地震作用下車橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)分析的若干關(guān)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(yùn)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(shí)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(dòng)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(dòng)力問題時(shí)，地震動(dòng)空間變異性和樁土動(dòng)力相互作用是兩個(gè)不能忽略的影

2、響因素，在分析計(jì)算時(shí)應(yīng)充分考慮。場(chǎng)地地形條件作為地震動(dòng)空間變異性的一個(gè)重要方面，其對(duì)地震作用下車橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響也不容忽視。為了研究場(chǎng)地地形條件及樁土相互作用對(duì)地震作用下車橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響，本文基于國內(nèi)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(dòng)力分析模型以及考慮地形條件的地震作用下車橋耦合動(dòng)力分析框架，對(duì)上述兩種因素分別進(jìn)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(dòng)力分析方法
　　基于Duhamel積分理論，推導(dǎo)了單自由度體系在折線荷載作用下的解析解?；谠摻馕鼋猓僭O(shè)列車與橋梁之間的相互作用力在指定時(shí)間步長內(nèi)呈線性變化，通過迭代求解車橋耦合系統(tǒng)在任意時(shí)刻的動(dòng)力響應(yīng)。以簧上質(zhì)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(jì)算結(jié)果與傳統(tǒng)的Newmark-β方法進(jìn)行對(duì)比，對(duì)該方法的適用性進(jìn)行了驗(yàn)證并對(duì)比了兩種方法的計(jì)算效率。分析結(jié)果表明，基于Duhamel積分的車橋耦合動(dòng)

4、力分析方法能夠有效提高計(jì)算效率，為后續(xù)研究奠定了基礎(chǔ)。
　　2)基于地震動(dòng)位移輸入模式的車橋耦合地震響應(yīng)分析模型
　　通過簧上質(zhì)量過橋的算例，分析了結(jié)構(gòu)擬靜力項(xiàng)對(duì)車橋耦合系統(tǒng)地震響應(yīng)的影響。對(duì)基于地震動(dòng)位移輸入模式的結(jié)構(gòu)動(dòng)力分析的振型分解法進(jìn)行了驗(yàn)證，并在此基礎(chǔ)上，建立了基于地震動(dòng)位移輸入模式的地震作用下車橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析模型。該模型不僅成功考慮了結(jié)構(gòu)擬靜力分量的影響，而且避免了復(fù)雜的分析計(jì)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(guān)系模型，具有更普遍的適用性。
　　3)樁土相互作用對(duì)車橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響分析
　　提出了考慮樁土相互作用的車橋耦合動(dòng)力分析框架，并在框架中成功考慮了樁基礎(chǔ)阻抗函數(shù)的頻率相關(guān)性。依據(jù)子結(jié)構(gòu)方法，將完整的列車-橋梁-樁基礎(chǔ)-地基系統(tǒng)動(dòng)力分析模型分解為列車-橋梁動(dòng)力相互作用子系統(tǒng)和樁基礎(chǔ)-地基動(dòng)力相互作用子系統(tǒng)。分別建立兩個(gè)子系統(tǒng)在時(shí)域內(nèi)的運(yùn)動(dòng)方程，通過迭代求解得到兩個(gè)子系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。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(duì)車橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)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(duì)車橋系統(tǒng)地震響應(yīng)的影響分析
　　首次在車橋耦合系統(tǒng)地震分析中考慮了場(chǎng)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(chǎng)地的土體模型，并通過將地震動(dòng)轉(zhuǎn)化為作用于粘彈性邊界上的等效荷載來實(shí)現(xiàn)地震動(dòng)的輸入，經(jīng)過時(shí)程分析，獲得考慮地形條件影響的橋梁各支撐處的地震動(dòng)時(shí)