近断层地震下高铁大跨桥梁隔震设计及多维响应研究

摘要

随着高速铁路桥梁占客运专线比例的增加，地震发生时列车过桥概率随之变大，同时列车运行速度不断提高，使得地震作用下桥梁结构的动力响应加强。铅芯橡胶支座对桥梁响应具有良好的隔震效果，既有研究多集中在远场地震作用下的桥梁响应，对大脉冲的近断层地震对隔震桥梁的抗震性能的影响研究较少。本文选用宝鸡至兰州客运专线的一段(72+120+72)m预应力混凝土连续梁桥东岔沟大桥（双线）为研究对象，分析横向地震动峰值加速度与峰值速度之比Ap/Vp、支座的Q/W（特征强度与支座承受荷载比值）、支座阻尼比和竖向地震动对近断层地震作用下的高速铁路大跨连续梁桥隔震效果的影响。本文的主要研究内容如下:
　　(1)采用有限元软件ANSYS，运用APDL语言编程，建立高速铁路列车-大跨连续梁桥全桥模型，首先确定铅芯橡胶支座力学模型，并进行桥梁模型模态分析，考虑轨道不平顺的影响，综合考虑确定合适的隔振周期，进行隔震支座动力参数设计。
　　(2)基于高速铁路列车-大跨连续梁桥全桥模型引入铅芯橡胶隔震支座，采用非线性时程分析方法，研究横向地震动峰值加速度与峰值速度之比Ap/Vp、支座的Q/W（特征强度与支座承受荷载比值）、支座阻尼比对桥梁地震动力响应隔震效果的影响，通过对高速铁路大跨连续梁桥的隔振效果分析，结果表明Q/W为1.2％～1.5％时，阻尼比为0.15～0.25时，桥梁的隔震效果较好。
　　(3)考虑竖向地震动的影响，采用竖向与水平向加速度峰值比(V/H)及竖向地震动峰值加速度与峰值速度之比(Av/Vv)两个参数，分析Av/Vv及V/H对隔震桥梁地震响应的影响。研究表明竖向地震动会引起轴力变化，通过轴力-剪力-弯矩相互作用影响桥梁的隔震效果。

目录

摘要

1．1 研究背景与意义

1．2 隔震技术的研究现状

1．2．1 国外桥梁隔震技术的应用与发展

1．2．2 国内桥梁隔震技术的应用与发展

1．3 桥梁隔震支座的特性与工作原理

1．4 本文研究内容

第二章 桥梁隔震支座的力学特性与分析模型

2．1 引言

2．2 铅芯橡胶支座的动力特性

2．3 铅芯橡胶支座的动力分析模型

2．3．1 铅芯橡胶支座滞回特性模型

2．3．2 铅芯橡胶支座的等效线性化模型

2．4 适用于高速铁路大跨连续梁桥隔震铅芯橡胶支座的计算方法

2．5 本章小结

第三章 高速铁路大跨连续梁桥隔震设计方法

3．1 引言

3．2 高速铁路大跨连续梁桥动力学分析

3．3 桥梁结构有限元分析基本单元模型

3．3．1 单元的类型

3．3．2 桥梁结构截面模型

3．3．3 全桥模型

3．3．4 车辆荷载列模型

3．4 地震动

3．4．1 地震动的特征

3．4．2 地震动的选取

3．4．3 地震动的输入

3．5 桥梁结构振动轨道系统激励

3．6 桥梁模态分析

3．7 铅芯橡胶支座参数初步设计

3．8 隔震桥梁的隔震周期的确定

3．9 本章小结

第四章 高速铁路大跨连续梁桥隔震效果参数分析

4．1 前言

4．2 隔震桥梁的隔震效果分析

4．3 Ap／Vp对高速铁路大跨连续梁桥动力响应的影响

4．4 Q／W对高速铁路大跨隔震桥梁隔震效果的影响

4．5 铅芯橡胶支座阻尼比对高速铁路大跨连续桥梁隔震效果的影响

4．6 竖向地震动效应的影响

4．6．1 竖向地震V／H对高速铁路大跨隔震桥梁响应的影响

4．6．2 竖向地震Av／Vv对高速铁路大跨隔震桥梁响应的影响

4．6．3 高速铁路大跨连续梁桥铝芯橡胶支座隔震设计合理建议

4．7 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 主要结论

5．2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

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