地震动分量对车-轨-桥系统动力响应影响研究

为研究横向、竖向、纵向及三向地震动分量对车-轨-桥系统动力性能的影响,以高速铁路10跨32m双线简支箱梁桥为背景进行分析。采用仿真分析程序TTBSAS,选取一致激励模式输入10条典型地震波,分析在无震,横向、竖向、纵向及三向地震动分量作用下车-轨-桥系统的钢轨横(竖)向位移、加速度等桥梁结构动力响应,以及脱轨系数、轮重减载率、轮对横向力等列车动力响应。结果表明:在不同地震动分量作用下,高速铁路简支梁桥的横向和竖向动力响应具有弱耦合性;横向地震动分量会同时增大钢轨的横向和竖向动力响应;横向地震动分量对桥上列车行车安全的威胁最大,在进行地震作用下的车-轨-桥系统行车安全性研究时,可考虑仅输入横向地震动分量进行计算。     

基于多点激励的刚构—连续组合梁桥行波效应分析

为了探讨行波效应对刚构-连续组合梁桥结构不同部位响应极值的影响规律,以某48 m+5×80 m+48 m刚构-连续组合梁桥为背景,建立刚性地基和弹性地基2种计算模型,采用大质量法(LMM)求解了一系列相位差条件下结构的非线性地震响应.分析结果表明:对于主跨大于或等于80 m的刚构-连续组合梁桥,在抗震设计中必须考虑行波效应的影响,且应重点关注刚构墩的地震响应;在进行行波效应分析时必须根据基岩类型选择恰当的相位差输入,以此来获得结构真实的地震响应;在纵向行波作用下,结构的内力响应峰值和位移响应峰值均随相位差呈周期性变化,其变化周期与结构的特征周期相一致.     

考虑地震动水力的跨海斜拉桥减震控制研究

处于深水环境的跨海斜拉桥,地震灾害会诱发显著的地震动水力作用于高桩承台群桩基础,导致结构地震响应发生改变。为探究考虑地震动水力对桥梁纵向减震控制效果的影响,以某主跨400 m的跨海斜拉桥为例,基于辐射波浪理论推导不同截面尺寸构件的地震动水力解析解,并将其通过节点质量附加于高桩承台群桩基础,建立考虑地震动水力的水-结构相互作用模型。在此基础上,在塔、梁连接处设置黏滞阻尼器建立桥梁纵向减震体系,采用OpenSees分别建立考虑和不考虑地震动水力的减震控制有限元模型,沿桥梁纵向输入地震波对比计算地震动水力对黏滞阻尼器减震效果的影响。结果表明：地震动水力对结构基频影响甚微,但会显著降低后续高阶的自振频率,其对斜拉桥桥梁结构自振特性的影响不容忽略;地震动水力会显著增大结构动力响应,忽略地震动水力将高估黏滞阻尼器对斜拉桥主梁纵向位移的控制能力;考虑地震动水力后,更加凸显阻尼常数C对桥梁减震控制效果的影响起主导地位,据此提出“先定阻尼常数C,后选阻尼指数α”的阻尼器参数选取原则。依据该原则,推荐阻尼常数C宜控制在4 000～6 000 kN·(m/s)-α,阻尼指数α宜控制在0.5～0.7范围内。其...     

近断层地震作用下高铁连续刚构桥减震控制研究

为探究近断层地震作用下高速铁路连续刚构桥的抗震性能及减震控制措施,基于Makris速度脉冲模型,通过Matlab软件人工生成近断层脉冲型地震,利用OpenSees建立某高速铁路(82+146+82) m连续刚构桥线桥一体化有限元模型,分析不同速度脉冲类型、脉冲周期、脉冲幅值对桥梁动力响应的影响。在此基础上,研究不同参数液体黏滞阻尼器对近断层脉冲型地震的减震效果。研究结果表明：速度脉冲会显著增大地震加速度反应谱的长周期谱值,长周期反应谱幅值出现在脉冲周期对应的反应谱周期附近。对于本文算例,当速度脉冲周期Tp为1 s时,单半波速度脉冲为最不利脉冲类型;当速度脉冲周期Tp>1 s时三半波脉冲为最不利脉冲类型;速度脉冲会导致桥梁的墩顶位移大大增加,若不加以控制可能导致桥墩破坏甚至桥梁倒塌。液体黏滞阻尼器可有效降低近断层脉冲型地震作用下高速铁路连续刚构桥的动力响应,减震效果良好。在阻尼系数C为1 000～9 000 (kN·s)/m,速度指数α为0.1～0.9范围内,阻尼系数越大、速度指数越小、液体黏滞阻尼器对墩顶位移和墩底内力的控制效果越好,对于采用液体黏滞阻尼器进行减震控制的高速铁路连...     

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+580 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.      

考虑桩土相互作用的车-轨-桥系统地震响应分析

弄清桩土相互作用对车桥系统地震响应的影响对于研究地震引起的高速铁路桥上列车行车安全问题十分必要.基于列车-轨道-桥梁耦合振动理论,采用Winkler地基梁模拟群桩基础并通过m法计算弹簧参数,建立了地震作用下的列车-轨道-桥梁-群桩耦合振动模型,并编制了仿真分析程序.以某(88+168+88)m预应力混凝土连续刚构桥为例...     

地震作用下445 m上承式高速铁路拱桥行车安全分析

为研究地震对高速铁路超大跨上承式拱桥行车安全性的影响,采用自主研发的列车-轨道-桥梁-地震分析系统程序TTBSAS,以一座445 m上承式钢筋混凝土拱桥为例,通过相对运动法输入3条实测地震波进行仿真计算,探讨不同地震波输入对计算结果的影响,以及有/无震下不同编号车辆动力响应的幅值分布规律,给出地震时CRH3高速列车通过该桥时的地震动阈值。结果表明:地震波的选择对计算结果的影响显著;无震时,车辆动力响应与车辆参数关系密切,可采用第1辆车(动车)和第2辆车(拖车)的动力响应来评判整列车的行车安全性与乘坐舒适性,有震时,地震动的非平稳性成控制因素,需综合考虑所有编号车辆的动力响应;地震动阈值随车速的增加而减小,当车速为300 km/h时,445 m上承式钢筋混凝土拱桥的地震动阈值为0. 15g。     

乌苏大桥大挑臂钢箱组合梁扭转性能试验研究

为研究大挑臂钢箱结合梁截面的抗扭刚度,以黑瞎子岛乌苏大桥——(140+140)m的钢箱组合梁独塔单索面斜拉桥为对象,通过1∶4的缩尺节段模型试验和有限元计算,对单车道、双车道和3车道偏载工况下结构的扭转性能进行分析。结果表明:3车道偏载作用下,主梁的实测最大扭转角和最大剪应力为9.88×10-4 rad和14.71MPa,远小于桥面横坡2%和规范允许的125MPa,乌苏大桥钢箱组合梁截面具有足够的抗扭刚度,且富余量大;增加钢箱梁底板和腹板厚度可显著提高钢箱组合截面的抗扭刚度,而增加钢箱梁顶板厚度对截面抗扭刚度的提高有限。     

非一致地震激励下列车-轨道-桥梁耦合振动模型

为探讨行波效应对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,采用35个自由度的机车车辆模型、板式无砟轨道模型和桥梁有限元模型,通过引入地震多点激励模式,建立了非一致地震激励下的列车-轨道-桥梁耦合振动模型,并编制了相应的仿真分析程序.以跨度32 m的简支梁桥为例,输入El Centro地震波,计算了一致激励和行波激励下车桥系统的动力响应.结果表明:行波效应对耦合系统动力响应幅值的影响很大.当车速为350 km/h、行波速度为300 m/s时的脱轨系数、轮重减载率和轮轨横向力比一致激励分别降低84.1%、19.5%和87.8%.因此,忽略行波效应可能造成对地震时桥上列车行车安全的误判.