地震作用下公铁两用钢桁桥行车及桥梁动力特性研究

【摘要】：我国地形地貌多变,地质条件复杂,在高铁线路中,桥梁占比越来越高。随着我国高铁线路的不断发展,越来越多的高铁线路处在地震活跃地带,高铁运行过程中遇到地震的概率也逐步变大。国内外有关铁路桥梁在列车荷载和地震作用下的研究取得了不少成果,但关于公铁桥梁在地震作用下的车桥耦合振动的研究还很少,关于公路桥面上的汽车荷载对整个桥梁结构的影响,研究更少。所以为保证桥梁结构和车辆运行安全性,展开地震作用下公铁桥梁车桥耦合振动的研究很有必要。本文以某公铁两用桥梁作为研究对象,主要进行了如下研究:(1)设计并完成了桥梁结构缩尺试验,采用东华DH-5923N动态信号采集仪,测量模型的阻尼和振型。测定了桥梁模型结构在车辆荷载作用下的位移和加速度时程数据,分析结构动态响应规律。在ABAQUS中建立公铁两用桥的仿真模型,并且将仿真模型的结果与试验数据和桥梁设计资料进行对比,验证了模型试验和有限元模型的可靠性。(2)在ABAQUS中,建立了精细化的车—轨—桥模型。利用笛卡尔单元模拟轨道扣件,建立桥轨连接并引入轮轨接触力。列车采用27自由度的车体模型,汽车荷载采用ABAQUS子程序dload编制相应的Fortran程序进行模拟。通过给车体施加多组速度,得到桥梁结构的动态响应参数。分析得出:随着车速的增加,桥梁跨中冲击系数与荷载移动速度并不是严格的线性关系,会在某个速度值附近出现冲击系数异常;对于中小跨桥梁,汽车荷载对于桥梁结构的影响要比列车荷载要小很多。(3)采用相对法将地震波施加在桥梁支座位置,对地震作用下的车桥耦合振动进行研究。研究发现:桥梁跨中横向位移和加速度受地震作用的影响最大。当施加El-Centro地震波时,桥梁跨中竖向位移峰值最大增幅为37%,而横向位移均在原值的10倍以上。根据相关规范,横向位移均大幅超限,已经危及桥梁和行车安全。将地震波规格化之后对车桥振动进一步分析。分析结果显示:地震烈度达到0.20g时,桥梁横向位移会超限;当烈度达到0.20g和0.15g时,列车的竖向和横向加速度会分别超出限值,影响乘车舒适性;当地震烈度达到0.10g和0.15g时,列车的脱轨系数和轮重减载率会超出限值。