地震作用下高速列车和桥梁的动力响应分析

摘要

高速铁路诞生近半个多世纪以来，其已成为一种常用的交通方式。我国从上世纪90年代开始进行高速铁路建设，进入21世纪以来，中国高速铁路飞速发展，从追赶国际水平到现在的领先被追赶。中国高速铁路技术已实现了出口世界上多个国家和地区。在高速铁路技术上，桥隧比例非常高，同时中国是一个地震多发国家，高速列车过桥时受到地震作用的情况时有发生。从历史震害来看，生命线工程往往受到较大的破坏，其中以桥梁和道路破坏最严重。所以，研究地震作用下高速列车过桥安全性分析和桥梁的动力响应具有实际的工程价值。本文结合国内外学者的研究成果，以宝兰高铁兰州段石咀子大桥为工程背景，运用车桥耦合响应分析和桥梁抗震的分析方法，对高速列车过桥时的安全性评价和桥梁动力响应做了研究。具体研究工作可以概括如下： 1.从车桥耦合研究的历史发展阐述了国内外车桥耦合研究的发展历程，回顾车桥模型的演变。对车桥耦合研究做了大量的总结工作。 2.基于地震作用下，结合前人的研究成果，从多体动力学的的角度介绍了车桥耦合研究的内容，总结归纳了车桥耦合的研究思路和方法。从列车-轨道-桥梁系统动力相互作用的原理出发，将列车-轨道-桥梁系统通过车轨相互作用和桥轨相互作用分解为车辆振动模型、轮轨振动模型和桥梁振动模型三个子系统，最后建立了系统模型。 3.根据建立的子系统，通过车轨相互作用和桥轨相互作用，分析了各个系统的振动方程，运用多自由度振动分析，导出地震作用下列车-轨道-桥梁系统运动方程。 4.运用 Matlab 编制了计算程序分析地震作用下高速列车安全性参数，从Midas-civil中提取的加速度时程记录用OriginPro进行处理，结合Midas-civil建立了车桥有限元分析模型。对列车运行时安全性评估标准做了论述，并给出了在不同强度地震作用下列车过桥时的安全阈值。 5.根据工程背景，运用Midas建立了桥梁有限元分析模型，对32m预应力简支箱梁桥建立了单跨有限元分析，分析单跨结构的自振特性并计算了在地震作用下的结构动力反应。

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