Recherche sur l'impact de la construction de groupes de structures irrégulières sur les piliers des ponts de transport ferroviaire et sa réponse à la charge de vent

Feb 26, 2024

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 10469 (2023) Citer cet article

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La possibilité de déformation et de collision dans les structures de fondation des ponts ferroviaires existants en raison de la construction d'un groupe de grandes structures irrégulières à proximité immédiate et de leur potentiel de renversement sous de fortes charges de vent constitue une menace potentielle. L'impact de la construction de grandes sculptures irrégulières sur les piliers du pont et leur réponse sous de fortes charges de vent sont principalement étudiés dans cette étude. Une méthode de modélisation basée sur des informations spatiales 3D réelles de la structure du pont, de la structure géologique et de la structure de la sculpture est proposée pour refléter avec précision leurs relations spatiales. La méthode des différences finies est utilisée pour analyser l'impact de la construction de structures de sculpture sur les déformations des piliers et le tassement du sol. La structure du pont présente une faible déformation globale, avec des déplacements horizontaux et verticaux maximaux des piliers situés au bord de la calotte courbée du côté du pilier critique voisin du pont J24 adjacent à la sculpture. Un modèle de couplage fluide-solide de l'interaction entre la structure de la sculpture et les charges de vent dans deux directions différentes est établi à l'aide de la dynamique des fluides computationnelle, et une analyse théorique et des calculs numériques sont effectués sur les performances anti-renversement de la sculpture. Les indicateurs de force interne tels que le déplacement, la contrainte et le moment de la structure de sculpture dans le champ d'écoulement sous deux conditions de travail sont étudiés et une analyse comparative de structures typiques est menée. Il est démontré que les sculptures A et B ont des directions de vent défavorables différentes et des distributions de forces internes spécifiques et des modèles de réponse dus à l'influence des effets de taille. Dans les deux conditions de travail, la structure de la sculpture reste sûre et stable.

Avec le développement rapide de l'économie chinoise, la demande en infrastructures de transport a augmenté. Pour assurer des liaisons rapides entre les banlieues, le transport ferroviaire urbain constitue un choix idéal. Selon les statistiques, un total de 50 villes de Chine continentale ont mis en service 9 192 km de lignes de transport ferroviaire urbain, dont plus de 950 km de lignes surélevées1. Étant donné que les lignes ferroviaires surélevées traversent ou sont souvent parallèles aux routes urbaines, il est inévitable que les ponts de transport ferroviaire soient affectés lors de la construction municipale de routes urbaines. Les normes de contrôle des ponts ferroviaires surélevés sont strictes et la déformation admissible est faible, il est donc nécessaire de contrôler strictement la qualité de la construction lors de la construction sous des ponts ferroviaires2, 3. Par exemple, lors de la construction de structures de fondations sur pieux peu enfouies à proximité de ponts de transport ferroviaire , une attention particulière doit être accordée aux effets de déformation des structures sur les fondations sur pieux des ponts, les semelles sur pieux, les piliers, les poutres en U, les rails et autres structures de base, ainsi qu'à leur résistance aux fortes charges de vent4. Il est donc nécessaire d’étudier l’impact de la construction sous les ponts de transit ferroviaire.

Les chercheurs ont effectué des recherches approfondies sur la loi de déformation de l'infrastructure ferroviaire sous l'influence de charges externes. Feng et al.5 ont utilisé des méthodes analytiques pour étudier la relation cartographique entre la déformation verticale des structures de pont et la déformation des rails de chemin de fer à grande vitesse et ont proposé un modèle analytique correspondant. La déformation du rail sous trois déformations structurelles typiques d'un pont a été calculée à l'aide de méthodes analytiques et numériques par éléments finis, et l'évolution de la géométrie du rail dans ce cas a été analysée. Les résultats montrent que le coefficient de cartographie entre la déformation de la structure du pont et la déformation du rail augmente de manière non linéaire avec l'augmentation de l'amplitude de déformation de la structure du pont. Gou et al.6 ont fourni une méthode pour évaluer quantitativement la déformation de la voie due aux déformations des ponts et à la dégradation des couches intermédiaires. Grâce à cette méthode, une évaluation en temps réel de l'état des voies ferrées à grande vitesse a été réalisée sur la base d'une surveillance en temps réel de la déformation du pont. L'analyse et la recherche ont été validées par rapport au modèle d'éléments finis 3D et ont été utilisées pour étudier l'impact des paramètres clés. Salcher et al.7 ont évalué l'influence des interactions sol-structure sur la dynamique des ponts ferroviaires en se basant sur des simulations numériques des fréquences naturelles, des modes de vibration naturels et des coefficients d'amortissement équivalents. Basé sur le principe de variation d'énergie, un modèle d'analyse des vibrations de couplage d'un système de structure pont-voie à poutres simplement supporté par un chemin de fer à grande vitesse a été établi par Jiang et al.8 en tenant compte de l'effet de la déformation par cisaillement. Les méthodes de calcul numérique par éléments finis ANSYS et MIDAS ont été comparées aux méthodes analytiques établies dans cet article. La méthode d'analyse établie dans l'étude a été utilisée pour évaluer les caractéristiques de vibration naturelle du système structurel sous différentes rigidités intercouches et différentes longueurs de rail de sections de fondation. Han et al.9 ont développé un système intégré comprenant un système de positionnement global (GPS), un accéléromètre et un anémomètre pour obtenir les réponses d'un pont à longue portée aux charges de vent extrêmes. Un filtre adaptatif récursif des moindres carrés a été adopté pour séparer les mouvements à variation lente, et le déplacement total avec une précision de mesure améliorée a été obtenu à partir des déplacements dynamiques quasi-statiques et haute fréquence combinés. Les résultats montrent que la technique proposée peut améliorer considérablement la précision des mesures de déplacement sous des vents forts.