高速铁路车-桥耦合体系地震响应分析

为了研究车桥耦合体系在地震作用下的响应,采用有限元方法,在现有有限元模型基础上,建立了更为精细的高速铁路车-桥耦合模型,计算了车桥体系的动力特性及典型地震动输入下的反应。同时还建立了单桥有限元模型,比较了单桥模型和车桥耦合模型的自振特性和地震响应的差异,得到了桥面加速度反应放大系数。结果表明:在给定的典型地震动作用下,车桥耦合模型地震响应放大系数与单桥模型有较大差异,同时输入地震动频谱特性对桥面地震加速度响应有显著影响。     

地震作用下高速铁路车-线-桥耦合系统动力响应分析

地震激励对高速车辆-简支箱梁桥系统动力响应的影响关系到高速铁路运营安全。基于车辆-轨道耦合动力学和列车-轨道-桥梁动力相互作用理论,运用有限元和多体动力学方法,建立高速铁路桥梁区段车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学模型,分析在人工地震波作用下高速铁路车-线-桥耦合系统动力响应。结果表明:地震激励对轨道板、支撑层和桥梁的横向振动特性的影响大于对垂向振动特性的影响,桥梁结构对地震激励的敏感程度大于轨道结构;车辆运行速度对系统垂向振动特性的影响大于对横向振动特性的影响。研究结论可为地震荷载作用下高速铁路安全运营提供理论依据。     

地震-列车移动荷载耦合作用下高铁路基振动特性研究

基于轨道结构-路基-地基动力相互作用理论,建立考虑地震-列车移动荷载耦合输入的轨道结构-路基-地基动力学模型,研究高速铁路路基及轨道在耦合荷载作用下的振动响应问题。通过编制DLOAD子程序并与ABAQUS有限元计算程序联立,实现地震荷载与列车移动荷载耦合作用的施加,以高速铁路桩承式路基及自由式路基为研究对象,对地震-列车移动荷载耦合作用下两种路基系统的动力响应进行数值计算并比较两者的振动响应差异。结果表明,耦合荷载对桩承式路基动力响应影响显著,该荷载作用下桩承式路基会发生共振现象,使得桩承式路基中轨道和路基振动位移幅值均大于自由式路基的振动位移幅值;桩承式路基不会影响路基系统的振动频率,但会改变路基系统的振动大小,桩承式路基中轨道X方向加速度、路肩边及路基坡脚处的竖向加速度分别减小6.2%、50%、28.6%。     

地震环境下铁路轮轨动态安全性能及脱轨研究进展

针对地震环境下铁路轮轨动态安全性及列车脱轨问题,本文详细地评述了近些年来国内外的研究进展情况。首先分析了地震作用下轮轨相互作用模型,包括密贴轮轨接触模型、简化轮轨弹性接触模型、轮轨弹性接触模型;然后分别评述了地震激励模型及输入方法的研究进展;接着分析了地震作用下列车脱轨判断准则、铁路地震预警系统及防脱轨措施的研究进展;接下来分析了车辆-轨道耦合动力学理论在地震作用下列车脱轨研究中的应用前景,并结合笔者目前现有工作,对车辆高速跳轨脱轨时的轮轨动态接触几何状态及其边界条件进行了初步的探讨;最后,建议了地震环境下列车运行安全性及脱轨机理等方面的今后研究重点。     

改进的标准化累积绝对速度及其在高速铁路地震报警应用中阈值的确定

为降低无破坏性的近震小震对高速铁路地震报警的干扰,本文引入改进的标准化累积绝对速度作为报警参数,研究基于改进的标准化累积绝对速度地震报警阈值计算方法。通过建立车轨模型,分析不同周期横向简谐波作用下的列车安全运行极限状态,得出不同车速下改进的标准化累积绝对速度的起算阈值。参照标准化累积绝对速度CAV_STD计算公式,给出不同车速下改进的标准化累积绝对速度计算公式,并计算不同时速下列车分别在6条不同场地地震波作用下改进的标准化累积绝对速度报警阈值。     

大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动影响因素分析

以黄韩侯铁路新黄河特大桥156m简支钢桁梁桥作为工程背景,建立车辆动力模型、桥梁有限元模型并考虑轮轨关系,以蛇形运动和轨道不平顺作为系统的自激激励源,利用大型有限元软件ANSYS以及UM(Universal Mechanism)动力学分析软件联合进行仿真分析。从桥梁结构的桥门架、宽跨比、曲线钢桁梁桥和车辆系统的轨道不平顺以及货车编组角度出发,研究大跨度简支钢桁梁桥车-桥耦合振动的影响因素。经过计算分析得出:钢桁梁桥桥门架对桥梁跨中加速度影响较大;曲线钢桁梁桥随着线路半径的增大,各车辆动力响应参数逐渐变小,轮轨力受到影响;钢桁梁桥宽跨比的增加使得横向刚度随之增加,桥梁横向振动变小;各项车辆动力响应均随着轨道情况变差而总体呈现逐渐增大趋势,车辆安全性、舒适性和平稳性指标逐渐变差;全列空车编组和空重混编对钢桁梁车-桥耦合系统是不利的编组形式,实际情况中应该避免。     

轨道高低不平顺谱分析

基于国内外轨道高低不平顺功率谱密度拟合函数,通过编程数值计算分别对比研究了普通线路谱和高速线路谱对行车平稳舒适性、安全性、轮轨动力效应的影响.结果表明,铁科院干线谱和原长沙铁道学院谱激励下列车的平稳舒适性略优于美国六级谱,而前者的轮轨动力效应介于美国六级谱和美国五级谱之间,后者则与美国六级谱相当;时速120 km等级普通线路谱和时速160 km等级提速线路谱引起的列车行驶平稳性介于美国五级谱和六级谱之间,轮轨动力效应与美国六级谱较一致;铁科院郑武线高速谱和时速200 km等级提速线路谱引起的列车平稳舒适性介于德国高干扰谱和低干扰谱之间,而前者引起的轮轨力大于德国轨道谱,后者则与德国低干扰谱相当.同时采用三角级法给出各轨道谱的时域样本,作为车辆-轨道垂向耦合动力分析模型的轮轨激励输入,仿真计算了青藏客车YZ25T在普通轨道谱激扰下以时速90 km/h行驶和高速轨道谱激励下以时速200 km/h行驶时的轮轨竖向作用力,较好地验证了基于轨道谱密度函数的轮轨力效应分析结果.研究成果可为列车行驶振动反应分析中轮-轨不平顺激励谱的选择提供参考.     

基于设定地震确定非基岩场地弹塑性验算输入地震动探讨

对非基岩场地的甲类建筑弹塑性验算输入地震动中存在的问题进行讨论,探讨基于设定地震确定弹塑性验算输入地震动的方法。以某设施厂址为例,采用修改后的概率地震危险性公式计算潜源对工程厂址的影响。按照震级(M)-距离(R)-衰减关系标准差系数(ε)组合,对概率地震危险性分析结果进行分解,将三元变量(M,R,ε)的均值或众值计算的反应谱定义为设定地震动,并根据设定地震及其反应谱,选取实际地震动记录近似模拟地震动的离散;采用随机生成的土层模型进行地震响应分析,最终给出土层地表设定地震动的期望值作为输入地震动。     

考虑行波效应的车桥系统地震响应分析

借助虚拟激励法,本文研究了非一致水平地震作用下三维车桥耦合时变系统的非平稳随机振动问题。通过轮轨间位移协调关系将列车和桥梁运动方程进行耦合,建立了考虑行波效应的多点地震激励下列车-桥梁时变系统运动方程。水平地震激励假设为均匀调制多点异相位完全相干随机激励;轨道不平顺激励假设为多点异相位完全相干平稳随机激励。采用时变系统的虚拟激励法将这些随机激励分别转化为一系列虚拟的确定性激励,然后通过数值积分求解相应的虚拟响应,进而方便地得到系统随机响应的时变功率谱密度函数和标准差等。数值算例中,通过Monte Carlo法验证了本文随机振动分析方法的正确性和有效性,并讨论了地震波视波速、场地土条件等对系统随机响应的影响。     

大跨度桥梁结构多级地震响应研究

大跨度桥梁结构在地震发生时其支承点受到的地震动激励均不相同,使得在多级地震中其桥梁结构对于地震的响应程度也不同。通过分析多级地震作用下,水中结构的运动引起桥梁墩部周围水体辐射波浪运动对桥梁结构的影响,分析大跨度桥梁墩-水耦合边界。基于反应谱理论,计算大跨度桥梁结构承受的地震力最大值,得出多级地震响应曲线,以分析其多级地震响应;并以某地六跨桥为例,以多级地震下桥梁的位移、剪力、弯矩等响应时程为指标进行分析,得出有效结论。     

高速铁路弹塑性路基及轨道的地震反应特性研究

高铁列车运行时突发地震会对路基及轨道产生振动危害,严重影响列车的安全运行。为此,文中建立轨道系统-弹塑性路基-地基三维精细化有限元模型,分析高速铁路弹塑性路基和轨道在不同列车速度v(50、70、100、130 m·s~(-1))下的地震反应特性,结果表明:地震与列车共同作用下,路基和轨道的位移振幅主要受地震作用影响,而车速变化对路基位移幅值的作用较弱,对轨道的作用较强;地震发生时,列车以不同车速运行会对路基和轨道的频谱曲线产生不同程度的波动影响,其中在车速50 m·s~(-1)时波动最为剧烈,且总体向高频移动,并出现多个振动主频,此时路基和轨道的加速度峰值分别为单独移动荷载的2.3和1.3倍,路基及轨道加速度显著提高;地震作用下,列车的脱轨系数与横向位移在车速50 m·s~(-1)时显著增大,超过列车安全运行的标准;推测车速50 m·s~(-1)(180 km·h~(-1))为列车脱轨的临界速度。     

地震作用对轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响

本文分析地震作用对考虑土-结构相互作用的轻轨铁路车桥系统耦合振动的影响。文中建立了车桥系统考虑土-结构相互作用的三维空间模型，推导了考虑地震作用车桥系统的耦合振动方程，并编制了相应的计算程序。以时速100km的列车通过天津轻轨的一座四跨预应力混凝土连续刚构桥为例，对受天津波和El Centro波地震作用的车桥系统的耦合振动响应进行了仿真分析。结果表明：地震作用下车桥系统的耦合振动响应近似为桥梁地震响应与车桥系统耦合振动响应之和；地震作用对车桥系统横桥向耦合振动响应的影响最大，对竖向耦合振动响应的影响较小，而对顺桥向耦合振动响应的影响甚微；且不同地震波激励的影响程度有所不同。由此得出结论，地震作用与车桥系统的耦合振动存在很大程度的耦合，因此，在对高架桥梁上的轻轨铁路进行车桥耦合振动分析时必须考虑地震作用的影响，以保证列车运行的安全性和稳定性。     

旋转地震合成及其在大跨度悬索桥中的应用

为探究旋转地震动在大跨度悬索桥中的应用,首先,从线弹性理论和功率谱角度基于随机振动理论提出了6维地震动加速度功率谱模型;其次,基于MATLAB编制旋转地震动人工地震合成程序,从反应谱角度对合成地震动进行了正确性验证和拟合精度迭代调整;最后,分析了旋转地震动与地震动入射角对桥梁结构地震响应的影响。研究表明：人工合成的地震动平动分量反应谱与实测地震动的平动分量反应谱吻合度较高;六维地震动的主梁跨中竖向位移越是三维平动地震动的3倍,而主缆轴力峰值接近2.25E+05kN,约是三维平动地震动的1.3倍;旋转地震动和地震动入射角将会加大桥梁结构的位移响应和内力响应,且会减小塔底截面和桩最不利截面的安全性。     

地震对多跨简支梁桥上列车运行安全的影响

主要讨论了地震对多跨简支梁桥上列车运行安全的影响，建立了综合考虑地震输入，轨道不平顺和车辆蛇行运动的车－桥体系振动的动力分析模型，通过输入典型地震波，模拟列车过桥全过程，计算了车辆与桥梁的动力响应，研究了地震荷载对秦沈客运专线跨度为1232m的简支T梁和简支箱梁列车运行安全的影响，并讨论了列车运行速度和桥梁下部基础条件与车桥动力响应的关系。     

连续弯箱梁自行车桥地震响应分析

为研究厦门市弯箱梁自行车桥的地震响应规律,采用SAP2000有限元软件建立自行车高架桥三维壳体模型,在考虑多遇地震和罕遇地震水准作用及不同加载方向的基础上,分别采用反应谱分析法和时程分析法进行该桥的动力响应分析。结果表明：自行车桥z方向位移分量最大,且z方向分量极值均发生在曲线分叉段;相对剪力而言,桥墩竖向支反力相对较小;E1和E2地震水准响应情况随时间的变化趋势基本一致,桥梁结构未进入塑形状态,抗震性能良好,安全性指标较高;反应谱法计算得到的响应包络值相对3条不同的地震时程结果的峰值大,在实际桥梁抗震分析过程中需要综合考虑两者的分析结果。文章研究结果对今后自行车桥设计和抗震性能分析具有指导意义,并可为研究者对该类桥的进一步研究提供借鉴。     

T形刚构桥桥墩参数对车-桥动力响应影响研究

为研究T形刚构桥桥墩参数对车-桥动力响应的影响，以某高速铁路（77m+144m+77m）T形双薄壁连续刚构桥为研究对象，基于刚柔耦合理论，采用多体动力学和有限元联合仿真技术，建立考虑桩土效应的列车-桥梁动力相互作用模型，计算分析T形刚构桥墩宽度、厚度及混凝土强度等级变化对车-桥耦合系统的动力响应影响。结果表明:T形刚构桥墩宽度、厚度及混凝土强度等级的改变，对桥上车辆系统的安全性指标、舒适性指标影响较小；T形刚构桥墩参数改变，对桥梁系统横向位移、垂向加速度、横向加速度影响较小，而对垂向位移影响较大，但变化幅值均在高速铁路设计规范要求的范围内；在其他条件参数不变的情况下，可通过将桥墩宽度降低到设计宽度的75%—80%，或厚度降低到设计厚度的80%—85%，或桥墩混凝土强度等级降低为C35—C40对该高速铁路T形双薄壁连续刚构桥进行优化设计。     

正常工况下大型岸桥地震瑞利阻尼系数计算方法及试验研究

针对大型岸桥地震响应分析中不同的瑞利阻尼系数会导致计算结果存在较大偏差,基于相似模型试验数据与仿真计算结果的对比分析,并综合考虑岸桥边界约束等因素,借鉴工程中常用的瑞利阻尼系数计算方法改进了岸桥结构的阻尼系数计算方法及频率选取方式。利用仿真方法和振动台模型地震试验对比分析不同瑞利阻尼系数下岸桥结构的动力响应,结果表明：瑞利阻尼系数计算方法和频率选取对岸桥结构地震响应的影响随着地震加强而提高,当加速度峰值为0.4g、0.62g,现有的阻尼系数计算方法得到的仿真结果与试验值之间的平均误差超过20%,而采用改进后的阻尼系数计算方法,岸桥地震仿真结果与试验值误差都在10%以内。     

多维地震作用下高铁桥梁圆端形桥墩易损性分析

圆端形桥墩在高铁桥梁中应用广泛,为研究其在多维地震动作用下的易损性,首先基于OpenSees建立了某典型三跨高铁连续梁桥的非线性动力分析模型;然后以相对位移延性比为桥墩的损伤指标,确定了固定中墩各破坏状态的相对位移延性比界限值;最后,在考虑地震动输入角的基础上,基于易损性分析方法,对比分析了固定中墩顺桥向和横桥向的地震响应。结果表明:(1)同一地震动输入角下,固定中墩顺桥向的墩顶峰值位移平均值远大于横桥向;(2)当PGA值和地震动输入角都相同时,固定中墩顺桥向达到各破坏状态的概率明显大于横桥向,因此,在设计时应优先考虑顺桥向的破坏概率;(3)固定中墩顺桥向各破坏状态易损性云图的波动性明显大于横桥向,所以地震动输入角对固定中墩顺桥向的影响不容忽视。     

地震作用下大型渡槽结构纵向碰撞非线性分析

本文依据建立的渡槽薄壁结构动力分析模型,利用非线性接触单元Kelvin碰撞模型,开展了渡槽结构纵向碰撞非线性地震响应分析。选择适合不同场地条件和不同峰值调幅的地震动输入,计算分析了南水北调某渡槽结构纵向碰撞地震响应。分析计算结果说明,伸缩缝间距大小对跨间碰撞效应影响很大;同时结构碰撞响应对输入地震动具有较强的频谱敏感性;经比较渡槽结构考虑碰撞与不考虑碰撞效应的地震反应,结果显示两者存在明显差异,说明开展大型渡槽结构非线性碰撞地震响应分析是很有必要的。     

建筑结构罕遇地震响应与地震动位移谱关系研究

本文详细探讨了建筑结构罕遇地震响应与地震动位移谱之间的关系。通过算例分析,对比了大震弹性与大震弹塑性响应的差异,并通过地震动位移谱解释了差异原因。本文比较了人工地震动与包括汶川地震在内的天然地震动位移谱差异,指出了这种差异将导致罕遇地震作用下长周期结构的人工波计算结果普遍大于天然波计算结果。本文依据地震动位移谱给出了罕遇地震分析时的地震动选取原则。