山岭隧道桥隧结合结构力学特性研究

发布时间：2017-06-17 03:04

  本文关键词：山岭隧道桥隧结合结构力学特性研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着高速铁路网深入到西部多山地区,桥隧跨越高陡边坡V形山谷,必须考虑落石对行车安全的影响。桥梁与隧道结合方式分为桥隧分修与桥隧合修,桥隧分修时棚洞可以与桥台共同修建在承台上；桥隧合修时棚洞可以架设在桥梁上,目前为了减少棚洞对桥梁的影响,一般使用棚洞独立基础但使得棚洞成为大跨异形结构,因此研究桥梁与棚洞的结合方式十分必要。另外,棚洞与桥台或桥梁结合时由于不再是独立基础,列车荷载对棚洞的影响也不可忽略。本文分析了列车动荷载对棚洞-桥台结构及棚洞-箱梁的动力响应,主要研究工作和成果如下：(1)以列车简化垂向模型为基础,用频域法模拟列车垂向荷载,推导出二系悬挂系统列车荷载时域和频域间的传递函数,引入垂向不平顺轨道谱,得到弱平稳的列车荷载。在不改变不平顺轨道谱的条件下用幅值调制公式对弱平稳高斯荷载调制,使得列车荷载具有超高斯形式的同时轨道不平顺仍然符合轨道谱。(2)建立二维棚洞-桥台有限元模型,以位移、第一、第三主应力为分析对象对列车通过棚洞-桥台结构各个部位的动力响应进行分析。并比较了不同车速、不同棚洞类型以及不同桥台基础几种工况下列车动荷载对棚洞-桥台结构的影响。(3)针对棚洞-箱梁结构,建立了完整的三维轨道-箱梁-棚洞模型。分析了棚洞与箱梁不同结合方式对钢拱架位移、弯矩、轴力以及桥梁应力、绕跨比、扭转角的影响,然后分析两辆列车同时对开经过箱梁-棚洞结构时棚洞的动力响应,并验算了棚洞的强度和稳定性以及箱梁跨中的挠度和加速度。
【关键词】：超高斯列车荷载 棚洞-桥台结构 桩基础 棚洞-箱梁结构 动力响应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U451;U441
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-17
• 1.1 选题意义12-13
• 1.2 国内外研究现状13-15
• 1.2.1 列车振动荷载13-14
• 1.2.2 棚洞14-15
• 1.3 研究内容15-17
• 第2章 动力学分析理论与方法17-21
• 2.1 结构动力学理论17
• 2.2 结构体系运动方程17-18
• 2.3 运动方程的求解18-19
• 2.4 阻尼19-20
• 2.5 本章小节20-21
• 第3章 列车荷载的模拟21-34
• 3.1 轨道不平顺的描述21-22
• 3.2 列车荷载模拟的方法22-25
• 3.2.1 激振力法22-23
• 3.2.2 实测加速度法23-24
• 3.2.3 三角级数法和频域法24-25
• 3.2.4 有限元及多体动力学法25
• 3.3 列车垂向荷载的模拟25-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 列车荷载作用下棚洞-桥台段动力响应34-61
• 4.1 模型简介及计算中的假定34
• 4.2 岩土-棚洞二维有限元模型的建立34-36
• 4.2.1 计算模型的建立及其单元划分34-35
• 4.2.2 材料参数选取35-36
• 4.3 模态分析确定时间步长和阻尼系数36-42
• 4.3.1 结构模态分析概述36-37
• 4.3.2 时间步长的确定37-41
• 4.3.3 阻尼系数的确定41
• 4.3.4 边界条件的确定41-42
• 4.4 框架形棚洞-桥台段模拟计算42-59
• 4.4.1 棚洞-桥台段静力分析43-46
• 4.4.2 棚洞-桥台结构动力分析46-50
• 4.4.3 不同车速列车荷载作用下对棚洞的影响50-53
• 4.4.4 拱型棚洞-桥台在列车荷载作用下的动力特性53-56
• 4.4.5 拱形棚洞-桥台扩大基础列车荷载作用下的动力特性56-59
• 4.5 本章小结59-61
• 第5章 列车荷载作用下棚洞-箱梁结构动力响应61-93
• 5.1 模型简介及计算中的假定61
• 5.2 棚洞-箱梁三维有限元模型的建立61-67
• 5.2.1 棚洞有限元模型61-62
• 5.2.2 箱梁有限元模型62-64
• 5.2.3 轨道有限元模型64-66
• 5.2.4 边界条件的确定66-67
• 5.3 棚洞-箱梁结构静力分析67-74
• 5.4 列车垂向振动对棚洞-箱梁结构的影响74-91
• 5.4.1 时间步长和阻尼系数的确定74-75
• 5.4.2 棚洞动力响应75-87
• 5.4.3 棚洞验算87-90
• 5.4.4 箱梁动力响应90-91
• 5.5 本章小结91-93
• 结论及展望93-95
• 主要结论93-94
• 展望94-95
• 致谢95-96
• 参考文献96-101
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参加科研情况101

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