地震作用下車橋系統(tǒng)動力響應分析的若干關鍵問題研究.pdf

1、近些年來，中國的高速鐵路事業(yè)取得了巨大的發(fā)展，很大程度上解決了大城市之間的交通問題，提高了人們的出行效率。為了保證高速鐵路運行的平順性和穩(wěn)定性，并盡量避免影響鐵路沿線的既有環(huán)境，高速鐵路線路中橋梁的比例不斷增加，使得在地震多發(fā)區(qū)域地震發(fā)生時列車正在橋梁上行駛的概率大大提高。因此，研究地震作用下的車-橋動力相互作用問題將具有十分重要的意義。
　　在研究地震作用下車橋耦合動力問題時，地震動空間變異性和樁土動力相互作用是兩個不能忽略的影

2、響因素，在分析計算時應充分考慮。場地地形條件作為地震動空間變異性的一個重要方面，其對地震作用下車橋耦合系統(tǒng)動力響應的影響也不容忽視。為了研究場地地形條件及樁土相互作用對地震作用下車橋耦合系統(tǒng)動力響應的影響，本文基于國內外已有的研究成果，建立了考慮樁土相互作用的車橋耦合系統(tǒng)動力分析模型以及考慮地形條件的地震作用下車橋耦合動力分析框架，對上述兩種因素分別進行了研究和討論。主要工作及創(chuàng)新之處如下:
　　1)基于Duhamel積分的高效車

3、橋耦合動力分析方法
　　基于Duhamel積分理論，推導了單自由度體系在折線荷載作用下的解析解?；谠摻馕鼋?，假設列車與橋梁之間的相互作用力在指定時間步長內呈線性變化，通過迭代求解車橋耦合系統(tǒng)在任意時刻的動力響應。以簧上質量過橋簡化模型和一節(jié)四軸客車勻速通過32m簡支梁模型為算例，將計算結果與傳統(tǒng)的Newmark-β方法進行對比，對該方法的適用性進行了驗證并對比了兩種方法的計算效率。分析結果表明，基于Duhamel積分的車橋耦合動

4、力分析方法能夠有效提高計算效率，為后續(xù)研究奠定了基礎。
　　2)基于地震動位移輸入模式的車橋耦合地震響應分析模型
　　通過簧上質量過橋的算例，分析了結構擬靜力項對車橋耦合系統(tǒng)地震響應的影響。對基于地震動位移輸入模式的結構動力分析的振型分解法進行了驗證，并在此基礎上，建立了基于地震動位移輸入模式的地震作用下車橋耦合系統(tǒng)動力分析模型。該模型不僅成功考慮了結構擬靜力分量的影響，而且避免了復雜的分析計算。相較于傳統(tǒng)抗震分析中的加速度

5、輸入模式，該方法適用于各種輪軌關系模型，具有更普遍的適用性。
　　3)樁土相互作用對車橋系統(tǒng)動力響應的影響分析
　　提出了考慮樁土相互作用的車橋耦合動力分析框架，并在框架中成功考慮了樁基礎阻抗函數(shù)的頻率相關性。依據(jù)子結構方法，將完整的列車-橋梁-樁基礎-地基系統(tǒng)動力分析模型分解為列車-橋梁動力相互作用子系統(tǒng)和樁基礎-地基動力相互作用子系統(tǒng)。分別建立兩個子系統(tǒng)在時域內的運動方程，通過迭代求解得到兩個子系統(tǒng)的動力響應。以一列8節(jié)

6、編組的列車通過5跨簡支梁為算例，研究了樁土相互作用對車橋耦合系統(tǒng)動力響應的影響，并嘗試確定樁土相互作用的影響可以被忽略的土體剪切波速閾值。
　　4)地形條件對車橋系統(tǒng)地震響應的影響分析
　　首次在車橋耦合系統(tǒng)地震分析中考慮了場地地形的影響?；谟邢拊椒ê驼硰椥赃吔缋碚?，建立了橋梁所在場地的土體模型，并通過將地震動轉化為作用于粘彈性邊界上的等效荷載來實現(xiàn)地震動的輸入，經(jīng)過時程分析，獲得考慮地形條件影響的橋梁各支撐處的地震動時