FPS在高速铁路简支梁桥中的适用性研究

发布时间：2017-08-30 11:19

  本文关键词：FPS在高速铁路简支梁桥中的适用性研究

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【摘要】：摩擦摆支座(Friction Pendulum System,简称FPS)隔震性能优越,有很好的耐久性和稳定性,并能震后自行复位,在高速铁路桥梁的减隔震设计中有较好的应用前景。研究FPS在高铁桥梁中的适用性有一定现实意义。本文以高铁FPS隔震简支梁桥为研究对象,主要开展了以下几个方面的研究:(1)在查阅大量国内外文献的基础上,对比了几种常用减隔震装置的特点,分析了FPS在高铁隔震桥梁中的优势,评述了桥梁FPS减隔震技术及无砟轨道约束等相关研究现状。(2)分析了高铁桥梁无砟轨道、主梁、桥墩以及FPS的计算模型,基于OpenSees建立了采用两种常用无砟轨道的FPS隔震简支梁桥一体化计算模型,研究了无砟轨道约束对结构地震反应的影响。结果表明,无砟轨道约束对结构地震反应有较大影响,CRTS II型板式无砟轨道能降低支座位移、桥墩位移及轨道内力,在减隔震设计中应优先考虑。(3)通过模拟列车荷载,分析了结构各设计参数对正常使用状态下结构使用性能的影响规律。结果表明,高铁FPS隔震简支梁桥应设置足够刚度的FPS抗剪螺栓,以满足规范对结构横向自振基频的要求;另外桥墩横向线刚度对结构横向自振频率的影响很大,在设计时不宜过小。(4)在结构满足正常使用状态要求的前提下,研究了FPS的减隔震效果,结果表明,FPS能有效降低结构纵向地震反应,但会增大上部结构横向的位移。通过参数分析发现FPS曲率半径、摩擦系数及桥墩线刚度对结构地震反应的影响较大,在设计时要合理选取。(5)针对FPS隔震桥梁上部结构横向位移大的特点,利用在主梁底部安装的型钢挡块来控制上部结构横向位移,研究结果表明,型钢挡块能有效减小上部结构横向位移,但同时会增加墩顶位移。在设计时,应进行挡块参数敏感性分析,选取合适的参数。
【关键词】：高铁 简支梁桥 无砟轨道约束 减隔震 FPS 地震反应
【学位授予单位】：石家庄铁道大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U442.55
【目录】：

• 摘要2-3
• Abstract3-7
• 第一章 绪论7-18
• 1.1 课题的提出7-11
• 1.2 国内外桥梁FPS减隔震技术的相关研究现状11-17
• 1.2.1 FPS减隔震技术及其在桥梁上的应用现状11-15
• 1.2.2 轨道桥面系对高速铁路桥梁结构反应影响的研究现状15-17
• 1.3 本文主要研究内容17-18
• 第二章 高速铁路FPS隔震简支梁桥有限元模型建立18-47
• 2.1 引言18
• 2.2 FPS减隔震支座18-22
• 2.2.1 FPS减隔震原理18-20
• 2.2.2 FPS计算分析模型20-21
• 2.2.3 支座抗剪螺栓模型21-22
• 2.3 高速铁路板式无砟轨道22-36
• 2.3.1 CRTS I型板式无砟轨道23-24
• 2.3.2 CRTS II型板式无砟轨道24
• 2.3.3 桥面系无砟轨道计算模型24-36
• 2.4 高速铁路简支梁桥桥墩结构计算模型36-41
• 2.4.1 纤维单元模型37
• 2.4.2 桥墩截面参数与纤维单元材料本构关系37-40
• 2.4.3 桥墩截面剪切和扭转刚度40-41
• 2.5 列车荷载作用41-42
• 2.6 高速铁路FPS隔震简支梁桥有限元模型建立42-45
• 2.6.1 工程概况42-44
• 2.6.2 计算模型44-45
• 2.7 输入地震波的选取45-46
• 2.8 本章小结46-47
• 第三章 无砟轨道约束对高铁FPS隔震简支梁桥地震反应的影响47-62
• 3.1 引言47
• 3.2 无砟轨道约束的影响47-60
• 3.2.1 无砟轨道约束对结构动力特性的影响47-53
• 3.2.2 无砟轨道约束对高铁FPS隔震桥梁纵向地震反应的影响53-57
• 3.2.3 无砟轨道约束对高铁FPS隔震桥梁横向地震反应的影响57-60
• 3.3 本章小结60-62
• 第四章 正常使用状态下高铁FPS隔震简支梁桥适用性研究62-76
• 4.1 引言62
• 4.2 正常使用状态下高速铁路桥梁结构变形和自振频率限值规定62-64
• 4.3 正常使用状态下高速铁路FPS隔震简支梁桥适用性的参数研究64-75
• 4.3.1 FPS屈服刚度对桥梁结构变形和自振频率的影响64-68
• 4.3.2 FPS抗剪螺栓对桥梁横向自振频率的影响68-69
• 4.3.3 桥墩线刚度对桥梁结构变形和自振频率的影响69-75
• 4.4 本章小结75-76
• 第五章 地震作用下高铁FPS隔震简支梁桥抗震性能研究76-99
• 5.1 引言76
• 5.2 高铁非隔震简支梁桥有限元模型的建立76-77
• 5.3 高铁FPS隔震简支梁桥减隔震效果分析77-80
• 5.4 高铁FPS隔震简支梁桥地震反应参数研究80-92
• 5.4.1 FPS摩擦系数对高铁FPS隔震简支梁桥地震反应的影响80-83
• 5.4.2 FPS屈服刚度对高铁FPS隔震简支梁桥地震反应的影响83-85
• 5.4.3 FPS曲率半径对高铁FPS隔震简支梁桥地震反应的影响85-89
• 5.4.4 桥墩线刚度对高铁FPS隔震简支梁桥地震反应的影响89-92
• 5.5 横向限位装置对高铁FPS隔震简支梁桥横向地震反应的影响92-97
• 5.5.1 型钢挡块的计算模型93-94
• 5.5.2 挡块碰撞计算模型94-95
• 5.5.3 考虑型钢挡块的高铁FPS隔震桥梁有限元模型建立95
• 5.5.4 考虑型钢挡块的结构横向地震反应参数研究95-97
• 5.6 本章小结97-99
• 第六章 结论与展望99-101
• 6.1 结论99-100
• 6.2 展望100-101
• 参考文献101-106
• 致谢106-107
• 个人简历、在校期间的研究成果及发表的学术论文107

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