地震作用对有砟轨道桥上无缝道岔纵向受力与变形影响分析

桥上无缝道岔是在高速铁路、艰险山区铁路上铺设跨区间无缝线路不可避免的技术难题,同时跨越震区时,道岔结构自身处于双层薄弱环节之中。根据地震作用下有砟轨道桥上无缝道岔梁轨相互作用原理,建立地震作用下岔-桥-墩动力非线性有限元模型,分析地震波频谱特性、地震动加速度峰值、岔区阻力、梁体温差等因素下的有砟轨道桥上无缝道岔地震作用响应规律。研究结果表明:无缝道岔约束作用较大提高了桥梁结构的低阶自振频率,而且改变了其振动形态;地震波频谱特性和加速度峰值大小对桥上无缝道岔响应影响显著,地震荷载波频越靠近结构主频,加速度峰值越大,桥上无缝道岔受力和变形越大;在钢轨温变较高,又同时考虑地震荷载效应时,钢轨强度和线路稳定性均得不到保障,建议对跨越震区的桥上无缝道岔设计时检算地震荷载与钢轨、梁体温变共同作用时的钢轨纵向力以及道岔联结件受力、关键位置相对位移等。     

斜拉桥桥塔纵桥向振动台试验研究

为了解强震作用下我国斜拉桥桥塔的抗震性能以及震害现象,通过调研确定典型斜拉桥原型,对其H型混凝土桥塔进行纵桥向振动台试验研究。基于斜拉桥的动力特点及振型分析方法进行桥塔模型的简化设计、制作和安装,输入不同类型及不同强度的地震波,对桥塔模型进行了振动台试验。结果表明:相比一般的Elcentro波和Chichi地震波,相同加速度峰值地震输入下,场地人工波激起桥塔的地震反应最剧烈,且随着地震动输入的不断加强,桥塔下塔柱、中塔柱靠近下横梁部位先后不同程度地出现了裂缝开展延伸现象,其中塔底向上30 cm区域内损伤较明显,存在多条贯通裂缝,塔底截面最外侧钢筋屈服,模型整体刚度有明显下降趋势,但桥塔抗震性能依然表现良好。     

顺层岩体各向异性对隧道地震响应的影响

为研究顺层岩体各向异性对隧道地震响应的影响,考虑顺层岩体的横观各向同性本构关系以及顺层岩体中地震波的偏振特性和相速度变化特点,基于黏弹性边界的时域波动理论,建立二维平面地震波从隧道底部入射的输入方法。以某顺层岩体中高速铁路隧道为工程背景,采用ANSYS软件进行地震响应数值分析,研究平面地震波由隧道底部入射时岩层各向异性强度对隧道地震响应不对称性或非反对称性的影响。结果表明:地震qP波入射时,随岩层各向异性的增强,同一时刻地震响应的不对称性总体上逐渐增大,且服从近似线性关系,但地震响应的内力包络却无明确且统一的规律,视岩层倾角而定;地震qSV波入射时,地震响应的非反对称性随岩层各向异性的变化缺乏统一明确的规律,视岩层倾角而定。     

近场地震作用下铁路减震桥梁地震响应研究

为分析近场地震作用下的铁路减震桥梁顺桥向地震响应特性,用远场地震叠加三角函数型速度脉冲的方法模拟近场地震波,根据结构的弹塑性地震响应计算结果研究速度脉冲的波形、出现位置、脉冲时间对结构地震破坏的影响。结果表明:近场地震作用下铁路减震桥梁的减震效果降低,且支座的地震位移显著增大;速度脉冲波形、脉冲波发生时刻以及脉冲持续时间对桥梁地震响应有较大的影响;结构地震响应的最大值与地震波的SI值有较强的相关性,但与PGV/PGA值的相关性不明显;考虑限位装置地震碰撞效应以后,虽然支座地震位移得到了控制,但带来墩底剪力显著增大的问题;缓冲措施可以减小因碰撞引起的墩底剪力。     

连拱隧道爆破荷载效应分析

针对连拱隧道设计、施工中存在的问题,采用三维有限差分程序FLAC3D2.0,对连拱隧道进行了爆破荷载数值模拟分析,分析结果表明:在相同条件下,爆破振动受围岩弹性模量E的影响较大,围岩越弱、振动越强烈,反之,围岩越硬、振动越小;爆破应力波最初以冲击波的形式向外传播,随着波阵面不断向外传播,冲击波发生衰减,逐渐从强冲击波衰减成弹性波和地震波,围岩越好、衰减速度越快;爆破振动对隧道的危害主要由一次齐爆最大单响装药量确定;爆破对临时支护的影响较显著,应采用有效措施保护中墙。     

横向地震作用下车辆−板式无砟轨道系统随机振动分析

地震波本质为非平稳随机过程。为了准确分析地震波对车辆?轨道系统非线性振动行为及动力可靠度的影响,基于车辆?轨道动力相互作用模型、轨道不平顺概率模型和概率密度演化方程,建立考虑轨道随机不平顺作用的横向地震?车辆?轨道系统随机分析及可靠度计算模型。以地震波演化功率谱模型为例,峰值加速度取为1.96 m/s2,对地震和轨道不平顺联合作用下的车辆?轨道系统随机响应进行数值分析。研究结果表明:当考虑轨道不平顺和地震波的联合作用时,车体横向加速度和轮轨横向力较仅考虑地震波作用下的系统响应增大约10.92%和24.97%;轨道随机不平顺与地震随机波的耦合将进一步增大结构动力响应的离散性,故而开展地震和轨道随机不平顺的联合分析是必要的。     

基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的:地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节.大跨度桥梁结构由于基础间间距较大,进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响.目前,国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见.该文基于大型有限元分析软件MIDAS/CIVIL计算平台,较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异,分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应,对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论.研究结论:在一定的相位差范围内,考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时,结构的内力与位移均呈周期性变化,并且变化周期与桥梁自振周期基本一致.同时,行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响.     

基于多点激励动力模型的支承体系斜拉桥行波效应分析

研究目的：地震激励的输入是大跨度桥梁结构抗震设计中最薄弱的环节。大跨度桥梁结构由于基础间间距较大，进行地震响应分析时应考虑行波效应的影响。目前，国内对于支承体系斜拉桥行波效应影响规律的研究成果并不多见。该文基于大型有限元分析软件MIDAS／CIVIL计算平台，较为准确地模拟了地震波对郑州市中心区跨铁路斜拉桥基础不同位置的激励差异，分析比较了该桥在不同波速地震波作用下的行波效应，对该类桥型地震响应行波效应的一般影响规律进行了讨论。研究结论：在一定的相位差范围内，考虑地震波的各单向行波效应和三向正交行波效应时，结构的内力与位移均呈周期性变化，并且变化周期与桥梁自振周期基本一致。同时，行波效应对支承体系斜拉桥地震响应峰值存在显著影响。     

考虑非一致地震输入的车-桥系统动力响应分析

针对地震对列车在高速铁路桥梁上走行安全性的影响,将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来,建立可考虑行波效应影响的长大跨度桥梁—列车耦合系统的地震反应分析模型。利用车—桥系统地震反应分析程序,对高速列车在不同特征地震荷载作用下通过某高速铁路连续梁桥进行仿真分析,研究列车速度和地震波行波效应对车—桥系统动力响应的影响。研究结果表明:地震波行波效应对车—桥系统的振动响应有重要影响,并不总是地震波行波速度越大,车辆的动力响应的计算结果越接近一致激励时的相应值;在进行大跨度连续梁桥车—桥系统的地震反应分析时,应按桥址处的实际场地土特性考虑地震波行波效应的影响;地震荷载作用时车体的横向振动加速度以及各项安全评价指标均随列车速度的提高而增大,在评价地震作用下高速铁路连续梁桥上列车的走行安全性时,必须考虑列车运行速度的影响,给出了确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值。     

季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构地震反应分析

冻土层的存在，对桥梁结构抗震安全性的影响是一个值得重视的问题。本文利用黏-弹性边界模拟波向无穷远辐射的结构-地基土一体化计算方法，对季节性冻土区和多年冻土区桥梁结构在不同地震波作用下的反应进行计算，分析冻土层的变化对桥梁结构地震反应的影响，总结在地震荷载作用下，不同场地、不同的冻土厚度、不同高度的桥墩和不同基础条件下桥墩应力分布的一般规律。分析结果表明：在Ⅱ类场地上，冻土层对桥墩地震反应的影响十分显著，不同类型冻土场地上桥墩的最大反应差值可达1倍以上；墩高在10～22m时，冻土层对桥墩地震反应的影响最为显著；不同类型的桥墩基础，对冬夏两季桥墩的地震反应的影响不大；在一般情况下，桥墩的地震反应与冻土性质、桥墩的动力特性以及地震波的性质均密切相关，按融土状态进行设计往往是不安全的，需要考虑桥墩与冻土层相互作用的影响。     

地震波交错网格高阶差分数值模拟研究

研究目的:地震波数值模拟技术是勘探地球物理学中的重要组成部分,研究通过弹性波一阶速度-应力方程,采用交错网格高阶有限差分法实现了地震波在各向同性介质中的高精度的数值模拟,并采用完全匹配层(PML)吸收边界来消除边界反射,可取得较好的效果。研究结论:通过模型的正演计算和复杂模型的处理结果表明,交错网格高阶有限差分法数值模拟是一种快速有效的地震波数值模拟方法。可用于为地震勘探选择采集参数,优化观测系统提供依据,以提高采集数据的质量,有效地解决铁路勘察过程中的地质问题。     

大跨斜拉桥减震控制分析

研究目的：对设置阻尼器的斜拉桥进行地震反应数值模拟，为半主动控制和被动控制在大跨斜拉桥减震中的应用提供理论指导。研究方法：以一座大跨斜拉桥为实例，通过建立其有限元模型计算分析主动控制、半主动控制和被动控制对飘浮体系斜拉桥的减震效果，并分析地震行波效应对斜拉桥地震反应的影响。研究结论：半主动控制和被动控制对该斜拉桥的大部分地震反应均能取得良好的控制效果，但是使得桥梁塔底剪力等部分地震反应增大；不同频谱成分的地震动输入显著影响斜拉桥的地震反应和控制方法的减震效果；行波效应对斜拉桥主梁具有不利影响，但对桥塔抗震有利，并且对3种控制方法减震效果的不利影响很小。     

陇南市三家地黄土地震滑坡形成机理研究

研究目的:5.12汶川大地震给人民生命财产造成了极大损失。震后10年内,将是次生地质灾害频发期。其中,滑坡是最为广泛、危害最大的灾害之一。正确认识地震诱发型滑坡形成机制,是防治设计的基础和依据。研究结论:以陇南三家地黄土地震滑坡为例,认为黄土泥岩顺层缓倾结构是此地震滑坡产生的内在因素,地处两构造交汇地带为滑坡形成提供内在动力,泥石流异常发育是滑坡形成的主要外部因素,而地震波传播方向与坡体应力场方向耦合、地震波与黄土显微结构的耦合及地震波与突发地下水异常的耦合是该滑坡形成的诱发因素。针对滑坡形成机理提出了防治建议,对认识地震诱发型滑坡形成机理,有效降低地震诱发的次生灾害,促进灾后重建工作有一定指导意义。     

行波效应下劲性骨架混凝土拱桥地震响应规律分析

采用SAP2000建立了基于大质量法的动力分析模型,选取了4条NGA-West2数据库中与实际工程场地条件类似的地震波通过调幅后作为输入地震动,研究了行波效应对大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥地震响应的影响规律。研究结果表明:大跨度铁路劲性骨架混凝土拱桥在非一致激励下交界墩伸缩缝位移和主拱拱脚及主拱L/4处弯矩随相位差的变化具有周期性,且变化周期与结构1阶纵向自振周期基本一致,在相位差为结构1阶纵向自振周期的2n倍(n为整数)时结构响应处于峰值,在(2n+1)/2时结构响应处于谷值;跨中伸缩缝位移、拱顶轴力在非一致激励下分别为一致激励下的50~150倍,100~300倍;由于行波效应加剧了结构地震响应,在进行大跨度劲性骨架混凝土拱桥抗震设计时应考虑行波效应对结构关键部位的影响。     

黄土隧道仰边坡及洞口段地震动响应试验研究

随着西部大开发的进一步深入,国家对该地区的抗震减灾工作提出更高的要求。以郑西客专和宝兰客专线上比较典型的黄土隧道为工程背景进行振动台模型试验,本次试验加载的地震波形为正弦波(3~50 Hz)、汶川卧龙波和EL-Centro波,通过对试验过程中边坡和隧道洞口段的失稳破坏形式以及得到的实验数据研究分析,得出以下结论:(1)试验过程中模型在坡顶、坡面、拱顶以及拱脚处分别出现不同程度的裂缝,坡顶中部出现错台和震陷。随着地震动峰值加速度的增大边坡鼓出现象更加明显,同时存在隧道一侧滑塌破坏程度大于纯边坡一侧。(2)隧道的存在会加大坡面的加速度,坡顶边缘处的动力放大效应比较明显,当台面峰值加速度增大时会出现放大效应趋于"饱和"现象。(3)随着地震动峰值加速度的增大,仰拱和拱顶的最大土压力值位置逐渐向隧道洞内延伸,洞口段衬砌加速度和土压力沿隧道轴向一般先增大再减小,洞口段的抗震设防长度建议为5倍的最大洞径。     

行波及相干效应对超千米跨度斜拉桥多维多点随机地震响应的影响

为了研究行波及相干效应对超千米跨度公铁两用斜拉桥地震响应的影响,基于通用有限元软件ANSYS,借助高效的虚拟激励法分别得到考虑两种效应的结构地震响应值,通过对比研究,结果表明:(1)仅考虑行波效应时,在视波速取500 m/s工况下,主梁纵向位移和竖向位移出现最大均方根值,行波效应对主梁纵向位移响应影响最为显著;(2)仅考虑相干效应时,主梁纵向位移和横向位移在部分相干工况下出现最大均方根值,主梁跨中横向位移的均方根值为0.274 m,较一致激励(完全相干)增大了126.4%;(3)两种效应对结构1号边墩、2号辅助墩和3号主塔的不同地震响应的影响程度存在较大差异,需具体响应具体分析。通过各具体工况下的结果对比,得出超大跨度斜拉桥地震响应分析考虑行波和相干效应十分必要的结论。     

河流峡谷地段地质选线方案研究

研究目的：河流峡谷地段，不良地质极为发育，规模大，又为地下水的排泄区，发育区域性暗河；线路设计同时受技术标准、投资影响；控制选线的因素极为复杂。本文以渝怀线乌江峡谷地质选线研究为例，对经受施工、运营、汶川地震检验，证明合理的地质选线的经验、成果进行研究、归纳、总结，指导类似河流峡谷地段铁路勘察设计工作。研究结论：先期进行河流左、右岸地质选线；峡谷段不良地质极发育，线路方案受地质条件控制，有条件时，线路内移避开沿岸不良地质；线路绕避不良地质困难或代价极高时，只要地质探明，工程措施到位，线路完全可以通过不良地质；根据岩溶发育规律及暗河标高，宏观指导选线，线路最好尽量选择通过岩溶发育安全带。     

青山长江大桥主航道桥结构动力特性分析

研究目的:青山长江大桥主航道桥是目前世界最大跨径全漂浮体系斜拉桥,桥塔为目前世界最高的A形桥塔,主梁为目前长江上最宽的钢箱梁,其动力特性是结构受力特性的关键,与常规斜拉桥相比具有独特之处。本文采用ANSYS建立空间有限元计算模型,对青山长江大桥主航道桥成桥状态、施工阶段最大单悬臂状态结构动力特性进行分析,从而为进一步进行结构抗震、抗风性能分析研究奠定基础。研究结论:(1)在成桥状态时,结构前3阶振型分别为纵飘、对称侧弯、对称竖弯,对应周期分别为14.22 s、6.25 s、4.78 s;在最大单悬臂状态时,结构前3阶振型分别为侧弯、竖弯、竖弯,对应周期分别为8.4 s、4.44 s、2.93 s,两种状态均属于长周期结构;(2)成桥状态和最大单悬臂状态时,结构侧向刚度均偏弱,对横向风致振动响应敏感;(3)结构采用A形桥塔、超宽主梁、空间双索面提高了结构的扭转频率和抗扭刚度,增强了结构的抗扭稳定性,边跨设置辅助墩提高了结构频率和刚度;(4)在成桥状态时,结构的高阶振型中出现了振型的耦合现象;在最大单悬臂状态时,结构的低阶振型中即出现了振型的耦合现象;(5)本研究成果可为大跨度全漂浮体系斜拉桥结构抗震、抗风设计提供依据。     

瓦日铁路太行山隧道嶂石岩地貌区水文地质特征研究

瓦日铁路为我国首条30 t轴重的重载铁路,嶂石岩地貌为我国特有的砂岩地貌。以太行山隧道为工程背景,系统分析嶂石岩地貌水文地质特征,并尝试应用不同涌水量预测方法对比分析预测精度,得出嶂石岩地貌区水文地质具二元结构,Ω套谷、宽张裂隙发育,岩溶泉水二次入渗补给等特征;Ω沟口、地形陡峻带、宽张裂隙发育带富水;宽张裂隙不发育区采用补给区修正大气降水入渗法,Ω套谷、宽张裂隙发育区采用补给模数修正地下水动力学法对涌水量进行预测,可信度较高。研究所得结论对嶂石岩地貌区水文地质分析及隧道涌水量预测具一定的参考价值,可供同类工程借鉴。     

大跨度钢管混凝土拱桥地震响应分析

采用大型通用有限元前后处理软件MSC Patran建立大跨度铁路钢管混凝土拱桥的有限元模型.根据地震响应分析输入地震波的选择原则及桥址地震烈度,选用经过加速度幅值调整的EL-Centro地震波作为输入地震波,进行大跨度铁路钢管混凝土拱桥在水平地震波、三向地震波、一致激励和多点激励下结构的地震响应分析.分析结果表明:结构在水平地震波和三向地震波作用以及在一致激励和多点激励作用的地震响应差别很大,且没有简单明确的变化规律,因此必须采用同时考虑三向地震波和多点激励共同作用的动态时程分析法才能较真实的反应结构在地震作用下的实际受力状态和变形性能.