale delle strade urbane. Gli standard di controllo dei ponti ferroviari sopraelevati sono severi e la deformazione consentita è piccola, quindi è necessario controllare rigorosamente la qualità della costruzione quando si costruisce sotto ponti ferroviari2, 3. Ad esempio, quando si costruiscono strutture di fondazione su pali poco profondi vicino ai ponti di transito ferroviario , si dovrebbe prestare particolare attenzione agli effetti di deformazione delle strutture sulle fondazioni dei pali dei ponti, sulle coperture dei pali, sui pilastri, sulle travi a U, sulle rotaie e su altre strutture di base, nonché alla loro resistenza ai forti carichi di vento4. Pertanto, è necessario studiare l'impatto della costruzione sotto i ponti di transito ferroviario.

Gli studiosi hanno svolto ricerche approfondite sulla legge di deformazione delle infrastrutture ferroviarie sotto l'influenza di carichi esterni. Feng et al.5 hanno utilizzato metodi analitici per studiare la relazione di mappatura tra la deformazione verticale delle strutture dei ponti e la deformazione delle rotaie ferroviarie ad alta velocità e hanno proposto un modello analitico corrispondente. La deformazione della rotaia sotto tre tipiche deformazioni strutturali del ponte è stata calcolata utilizzando metodi numerici analitici e agli elementi finiti, ed è stata analizzata l'evoluzione della geometria della rotaia in questo caso. I risultati mostrano che il coefficiente di mappatura tra la deformazione della struttura del ponte e la deformazione della rotaia aumenta in modo non lineare con l'aumentare dell'ampiezza della deformazione della struttura del ponte. Gou et al.6 hanno fornito un metodo per valutare quantitativamente la deformazione del binario dovuta alle deformazioni del ponte e al degrado dell'interstrato. Utilizzando questo metodo, è stata effettuata una valutazione dello stato in tempo reale dei binari ferroviari ad alta velocità sulla base del monitoraggio in tempo reale della deformazione del ponte. L'analisi e la ricerca sono state convalidate rispetto al modello 3D agli elementi finiti e sono state utilizzate per studiare l'impatto dei parametri chiave. Salcher et al.7 hanno valutato l'influenza delle interazioni suolo-struttura sulla dinamica dei ponti ferroviari sulla base di simulazioni numeriche di frequenze naturali, modalità di vibrazione naturali e coefficienti di smorzamento equivalenti. Sulla base del principio di variazione dell'energia, Jiang et al.8 hanno stabilito un modello di analisi delle vibrazioni di accoppiamento di un sistema di struttura ponte-binario semplicemente supportato di una ferrovia ad alta velocità considerando l'effetto della deformazione di taglio. I metodi di calcolo numerico agli elementi finiti ANSYS e MIDAS sono stati confrontati con i metodi analitici stabiliti in quel documento. Il metodo di analisi stabilito nello studio è stato utilizzato per valutare le caratteristiche di vibrazione naturale del sistema strutturale in base a diverse rigidezze degli strati intermedi e diverse lunghezze delle rotaie delle sezioni del sottofondo. Han et al.9 hanno sviluppato un sistema integrato che include un sistema di posizionamento globale (GPS), un accelerometro e un anemometro per ottenere le risposte di un ponte di lunga campata a carichi di vento estremi. È stato adottato un filtro adattivo ricorsivo dei minimi quadrati per separare i movimenti a variazione lenta e lo spostamento totale con maggiore precisione di misurazione è stato ottenuto dagli spostamenti quasi statici e dinamici ad alta frequenza combinati. I risultati mostrano che la tecnica proposta può migliorare significativamente la precisione delle misurazioni dello spostamento in condizioni di forte vento.