基于线桥一体化模型的高速铁路桥梁抗震性能及设计方法研究

发布时间：2020-03-25 02:49

【摘要】：我国高速铁路桥梁大多处于高烈度地震区,其轨道结构广泛采用无砟轨道系统。由于无砟轨道系统的纵向刚度较大,导致桥梁相邻桥跨间的地震效应耦合显著。在进行桥梁地震反应分析时,现有的抗震计算模型均未考虑无砟轨道系统的约束效应。因此,针对无砟轨道梁式桥,主要研究以下内容:(1)针对高速铁路桥梁中采用的不同无砟轨道形式,提出了板式无砟轨道桥梁的简化抗震计算模型,通过与精细化抗震计算模型进行对比研究,验证了简化模型的合理性。同时,提出了双块式无砟轨道桥梁的线桥一体化抗震精细化及简化计算模型并进行了对比验证。(2)以高速铁路无砟轨道32m简支梁桥为原型,制作了1:20的单跨简支梁桥模型进行了振动台试验,分别研究了有、无轨道约束条件下,简支梁桥在不同地震作用下的地震反应。研究结果表明,轨道系统的存在,增强了桥梁各跨之间的耦联性,对于桥梁的地震反应具有显著影响。在进行高速铁路简支梁桥的抗震设计及分析时,应充分考虑轨道约束效应。(3)从基于性能的抗震设计角度出发,提出了我国高速铁路无砟轨道桥梁抗震设计理论框架。针对无砟轨道桥梁线桥一体化抗震计算模型,分别提出了多遇、罕遇地震下的地震反应分析方法及抗震验算方法。基于IDA研究得出了桥梁结构在大震下的抗震薄弱部位,当支座的水平抗力取其竖向承载力的20%时,支座成为结构的抗震薄弱部位。当支座的水平抗力取其竖向承载力的30%时,墩身成为结构的抗震薄弱部位。在高速铁路桥梁抗震设计过程中应合理布置并设计损伤耗能部位。(4)以某高速铁路上双块式无砟轨道梁桥为研究对象,通过IDA分析,分别研究了有、无轨道系统约束条件下,桥梁结构的动力特性及其地震易损性。同时,研究了轨道约束下墩身配筋率对重力式桥墩及桥梁系统易损性的影响。研究结果表明,随着桥墩配筋率的增大,桥墩的损伤状态表现出由部分延性至完全延性破坏特征。桥梁系统在中等损伤状态下连续梁的固定墩控制整个桥墩系统的易损性,在完全破坏损伤状态下,整个桥墩系统的易损性需综合固定墩、联间墩及活动墩的易损性。(5)分别针对有、无轨道系统的约束,研究了高速铁路梁桥支座的不同损伤状态对下部结构的影响。研究结果表明,轨道的纵向约束对不同的桥型影响规律和影响程度不同,不同支座的损伤状态对桥梁下部结构的地震反应影响较明显。在进行桥梁结构抗震计算时,应合理考虑桥梁支座可能处于的各种工作模式,以便获得桥墩的最不利受力状态。
【图文】：

南和青藏高原北部等高烈度地震区，因而抗震设计往往成为我国高速控制因素[1-2]。高速铁路上轨道系统大多采用无砟轨道结构[3]，目前主要有 5 种结、CRTSⅡ型、CRTS III 型板式和 CRTSⅠ型、CRTSⅡ型双块式。选用刚度相对较大的结构形式，如：简支梁桥、连续梁桥、刚构桥以性桥型如图 1.1 至 1.3 所示，截面型式多为双线整孔箱形截面[4]。等跨续梁均能适应高速铁路运营要求[5]，我国新建高速铁路常用跨度桥梁等跨布置的 32 m 双线整孔预应力混凝土简支箱梁结构，少量配跨采。的多跨梁式桥被运用到高速铁路建设中，成为了我国高速铁路网中的为生命线系统，在地震作用下桥梁的损害程度直接决定了经济损失和。迄今为止，我国高速铁路桥梁尚未经受强烈地震考验，但可以预计一旦遭到破坏，必将造成巨大的直接经济损失[7]。因此，高速铁路桥起我国相关学者的关注。

图 1.2 连续梁桥图 1.3 梁拱组合桥轨道在地震区大量铺设，，如不进行合理的抗震设计，轨道系统在地震，震后修复困难。由于纵向断轨力控制及横向刚度要求，与普通桥墩墩的刚度、重量及截面尺寸要大，承受的地震力亦大，对于配筋率少筋混凝土结构的重力式桥墩而言，设计时应进行合理的抗震计算。
【学位授予单位】：兰州交通大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U442.55

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本文编号：2599271