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地震作用下高速铁路钢管混凝土拱桥的车桥耦合振动研究

李波  
【摘要】: 随着国民经济的发展和社会的进步,我国铁路建设已经逐步进入高速铁路时代。高速铁路的特点是速度快,对安全性、舒适性和线路的平顺性要求高,许多动力问题需要解决。钢管混凝土拱桥以其受力性能良好、施工方便、造型美观和抗震性好而在高速铁路中得到了很好的应用。同时,我国是个多地震国家,高速铁路上的桥梁越建越长,地震时列车在桥上的机率大大增加。因此,本文对石郑客运专线郑州黄河桥引桥的钢管混凝土提篮拱桥开展了系统的研究。全文完成了以下主要工作: 1.综述了钢管混凝土拱桥研究概况、车桥振动及地震作用下车桥振动国内外研究的概况,阐述了对地震作用下车—桥耦合振动系统进行分析研究的必要性。 2.基于弹性系统动力学总势能不变值原理及形成矩阵的“对号入座”法则建立桥梁的分析模型。针对钢管混凝土拱桥的宽主梁,建立了符合实际的梁格模型,并与脊梁和板壳模型进行比较,结果表明该方法合理。 3.主梁分别按脊梁、板壳和梁格建立了钢管混凝土提篮拱桥整体模型,并对这三种模型方案的动力特性进行了对比分析,结果表明梁格模型合理、可靠,而且其自由度较板壳模型大大减少,故可代替板壳模型进行之后的地震作用下车桥耦合振动的计算。 4.分别采用二次多项式拟合和在频域范围内过滤长周期波动成分等方法,对地震加速度时程进行了修正,以修正后加速度时程用直接积分法求出速度时程和位移时程。针对一些地震波顽固长周期成分仍难以过滤的问题,提出了先在频域内过滤长周期成分再二次拟合的修正方法,并与前两种方法进行了对比分析。 5.基于以上分析模型,对比分析了桥梁在单、双线行车(ICE3高速列车和国产动力C300)等车型组合在无地震和有地震作用下以不同速度过桥时的车桥系统的动力响应。得出结论:在无震和小震作用下列车走行安全性满足要求,在中震及大震作用下列车走行安全性超标,不能正常行车。 6.分析研究了桥墩高度、桥梁矢跨比、列车速度、地震波的强度和地震波的频率等参数对地震作用下车桥系统动力响应的影响。


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