轨道约束对高速铁路连续梁桥地震易损性影响研究

摘要

目前，地震易损性及失效风险分析方面研究工作主要集中于房屋结构和公路桥梁，在铁路桥梁中的相关研究仍不足，针对大跨度预应力混凝土连续梁桥的研究和应用更是缺乏。鉴于基于性能抗震设计和概率化评估的发展趋势，对其进行地震易损性分析是进行安全性评估的合理方式。对于评定抗震安全性、进行地震风险管理及制定防灾措施具有重要的意义。
　　本文通过分析铁路桥梁及轨道系统的特点，建立综合考虑钢轨、轨道板、轨道扣件摩擦以及桥梁结构的线桥一体化的纵向相互作用力学模型，探索合理的轨道延伸长度及轨道系统参数的敏感性，并系统研究轨道系统约束作用对高速铁路大跨度连续梁桥易损性的影响。主要研究内容包括:
　　1)理解研究现状和研究意义，并总结易损性分析的基本理论及分析方法。
　　2)合理定义损伤指标和损伤状态，建立单维和多维地震作用下的抗震能力模型和基于增量动力分析法(IDA)的概率地震需求模型。应用基于可靠度理论的地震易损性函数解析表达式，获得易损性曲线，探究考虑多维地震作用的必要性。
　　3)建立综合考虑轨道系统的桥梁模型，通过对典型地震波的数值计算，研究不同轨道延伸长度对桥梁结构响应的影响，并提出轨道延伸长度的合理取值。
　　4)基于有限差分法(FDM)，对轨道板系统相关参数进行敏感性分析，获得敏感性曲线，并分析参数的影响程度。
　　5)评估实际运营阶段轨道结构的服役状态，分别建立轨道结构全刚度和考虑轨道结构纵向刚度折减的概率地震需求模型，并进行多维地震作用下的数值计算，获得易损性曲线。结合多维地震作用下无轨道系统的研究结果，综合对比分析基于三种力学模型的构件易损性，探究轨道约束作用对高速铁路连续梁桥易损性的影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 背景以及研究意义

1．2 结构地震易损性分析综述

1．2．1 结构可靠度分析方法

1．2．2 结构地震易损性分析综述

1．3 本文研究目的及主要内容

1．3．1 本文研究目的

1．3．2 本文研究内容

第2章 桥梁易损性分析基本理论

2．1 引言

2．2 桥梁易损性分析的理论推导

2．3 地震强度指标

2．4 结构破坏状态的定义

2．4．1 桥墩损伤指标定义

2．4．2 支座损伤指标定义

2．5 易损性分析方法

2．5．1 易损性指标分析方法

2．5．2 云图法

2．5．3 改进云图法

2．5．4 增量动力法

2．6 Opensees开源程序介绍

2．7 本章小节

第3章 多维地震动输入对易损性的影响

3．1 引言

3．2 工程概况

3．3 地震波的选取及结构损伤指标的确定

3．3．1 地震波的选取

3．3．2 破坏状态的定义

3．4 有限元模型建立

3．4．1 单元类型

3．4．2 钢筋混凝土材料特性

3．4．3 结构动力特性

3．5 高速铁路连续梁桥易损性分析—水平地震动分量独立作用

3．5．1 基本理论

3．5．2 顺桥向回归分析

3．5．3 横桥向回归分析

3．5．4 构件易损性曲线

3．6 高速铁路连续梁桥易损性分析—水平地震动分量同时作用

3．6．1 顺桥向回归分析

3．6．2 横桥向回归分析

3．7 两种模型易损性曲线对比

3．8 本章小节

第4章 轨道板有效延伸长度的确定及参数敏感性分析

4．1 引言

4．2 CRTSⅡ型无砟轨道介绍及有限元模型的建立

4．2．1 CRTSⅡ型无砟轨道结构简介

4．2．2 轨道板有限元模型

4．2．3 轨道板系统各构件尺寸的确定

4．2．4 轨道系统连接层力学参数的确定

4．3 轨道板有效延伸长度的确定

4．3．1 模型概况

4．3．2 工况设定及结果分析

4．4 轨道板系统参数敏感性分析

4．4．1 基于OpenSees敏感性分析简介

4．4．2 结构反应敏感性分析方法

4．4．3 有限元分析

4．5 本章小节

第5章 轨道约束作用对易损性的影响

5．1 引言

5．2 考虑轨道系统的模型分析

5．2．1 桥梁动力特性分析

5．2．2 顺桥向回归分析

5．2．3 横桥向回归分析

5．2．4 构件易损性曲线

5．3 考虑轨道系统抗拉刚度折减的影响分析

5．3．1 顺桥向回归分析

5．3．2 横桥向回归分析

5．3．3 构件易损性曲线

5．4 构件易损性曲线对比

5．4．1 顺桥向桥墩破坏易损性曲线

5．4．2 横桥向桥墩破坏易损性曲线

5．5 本章小节

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间发表论文及参与项目