大跨度双塔双层桥面铁路斜拉桥地震响应特性及行车安全研究

发布时间：2020-06-01 16:56

【摘要】：当前,我国铁路建设进入新的历史发展阶段,大跨度斜拉桥成为跨越大江大河、高山峡谷的重要选择。同时,我国是一个地震灾害极其严重的国家,大型桥梁的抗震设计引起越来越多的重视。对于大跨度桥梁,行波效应的影响引起广泛的关注,目前的研究主要集中于公路斜拉桥,对于大跨度铁路斜拉桥,尤其是考虑轨道约束作用下行波效应的影响特性研究尚属空白。因此,随着此类桥梁的不断出现,系统地分析行波效应对大跨度铁路斜拉桥地震响应的影响规律具有重要的理论和现实意义。本文以世界上首座跨度最大、荷载最重并采用双层桥面结构的六线铁路钢桁梁斜拉桥——我国渝黔铁路新线新白沙沱长江大桥为工程背景,基于OpenSEES平台,建立大跨度双塔双层桥面铁路斜拉桥有限元模型,对比讨论了是否考虑轨道约束作用时,纵桥向行波效应对桥梁结构地震响应的影响规律,并量化分析了横桥向行波效应对桥上行车安全的影响。本文完成的主要研究工作如下:(1)对斜拉索、轨道结构、钢桁架主梁、支座、桥塔及桥墩、桩基、桩-土相互作用等进行了精细化模拟,建立了考虑及不考虑轨道约束作用的斜拉桥有限元模型对比组,并与现有文献给出的结构自振周期作对比分析。结果表明,轨道约束作用一定程度上导致了结构自振周期减小,提高了斜拉桥的整体刚度。(2)从PEER地震数据库中选取7条与目标反应谱相匹配的强震记录,采用位移输入法对斜拉桥有限元模型开展多点激励动力时程分析,分别以视波速和相位差为控制指标,分析纵桥向行波效应对大跨度斜拉桥地震响应的影响规律。研究表明,行波效应降低了主塔的地震响应,减小了墩梁相对位移位移,且当作用在两座主塔下的地震动相位差发生改变时,主塔塔底弯矩、塔顶位移以及墩梁相对位移呈周期性变化。(3)考虑轨道结构的约束作用,对比分析了纵桥向行波效应对主塔弯矩和位移、主桁弦杆轴力及墩梁相对位移的影响规律。研究表明,在轨道约束作用大幅度降低了结构地震响应的基础上,行波效应减小了高塔上横梁以上部分的位移和下横梁以下部分的弯矩,而对其他构件动力响应起到了增大的影响。(4)以轨道横向位移和转角为指标,量化评定并研究了横桥向行波效应对桥上行车安全的影响特征。研究表明:罕遇地震作用下,桥上轨道变形未超过规范限值,不会对行车安全造成威胁;行波效应减小了轨道的横向位移和轨道在斜拉桥跨中对应位置处的折转角,对除跨中以外其他位置的水平向转角有增大的影响。
【图文】：

香港,长江大桥,武汉

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长江大桥,武汉,香港

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【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：U448.27;U298

【参考文献】