竖向地震影响高铁桥梁-桩基系统地震响应分析

为研究竖向地震效应对铁路桥梁地震响应的影响,本文利用p-y曲线、t-z曲线和q-z曲线建立土—桩基非线性模型,采用双线性模型模拟桥墩及桩基础的滞回特性,建立高速铁路桥梁-土-桩基多跨简支梁桥体系模型,计算其弹塑性地震响应,分析竖向地震对桥梁的弹塑性地震响应的影响。研究结果表明:相比水平地震,竖向地震在更高的频段上影响桥梁地震响应,高阶振型对竖向振动影响较大;近断层地震较大的竖向分量相比远场地震造成更大的滞回变形,并通过其频谱特性影响桥梁地震响应。     

近断层高速铁路刚构桥地震易损性分析

为研究近断层地震作用下高速铁路桥梁地震响应,以国内某高速铁路刚构桥梁作为研究对象,采用OpenSees建立有限元模型,通过可靠度理论建立地震易损性曲线,对比分析近断层和远场地震作用下桥梁易损性,研究了近断层地震动速度脉冲效应对桥梁结构地震响应的影响。结果表明,相同地震强度作用下,有速度脉冲的近断层桥梁构件及系统在各损伤状态下的易损性明显高于远场地震动,桥梁系统在近断层及远场地震作用下的系统易损性均高于单个构件,采用单个构件的地震易损性评估系统易损性会高估桥梁的抗震性能;相对于一阶界限法,二阶界限法考虑了桥梁构件之间的相关性,易损性曲线上下界宽度较小,桥梁地震易损性评估更为精确;罕遇地震作用时,近断层地震作用下轻微损伤、中等损伤、严重损伤及完全破坏4种损伤状态的系统易损性相较于远场地震作用下分别高3、13、23、3百分点,近断层桥梁结构抗震性能评估应考虑速度脉冲效应对桥梁结构地震响应的影响。     

近断层脉冲型地震动作用下高墩连续刚构桥振动台试验研究

为了研究近断层脉冲型地震动对高墩连续刚构桥抗震性能的影响,以某典型高墩连续刚构桥为原型,设计制作了该桥的1/15缩尺试验模型,利用多子台模拟地震动振动台台阵系统,完成了远场地震动和近断层地震动输入下的对比试验,重点探讨了近断层地震动速度脉冲效应及脉冲个数的影响.研究结果表明:高墩连续刚构桥纵向和横向一阶频率均较小,结构地震响应主要以低频成分为主;近断层脉冲型地震动作用下模型桥的地震响应均大于远场地震动作用下模型桥地震响应的2倍,而近断层无脉冲地震动下模型桥的动力响应略小于远场地震动输入时模型桥的动力响应,为其0.76～0.95;速度脉冲效应使高柔的高墩连续刚构桥主梁瞬时产生较大位移响应(最大值为54.8 mm),极易引起主梁端部碰撞和支座破坏,在抗震设计上应引起重视;速度脉冲个数对高墩连续刚构桥地震响应的影响显著,墩顶位移响应脉冲个数影响系数AF_w为1.46～5.54,其中,多脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应最大,单脉冲型地震动作用下模型桥的动力响应次之,而双脉冲型地震动引起的结构响应相对较小.因此,对靠近断层区域的此类桥梁,应考虑近断层地震动速度脉冲效应及其参数变化的影响.     

速度脉冲地震下偏心重力柱-核心筒结构的 弹塑性地震响应分析

研究了结构偏心和速度脉冲强震双重不利因素对新型重力柱-核心筒结构体系地震响应的影响。选取3条速度脉冲和对应的3条非速度脉冲地震记录作为地震动输入,采用CANNY软件对偏心重力柱-核心筒结构进行了非线性动力时程分析,研究速度脉冲效应和偏心率对弹塑性地震响应的影响规律。研究结果表明,速度脉冲地震下的结构层间剪力、层间位移、层间扭矩和层间扭转角均明显高于非速度脉冲地震下的对应值。偏心率对结构弹塑性抗震需求影响显著。顶点位移、层间位移角、层间扭矩和层间扭转角随着偏心率的增大而增大,层间剪力则呈现出减小的趋势。因此,在新型重力柱-核心筒结构设计中,应考虑速度脉冲地震和偏心率的影响。     

基于移动平均分解的近断层地震动弹性反应谱研究

抗震设计规范中的设计反应谱是通过对大量的中、远场地震记录统计回归分析的结果,而近场地震记录因观测资料缺乏,导致对近场地震动的频谱特性考虑不够.近断层地震动有一些显著区别于远场地震动的特点,其中之一就是近断层地震动包含高频部分和低频脉冲部分.采用一种移动平均滤波器将近断层地震动分解为低频脉冲部分和高频部分,并采用这个方法分解了一些近断层地震动记录,同时研究了近断层地震动弹性反应谱的特性.结果表明,对于单脉冲记录,采用脉冲部分基本可以代表采用原始记录对结构的响应;对于多脉冲记录,因存在一个或多个次高峰,其脉冲部分不能有效代表原始记录对结构的响应,若仅考虑脉冲部分而忽略高频部分将对短周期结构相当不利.     

脉冲型地震下竖向不规则重力柱-核心筒结构的弹塑性地震响应

研究了速度脉冲型地震作用和结构竖向不规则双重不利条件对结构弹塑性地震反应的影响。设计了20层和30层的新型重力柱-核心筒典型结构,通过改变底层刚度得到一系列竖向不规则结构。分别选取10条速度脉冲和10条非速度脉冲地震记录,采用CANNY软件对竖向不规则重力柱-核心筒结构进行弹塑性动力时程分析,研究速度脉冲效应和竖向不规则对结构弹塑性地震响应的影响规律。结果表明,速度脉冲地震下结构层间剪力、层间位移和倾覆力矩均明显高于非速度脉冲地震下的对应值;竖向不规则对结构弹塑性抗震需求影响显著,层间位移角随着竖向不规则比率的减小而增大,层间剪力和倾覆力矩则呈略微减小的变化趋势。建议在新型重力柱-核心筒结构设计中应考虑速度脉冲地震和结构竖向不规则的耦合影响。     

高速铁路连续梁桥近断层地震易损性分析

为研究近断层地震下高速铁路普通桥梁以及减隔震桥梁的抗震性能,本文应用增量动力分析(IDA)方法,选取墩顶位移作为连续梁桥的损伤量化指标对高速铁路普通连续梁桥和减隔震连续梁桥进行了近断层地震易损性分析,结果表明:同一地震强度下,近断层地震比远场地震更具破坏性,特别是滑冲效应的近断层地震危害性更强,即在进行抗震设计时应将近断层地震的特点纳入考虑;新型减隔震支座能够有效地减少高速铁路桥梁的地震响应,保障高速铁路桥梁的地震安全性。     

长周期地震动脉冲特性对RC框架结构响应的影响研究

建立远场类谐和地震动、近断层向前方向性地震动和近断层滑冲型地震动的简化等效模型,以某12层RC框架结构为例,分析研究长周期地震动脉冲特性对结构地震响应的影响.结果表明:结构上部的层间剪力均随脉冲周期的增大而减小,脉冲周期对结构下部楼层剪力的影响规律不明显;楼层位移随脉冲周期的增大而增大;最大层间位移角所在楼层位置随脉冲周期的增大趋于下移;在远场类谐和地震动作用下的结构最大位移响应大于相同脉冲周期下的其他两种长周期地震动;结构最大层间位移角随远场类谐和地震动脉冲持时的增大而趋于增大,但其所在楼层位置不变.     

考虑桥墩轴力变化影响的刚构桥近场地震反应

为了分析刚构桥梁顺桥向近场地震反应特性,通过对远场地震时程叠加三角函数拟合速度脉冲的方法模拟近场地震动,根据纤维及塑性铰2种计算模型在近场地震作用下弹塑性地震反应计算结果讨论地震动脉冲对中等规模刚构桥梁地震反应的影响.结果表明,刚构桥梁在地震作用下桥墩轴力变化较大,采用纤维模型计算时桥墩地震反应较大|近场脉冲型地震激励下,桥梁地震反应与脉冲持时有关,短周期脉冲对本桥地震反应影响较大.采用叠加速度脉冲的方法模拟近场地震是可行的方法.     

基于简化计算模型的中国高速铁路桥梁横向地震分析（英文）

在高速铁路简支梁桥的地震分析中,轨道结构的约束作用不容忽视。尽管其计算效率很高,但由于未考虑轨道结构,桥梁模型可能会产生不合理的地震响应。考虑轨道结构的桥梁轨道模型非常复杂,其地震分析计算效率低。因此,建立高速铁路桥梁抗震分析的简化计算模型具有重要的工程实用价值。本文通过在主梁之间设置非线性弹簧,建立了高速铁路桥梁横向地震分析的简化模型。这些弹簧可以精确模拟轨道结构对桥梁的约束作用。利用简化模型对一座五跨高速铁路桥梁进行了地震分析,并将其地震响应与不考虑轨道结构的模型和考虑轨道结构的模型进行了比较。结果表明,在不同地震记录下,桥梁模型和桥梁轨道模型的地震响应吻合良好,验证了简化模型的计算精度。与桥轨模型相比,简化模型的计算时间显著缩短。轨道结构在频繁地震下基本处于弹性阶段,而在设计地震和罕遇地震下,轨道结构的刚度将降低。     

地铁高架桥列车振动荷载对邻近构筑物受力变形的影响分析

为分析新建地铁高架桥运营期列车振动荷载对近接敏感构筑物的影响,结合长沙地铁1号线北延线高架桥上跨既有高速公路与干线铁路,两侧紧邻既有桥台桩基和框架桥,建立列车振动荷载下高架桥-地层-既有结构的动力耦合数值模型,分析了地层与既有结构的不同深度动力响应随时间变化规律,以及列车运行速度、轴重、近接距离、地层加固模量、阻尼比分别对桥台桩基和框架桥的水平位移、速度和加速度的影响规律。结果表明：列车振动作用下地表沉降值约为水平位移的40%,地层变形以水平位移为主;框架桥的变形、速度、加速度变化趋势与桥台桩基类似,但其绝对值相对较小,而桩基和框架桥不同深度的动力响应特征明显不同,桩顶和框架桥顶板受影响较大;既有构筑物的动力响应随速度的增加先减小后增大,且在低速区变化幅值较小,80km/h为列车的最佳运行速度;既有结构的动力响应随列车轴重的增大近似呈线性增大的关系,轴重相对于速度对动力响应的影响明显;近接距离越小,框架桥的动力响应越大,高架桥新建桩基与框架桥水平距离小于桩径的4倍时,需采取加固措施;动力响应随加固区刚度增大而减小,地层模量达到300MPa后,继续提高加固强度对降低响应的效果不明显。研究成果可为类似工程的建设与运营提供有益借鉴。     

Numerical investigation of piled raft foundation in mitigating embankment vibrations induced by high-speed trains

A three-dimensional dynamic finite element model of track-ballast-embankment and piled raft foundation system is established. Dynamic response of a railway embankment to a high-speed train is simulated for two cases: soft ground improved by piled raft foundation, and untreated soft ground. The obtained results are compared both in time domain and frequency domain to evaluate the effectiveness of the ground improvement in mitigating the embankment vibrations induced by high-speed trains. The results show that ground improving methods can significantly reduce the embankment vibrations at all considered train speeds(36-432 km/h). The ground response to a moving load is dictated largely by the relationship between load speed and characteristic value of wave velocities of the ground medium. At low speeds, the ground response from a moving load is essentially quasi-static. That is, the displacements fields are essential the static fields under the load simply moving with it. For the soft ground, the displacement on the ballast surface is large at all observed train speeds. For the model case where the ground is improved by piled raft foundation, the peak displacement is reduced at all considered train speeds compared with the case without ground improvement. Based on the effect of energy-dissipating of ballast-embankment-ground system with damping, the train-induced vibration waves moving in ballast and embankment are trapped and dissipated, and thus the vibration amplitudes of dynamic displacement outside the embankment are significantly reduced. But for the vibration amplitude of dynamic velocity, the vibration waves in embankment are absorbed or reflected back, and the velocity amplitudes at the ballast and embankment surface are enhanced. For the change of the vibration character of embankment and ballast, the bearing capacity and dynamic character are improved. Therefore, both of the static and dynamic displacements are reduced by ground improvement; the dynamic velocity of ballast and embankment increases with the increase of train speed and its vibration noise is another issue of concern that should be carefully evaluated because it is associated with the running safety and comfort of high-speed trains.     

时速350km／h高速铁路斜拉桥计算分析中参考的几个方面探析

大跨度斜拉桥由于具有刚度大、噪声小、成本低、维修养护方便等特点,在高速铁路上得到了一定的应用。目前中国建设的几条客运专线桥梁普遍采用中小跨,但是将来一些特殊地段修建高速铁路时须采用斜拉桥,高速列车对桥梁结构的动力作用远大于普通铁路桥梁,桥梁出现较大的挠度会直接影响桥上轨道的平顺性,造成结构物承受很大的冲击力。在斜拉桥计算分析中应对冲击系数、抗震、抗风、结构计算图式、列车安全性和舒适性等方面引起注意,从而使计算分析的斜拉桥的物理、力学性能及结构可靠度满足高速铁路列车运行安全和乘客舒适的要求。     

轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应分析

针对跨座式单轨列车过桥时行车的舒适性、安全性及桥梁结构完整性问题,本文以重庆菜园坝公轨两用桥为例,分析了轻轨列车和地震作用下公轨两用桥的动力响应,建立了桥梁结构的三维模型,并将轻轨列车荷载进行了适当的简化,通过特征值分析获得了桥梁结构的模态及频率,分别考虑了地震和移动荷载单独作用下桥梁结构的动力响应,并考虑了两种作用同时存在时桥梁结构的动力响应。分析结果表明,轻轨列车荷载对桥梁结构局部性能影响比较大;车速的提升对桥梁结构的振动影响并不显著;地震作用与移动荷载单独作用下引起桥梁结构的振动存在耦合。该研究对地震作用下公轨两用桥的运营安全及设计具有现实指导价值。     

铁路路基动力响应的分布规律研究

在模拟了铁路轨道不平顺和高速列车振动荷载的基础上,分析了铁路路基动力响应(位移、加速度、应力)在列车荷载作用下线路横断面的分布规律,得到路基动力响应的横断面分布图,找出了路基动力响应的最不利位置.将模拟计算出的路基动力响应数值与秦沈客运专线现场测试试验的实测数据对比,结果一致.     

地震动强度及近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响

地震动强度和近断层速度脉冲峰值均为导致桥梁结构震害的主要原因。与其他桥型相比,简支板桥在地震中更容易发生破坏和损毁。作者以在2008年汶川地震中出现严重破坏的高原大桥（预应力混凝土简支空心板桥）为研究背景,探讨大桥所处场地的人工边界分别为自由边界、固定边界、黏弹性边界和黏弹性+阻尼层边界时对计算结果精度、计算效率等的影响。通过ABAQUS建立包含高原大桥及其场地的整体有限元模型,人工边界采用黏弹性+阻尼层边界,并以地震波加速度峰值作为地震动强度指标和人工合成近断层速度脉冲型地震波,分析地震动强度、近断层速度脉冲峰值对简支板桥地震响应影响程度。结果表明：人工边界为黏弹性+阻尼层边界时,可有效减弱边界处的反射效应,计算结果精度基本能满足要求;近断层速度脉冲峰值对结构地震响应的影响比地震动强度更为显著;场地表面加速度峰值随地震动强度提高而增加;近河岸和存在基岩分界面易导致简支板桥局部结构的地震响应加剧;随地震动强度或近断层速度脉冲峰值或地震波位移峰值的增加,跨径变化峰值、相对滑移量和滑移峰值变大;近断层速度脉冲型地震波对桥梁的影响比无脉冲型地震波更为不利。     

桥梁的车振研究

建立和列车和桥梁的数学模型,根据接触点处位移协调的条件得到了两者的耦合振动方程,采用－弹阻理论来考虑桩土作用,计算了广深准高速线上一座连续梁桥的车桥动力响应,通过与实测结果比较,证实了本文方法的可靠性。     

辅助墩对大跨度铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响

为研究辅助墩对铁路悬索桥抗震性能及列车走行性的影响,以主跨828 m 的某单线铁路悬索桥方案为工程背景,建立了有限元模型,采用反应谱法和时程分析法对比研究了辅助墩对铁路悬索桥地震响应的影响。通过车-桥耦合振动分析,比较了不同位置辅助墩对桥梁和列车动态响应的影响。结果表明：设置辅助墩后,加劲梁的竖向地震反应明显减小,而桥塔的地震响应增大;车辆通过桥梁时,设置辅助墩后梁端竖向转角、车辆竖向加速度和轮重减载率均减小;当辅助墩位置向梁端移动时,梁端竖向转角、车辆竖向加速度及轮重减载率均逐渐减小,车辆响应对辅助墩纵向位置的变化不敏感。     

非规则桥梁近、远场地震易损性对比分析

为研究高墩大跨非规则桥梁的近、远场地震易损性,建立了典型非规则公路连续刚构桥的理论地震易损性模型.考虑近、远场地震动和桥梁结构参数的不确定性,抽样并生成桥梁近、远场地震易损性分析的模型样本库,利用Open Sees软件对模型样本库进行非线性动力时程分析,获得结构动力响应.而后在确定桥梁各易损构件损伤指标的基础上,采用概率地震需求分析方法建立了桥梁各构件近、远场地震易损性曲线并进行对比分析.分析结果表明:非规则桥梁结构的易损性情况与地震动频谱特性、结构非规则性密切相关,各构件近场地震动损伤概率明显高于远场.将地震动按断层距分组进行桥梁地震易损性分析是必要的.获得的易损性曲线可用于评估非规则桥梁的抗震性能,并为震后桥梁损伤评估提供依据.