非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究

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1、非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究STUDYONINFLUENCEOFSOIL-PILENONLINEARINTERACTIONONVEHICLE-BRIDGECOUPLINGVIBRATION学科专业：固体力学研究生：梁爱婷指导教师：王世斌教授天津大学机械工程学院二零壹叁年十二月独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做

2、的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日摘要车桥耦合计算方法已经成为评价桥梁动力设计参数合理与否以及列车安全性评估的重要手段。建立准确的车桥耦

3、合计算模型是进行车桥耦合计算的前提和关键。对于车桥耦合作用而言，其动力特性的影响因素除了上部结构外，桩基系统也是一个不可忽略的因素。在目前的车桥耦合研究较少考虑桩-土的非线性相互作用。实际上，在动力荷载作用下，桩和土之间存在着变形的相互制约和能量的相互传递。因此考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合振动成为一个值得研究的课题。本文基于土-结构动力学以及车桥耦合理论建立了桩-土-桥-车的动力作用分析模型。分析了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合响应，并不考虑桩-土相互作用的车桥耦合响应进行了对比分析。其主要研究内容如下：1.基于文克尔地基梁理论，

4、利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法，模拟桩-土水平方向和竖直方向的非线性相互作用。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力，并结合MatlockP-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正，充分考虑了土的极限抗力的深度效应。从而建立了非线性桩-土相互作用模型。并分析桩基各主要参数对桩基承载力的影响。2.针对包含31个自由度的二系悬挂四轴动车模型，包含12个自由度的空间梁单元桥梁动力学模型，以及建立的非线性桩-土相互作用模型，建立了桩-土-桥-车体系动力学模型。为提高桩-土

5、-桥-车动力体系振动微分方程的求解速度，采用了“新型显式Newmark-β”法与传统隐式“Newmark-β”法分别求解车辆动力方程和桥梁（包含桩-土）的动力方程。3.以某一位于深厚软弱场地的高速铁路桥梁为背景，建立了包含非线性桩-土相互作用的车-桥耦合有限元模型。在此基础上对该高速铁路桥梁振动特性以及高速列车在其上运行的安全性能进行了分析。发现考虑非线性桩-土相互作用后桥梁振动的位移响应变大，加速度响应变小。非线性桩-土相互作用对车辆的安全性能有利。此计算方法和结果为软弱基础的高速铁路线路的分析和设计提供了参数和依据。关键词：高速铁路车桥

6、耦合桩-土相互作用Winkler地基梁非线性ABSTRACTThecalculationmethodofvehicle-bridgecouplingvibrationhasbecomeanimportantwayofevaluatingthedynamicdesignparametersofthehighspeedrailwaybridge.Itisthekeyproblemforthecalculationofvehicle-bridgecouplingvibrationtoestablishtheaccuratemodel.Forthe

7、interactionofrailwaybridgeandvehicle,theinfluentfactorsofitsdynamiccharacteristicareincludethepilefoundationinadditiontotheupperstructures.Atpresent,therearefewresearchesofvehicle-bridgecouplingvibrationconsideringnonlinearinteractionofpileandsoil.Infact,therearerestrictio

8、nofdeformationandenergytransferbetweenthepileandsoilunderthedynamicloads.Therefore,thestu