连续梁桥车桥系统随机地震响应概率分布及动力可靠度研究

摘要

地震对桥梁工程的损害严重影响了人们的日常生活和灾后工作，又存在很大几率威胁着桥上列车的行车安全性。因此，进行地震响应分析十分必要。
　　地震动的三个基本振动特性为振幅大小、频谱特性、持续时间，对地震反应分析起着决定性作用，而三个特性均有显著的随机性，因此，将随机振动理论应用于桥梁地震分析是十分合理的。本文基于随机振动理论，以某铁路桥五跨连续梁桥为例，建立列车-轨道-桥梁耦合振动模型，采用团队自主研发的列车-轨道-桥梁-地震分析程序(TTBSAS)，研究了随机地震荷载作用下随机系统响应的概率统计特性及动力可靠度。本文主要工作及成果如下:
　　(1)考虑多点地震动的空间变化特性，即行波效应、局部场地效应、部分相干效应、衰减效应，将Clough-Penzien谱作为自功率谱函数，屈铁军-王君杰模型作为相干函数，合成空间相关非平稳地震波。并把自功率谱函数中的强度因子与滤波参数作为随机参数，采用乘同余法生成人工合成地震波样本;
　　(2)应用Monte-Carlo模拟方法对人工合成的地震波样本进行响应概率统计分析。结果表明，车辆响应与极值Ⅰ型分布吻合较好，包括车体加速度、脱轨系数、轮重减载率，桥梁跨中横向位移响应与极值Ⅰ型分布吻合较好，竖向位移和加速度响应与对数正态分布吻合较好。列车行车速度和地震动行波效应均对响应的概率统计特性不产生影响;
　　(3)根据响应的概率统计特性曲线，得到桥梁跨中截面各响应动力可靠度对应的界限值和基于列车安全性准则的体系动力可靠度对应的列车响应界限值。结果表明，响应界限值随可靠度的增大而增大，按照传统评价列车行车安全性和舒适性的指标，随机地震荷载作用下满足可靠度要求的前提不会影响行车安全性，但对舒适性有一定影响。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 选题背景

1．2 车桥耦合系统随机振动分析的研究发展

1．3 地震作用下车桥耦合系统振动分析的研究现状

1．4 结构动力可靠度研究进展

1．5 本论文的主要工作

第2章 列车-轨道-桥梁-地震系统振动理论

2．1 列车-轨道-桥梁-地震振动模型

2．1．1 车辆模型

2．1．2 轨道模型

2．1．3 桥梁模型

2．1．4 轮轨关系模型

2．1．5 桥轨关系模型

2．1．6 相对运动法对地震力边界条件处理

2．2 列车-轨道-桥梁-地震系振动系统求解

2．2．1 新型显示积分方法

2．2．2 Newmark-β方法

第3章 空间相关非平稳地震波的合成

3．1 空间地震动相干函数

3．1．1 相干函数的影响因素

3．1．2 相干函数模型

3．2 空间地震动功率谱模型

3．3 多点激励地震动合成理论

3．4 包络函数

3．5 本文采用模型及其参数

3．6 随机参数的选取

第4章 连续梁桥随机地震响应的概率统计特性

4．1 工程概况

4．2 连续梁桥模型建立和自振特性分析

4．3 地震-车-桥系统响应的概率统计特性

4．3．1 车辆响应的概率统计特性

4．3．2 桥梁响应的概率统计特性

4．4 行车速度对系统响应概率统计特性的影响

4．4．1 行车速度对车辆响应概率统计特性的影响

4．4．2 行车速度对桥梁响应概率统计特性的影响

4．5 行波效应对系统响应概率统计特性的影响

4．5．1 行波效应对车辆响应概率统计特性的影响

4．5．2 行波效应对桥梁响应概率统计特性的影响

4．6 本章小节

第5章 连续梁桥随机地震响应的动力可靠度

5．1 桥梁结构可靠度基本概念

5．2 Monte-Carlo法在动力可靠度分析中的应用

5．3 动力可靠度计算

5．4 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的科研项目