考虑轨道约束的高速铁路桥梁支座地震反应研究

摘要

高铁桥梁大都比较长，几十跨乃至上百跨，且较多的使用无砟轨道结构。在地震作用下无砟轨道系统通过剪力齿槽和滑动层与桥梁相互作用使各跨间耦合效应增强。因此，有必要研究轨道约束对高速铁路桥梁支座地震反应的影响。本文以高铁多跨简支梁桥和连续梁桥为工程背景，结合 CRTSⅡ型板式无砟轨道的结构特点，建立了传统模型和考虑轨道约束的有限元模型，研究了轨道约束对固定支座水平地震力的影响。主要研究工作如下：
　　（1）通过查阅大量国内外文献资料，介绍了桥梁支座的震害、支座破坏的原因以及支座抗震的研究现状。
　　（2）分别建立传统的和考虑轨道约束的简支梁桥和连续梁桥有限元模型，对其进行模态分析和多遇地震下的反应谱分析。结果表明：轨道约束使结构刚度增大，基频增大；轨道约束增大了不等墩高简支梁桥矮墩的支座地震力；轨道约束虽然增大了连续梁桥支座地震力但是影响程度较小。
　　（3）设计地震下，研究了轨道系统参数对简支梁桥和连续梁桥固定支座水平地震力的影响。结果表明：轨道伸缩刚度和底座板与主梁摩擦系数对固定支座水平地震力影响较大，而端刺刚度的影响较小。
　　（4）建立考虑轨道约束的有限元分析模型，研究了桥墩刚度、场地条件对支座水平地震力的影响规律。基于研究结果提出了新的支座水平力计算建议公式，并结合实际桥梁进行验证。
　　（5）在罕遇地震下，研究了考虑桥墩弹塑性后轨道约束对简支梁桥固定支座水平地震力的影响。结果表明：当墩高相等时，固定支座水平地震力响应峰值减小；当墩高不等时，高墩的支座水平地震力响应峰值有所减小，而矮墩的支座水平地震力峰值响应有所增大。

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1 绪论

1.1 研究的背景及意义

1.2 高速铁路桥梁常用支座简介

1.3 铁路桥梁支座抗震研究现状

1.4 本文的研究内容

2 多遇地震下轨道约束对支座水平地震力的影响

2.1 桥梁结构地震反应分析方法

2.2 轨道约束对简支梁桥固定支座水平地震力的影响

2.3 轨道约束对续梁桥固定支座水平地震力的影响

2.4 本章小结

3 设计地震下轨道约束对支座水平地震力的影响

3.1 概述

3.2 轨道约束对简支梁桥固定支座水平地震力的影响

3.3 轨道约束对连续梁桥固定支座水平地震力响应的影响

3.4 固定支座水平地震力验算

3.5 本章小结

4 设计地震下下部结构对支座水平地震力的影响

4.1 地震波的选取

4.2 桥墩刚度对固定支座水平地震力的影响

4.3 场地条件对固定支座水平地震力的影响

4.4 固定支座水平地震力建议公式

4.5 本章小结

5 罕遇地震下轨道约束对支座水平地震力的影响

5.1 概述

5.2 桥梁结构弹塑性地震响应分析

5.3 材料本构模型

5.4 桥墩截面弯矩—曲率分析

5.5 桥墩弹塑性恢复力模型

5.6 分析模型及计算参数

5.7 罕遇地震下弹塑性时程分析结果

5.8 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果