非線性樁-土作用對車橋耦合振動的影響研究.pdf

1、車橋耦合計(jì)算方法已經(jīng)成為評價(jià)橋梁動力設(shè)計(jì)參數(shù)合理與否以及列車安全性評估的重要手段。建立準(zhǔn)確的車橋耦合計(jì)算模型是進(jìn)行車橋耦合計(jì)算的前提和關(guān)鍵。對于車橋耦合作用而言,其動力特性的影響因素除了上部結(jié)構(gòu)外,樁基系統(tǒng)也是一個(gè)不可忽略的因素。在目前的車橋耦合研究較少考慮樁-土的非線性相互作用。實(shí)際上,在動力荷載作用下,樁和土之間存在著變形的相互制約和能量的相互傳遞。因此考慮非線性樁-土相互作用的車橋耦合振動成為一個(gè)值得研究的課題。
　　本文基

2、于土-結(jié)構(gòu)動力學(xué)以及車橋耦合理論建立了樁-土-橋-車的動力作用分析模型。分析了考慮非線性樁-土相互作用的車橋耦合響應(yīng),并不考慮樁-土相互作用的車橋耦合響應(yīng)進(jìn)行了對比分析。其主要研究內(nèi)容如下:
　　1.基于文克爾地基梁理論,利用修正的P-Y曲線法和荷載傳遞雙曲線法,模擬樁-土水平方向和豎直方向的非線性相互作用。采用了樁和土相對剛度來計(jì)算水平方向樁-土相互作用的初始剛度。通過Mohr-Coulomb法則得到土的極限抗力,并結(jié)合Matl

3、ock P-Y曲線法對極限抗力的表達(dá)式進(jìn)行了修正,充分考慮了土的極限抗力的深度效應(yīng)。從而建立了非線性樁-土相互作用模型。并分析樁基各主要參數(shù)對樁基承載力的影響。
　　2.針對包含31個(gè)自由度的二系懸掛四軸動車模型,包含12個(gè)自由度的空間梁單元橋梁動力學(xué)模型,以及建立的非線性樁-土相互作用模型,建立了樁-土-橋-車體系動力學(xué)模型。為提高樁-土-橋-車動力體系振動微分方程的求解速度,采用了“新型顯式Newmark-β”法與傳統(tǒng)隱式“N

4、ewmark-β”法分別求解車輛動力方程和橋梁(包含樁-土)的動力方程。
　　3.以某一位于深厚軟弱場地的高速鐵路橋梁為背景,建立了包含非線性樁-土相互作用的車-橋耦合有限元模型。在此基礎(chǔ)上對該高速鐵路橋梁振動特性以及高速列車在其上運(yùn)行的安全性能進(jìn)行了分析。發(fā)現(xiàn)考慮非線性樁-土相互作用后橋梁振動的位移響應(yīng)變大,加速度響應(yīng)變小。非線性樁-土相互作用對車輛的安全性能有利。此計(jì)算方法和結(jié)果為軟弱基礎(chǔ)的高速鐵路線路的分析和設(shè)計(jì)提供了參數(shù)和