列车-地震作用下桥梁结构的动力分析.pdf

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1、第29卷第2期青岛大学学报(工程技术版)Vo1．29No．22014年6月JOURNALOFQINGDAOUNIVERSITY(E&T)Jun．20l4文章编号：lOO6—9798(2014)02一(j101—04；DOI：10．133061．1006—9798．2014．02．022列车一地震作用下桥梁结构的动力分析张媛，范蓓蓓，阮东华(q-国石油大学(华东)储运与建筑工程学院，山东青岛26658O)摘要：当列车行驶在桥梁上，同时又遭遇地震作用时，二者的振动叠加或在某个时刻产生共振，会对桥梁结构产生很大破坏。针对这一问题，本文

2、以新建铁路德龙烟线德州至大家洼段641"I1钢桁架桥梁为例，通过特征值分析，得到了所建模型各阶振动模态及其频率，并分别在地震和列车荷载单独作用时进行时程分析，同时分析了二者共同作用下的动力响应。分析结果表明，结构的第一阶振型为横向一阶，所以结构对于横向地震作用及列车荷载横向动力作用响应显著；地震作用与列车荷载作用相比，其在不同于加载方向产生的响应较小，两者共同作用时，响应明显变大。该研究为桥梁动力设计提供了理论依据。关键词：列车荷载；地震作用；特征值分析；时程分析中图分类号：TU311．2；U442．55文献标识码：A我国位于两

3、大地震带中间，是地震多发国家之一，全国有超过五分之三的土地面积地震烈度超过6。，高烈度地震的频繁发生给我国的经济建设和人民的正常生活带来巨大影响。l1作为生命线系统的桥梁结构，在抗震救灾中发挥着重要作J月，因此加强桥梁结构的抗震设计尤为重要。由于铁路桥梁具有荷载大，冲击力大，行车密度大等特点，微小的轨道不平顺就会对桥梁产生很大的影响。列车运行速度的不断提高，使列车和桥梁间的动力作用加剧，车轨桥响应加强]。当地震发生时，桥梁受到地震的激励而产生强烈的振动，影响桥梁结构和桥上运行列车的安全l3]。列车行驶在桥梁上时，主要的振动来源为

4、车辆、轨道与桥梁问相互作用所产生的振动引。正常运行情况下，桥梁结构处于其承载力范围内，结构本身不会产生大的变形和应力，从而造成破坏，但是如果遇到地震作用，由于地震造成的桥梁结构振动与列车轨道振动相互叠加，有可能对桥梁结构造成破坏。目前，在世界各国已建和计划修建的高速铁路中，桥梁结构均占有重大比例。如何在高速列车行车过程中确保列车的行走安全性、乘客的乘坐舒适性、货物的完整性及桥梁结构本身的安全性已成为当务之急。近年来，关于车桥相互作用的模型已有研究，因此本文采用有限元建模软件，建立了刚桁架桥的模型，并采用移动载荷模型模拟车辆荷载，

5、施加横桥向地震作用，进行桥梁的动力分析。该研究对桥梁设计具有一定的参考意义1工程概况及模型建立本文采用的模型是新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m单线铁路道砟桥面下承式钢桁梁桥。主桁计算跨度64．0m，全长65．1m，主桁间距8．4m，节间长8．0m，桁高11．5m。采用钢支座，本孔桥中，固定支座，纵向活动支座，横向活动支座，多向活动支座各1个。桥址处地震动峰值加速度为0．1g，抗震设防烈度为7。，地震动反应谱周期为0．55S。本文在建模时采用了桥梁有限元分析软件midascivil，钢桁架部分均用Q345钢，并根据工程要求选用

6、合理的截面形式。建模过程中没有建立混凝土桥面板，只将其荷载以梁单收稿日期：2013—10—22：修回日期：2013—12—15基金项目：国家自然科学基金项目(51308545)；山东省青年基金项目(ZR2012EEQO23)作者简介：张媛(1980一)，女，博士，教授，主要从事桥梁结构振动方向的研究。Email：vnhl980@163．corn104青岛大学学报(工程技术版)第29卷由图7可以看出，相对于单独的移动荷载时程分析和地震作用时程分析，当2种作用共同作用时，加速度峰值减小，但频率变大，并且在分析时间内，加速度没有出现明

7、显的减弱。4结束语本文对新建铁路德龙烟线德州至大家洼段64m钢桁架桥梁进行建模，并进行地震与列车荷载动力响应分析。分析结果表明，结构自振产生的高阶频率，对结构局部软弱的构件会产生很大破坏。因此，在桥梁设计中，考虑到高阶频率对结构的影响，应该加强结构构件的连接，避免出现局部软弱构件。结构主振型出现在横桥向，对横桥向地震作用十分敏感，由地震的加速度时程曲线可以看出，结构在横桥向地震作用时响应相对较大，这与桥梁结构跨度小、周期短有关。地震作用与移动荷载同时作为振动，但它们对不同加载方向的影响却不同，相对于地震作用来看，移动荷载对不同于

8、加载方向的结构变化影响较大。当结构同时作用于2种作用时，二者在峰值上没有明显叠加，但是振动频率明显加大。本文在分析时对比了地震和列车荷载单独作用及共同作用对钢桁架桥梁主梁的影响，而对桥墩和墩帽没有进行分析，但由多次震害观测可知，桥梁下部结构对振动的动力响应很明显