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《天津大学》 2004年
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考虑土—结构相互作用的车桥系统耦合振动分析

张国忱  
【摘要】:列车的提速和轻轨铁路的建设加剧了车桥系统的耦合振动,而软弱地基上 的基础变形更加大了此耦合振动的剧烈程度,这无疑将大幅度地降低列车的行 车安全度。为了保证高速和轻轨列车的行车安全度,迫切需要对车桥系统进行 耦合振动分析,并考虑基础变形对其耦合振动的影响。 本文系统地进行了考虑土-结构相互作用(SSI)的车桥系统的耦合振动分析。 文中首先在综合有关车桥系统耦合振动以及 SSI 分析的已有成果的基础上,系统 地分析了引起车桥系统耦合振动的各种因素及其重要性,通过适当调整主要因 素的影响因子而计入次要因素的影响,从而忽略次要因素而简化分析过程,最 后,提出了一种考虑 SSI 效应的车桥系统耦合振动的分析方法,并采用逐步积分 法求解具有时变系数的微分方程组。然后以天津轻轨工程中的一座四跨预应力 混凝土连续刚构桥为例,建立了考虑 SSI 效应的车桥系统耦合振动分析的三维空 间模型(其中车辆采用 27 自由度模型,梁体和桥墩采用空间梁单元,群桩基础 采用等效单桩模型,桩侧土体采用弹簧和阻尼器模型),编制了相应的计算程序, 数值分析了考虑 SSI 效应对车桥系统耦合振动的影响,并进一步分析了地震作用 对考虑 SSI 效应的车桥系统耦合振动的影响。最后得出结论:(1)考虑 SSI 效应 对于地处软弱地基的桥梁结构的动力特性将产生较大的影响,各阶自振频率较 墩底固结体系均有较大的降低,因此在车桥耦合振动分析中必须考虑 SSI 效应的 影响;(2)考虑 SSI 效应对车桥系统中桥梁的横桥向位移反应影响最大,对桥梁 的扭转位移反应的影响也较大,而对桥梁的顺桥向位移反应和竖向位移反应的 影响则很小;(3)车辆的横向摇摆力是引起车桥系统中桥梁横向振动的最主要 的原因,而车辆的移动重力加载仅产生一定的影响;(4)地震作用与列车过桥 两者对车桥系统中桥梁所引起的振动存在较大的耦合,不能简单地将地震反应 与车桥振动反应进行叠加。
【学位授予单位】:天津大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2004
【分类号】:U443.1

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