大跨连续刚构桥考虑桩土相互作用的动力响应研究

发布时间：2017-04-07 06:51

  本文关键词：大跨连续刚构桥考虑桩土相互作用的动力响应研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：大跨连续刚构桥在西部山区铁路桥梁中得到了广泛的应用与发展。随着列车的不断提速,车桥耦合振动系统的动力响应加剧,无疑会对大跨连续刚构桥的行车安全性和舒适性产生不利影响。此外,基础的变形也会加大车桥耦合振动系统的剧烈程度,但以往研究中关于大跨刚构桥的车桥耦合振动分析通常忽略了桩土相互作用的影响。近些年来地震频发,许多铁路桥梁在地震中受到一定程度的破坏,尤其是列车运行过程中发生地震的情况引起了学者的高度重视,因此对于地震作用下列车过桥时桥梁动力响应的研究也十分必要。本文基于实际工程牛角坪大桥(主跨192m),运用ANSYS建立大跨连续刚构桥的车桥系统有限元模型,探讨了桩土相互作用对桥梁动力响应的影响,并对其在无、有地震荷载作用下车桥耦合振动的动力响应进行了详细的分析。主要研究内容及结论包括:(1)在ANSYS中建立了牛角坪大桥未考虑和考虑桩土相互作用的两种力学模型,分别以模型A、B表示,进行了自振特性分析。(2)采用时程分析法,分别对两种模型进行动力响应分析,得出列车过桥时桥梁关键截面的动力响应峰值,研究了桩土相互作用对桥梁动力响应的影响。(3)同时考虑地震荷载与列车荷载,分别对两种模型进行动力响应分析,得出桥梁关键截面的动力响应峰值,研究地震作用下列车过桥时桩土相互作用对桥梁动力响应的影响。(4)基于模型B,针对主桥高低墩中的矮墩,建立了五个不同墩高的有限元模型,在列车荷载作用下对不同模型均进行了动力响应分析,探讨墩高差对车桥系统中桥梁动力响应影响规律。(5)基于模型B,针对列车行车速度的变化,进行桥梁的动力响应分析,总结行车速度对无、有地震作用下列车过桥时桥梁动力响应影响规律。(6)基于模型B,针对地震动强度的变化,进行动力响应分析,探讨地震动强度对地震作用下列车过桥时桥梁动力响应影响规律。
【关键词】：大跨连续刚构桥 车桥耦合系统 桩土相互作用 时程分析 动力响应
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U441.3;U448.23
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-12
• 主要符号12-13
• 1 绪论13-23
• 1.1 大跨连续刚构桥概述13-15
• 1.1.1 大跨连续刚构桥特点13
• 1.1.2 大跨连续刚构桥的发展历史13-15
• 1.2 铁路桥梁震害及教训15-18
• 1.2.1 唐山地震15-16
• 1.2.2 日本地震16-18
• 1.3 列车与桥梁相互作用的研究与发展18-21
• 1.3.1 列车与桥梁动力相互作用的研究历程18-19
• 1.3.2 地震作用下列车与桥梁相互作用的研究现状19-21
• 1.4 本文研究的意义和主要工作21-23
• 1.4.1 研究的意义21
• 1.4.2 主要工作21-23
• 2 车桥系统模型建立及振动分析理论23-43
• 2.1 车辆模型的建立及其运动方程23-29
• 2.1.1 车辆振动的基本形式23-24
• 2.1.2 车辆模型的建立24-26
• 2.1.3 车辆运动方程26-29
• 2.2 桥梁模型的建立及其运动方程29-35
• 2.2.1 局部坐标系下的单元刚度矩阵30-31
• 2.2.2 坐标转换原理31-33
• 2.2.3 单元质量矩阵33-34
• 2.2.4 单元阻尼矩阵34-35
• 2.2.5 桥梁结构运动方程35
• 2.3 地震作用下车桥耦合振动方程及求解方法35-39
• 2.3.1 地震作用下车桥耦合振动方程35-36
• 2.3.2 地震作用下车桥耦合振动方程的求解方法36-39
• 2.4 车桥耦合程序设计39-41
• 2.5 本章小结41-43
• 3 有限元模型的建立及动力特性分析43-63
• 3.1 工程概况43-47
• 3.1.1 尺寸参数44
• 3.1.2 材料参数44-47
• 3.1.3 大桥地质资料47
• 3.2 车辆模型47-48
• 3.3 桩—土—结构动力相互作用48-52
• 3.3.1 桩—土—结构相互作用的理论分析方法48-50
• 3.3.2 桩及桩周土体有限元数学模型50-52
• 3.3.3 运动方程52
• 3.4 刚构桥的有限元模拟52-53
• 3.5 结构控制截面的选取53
• 3.6 结构自振特性分析基本理论53-56
• 3.6.1 振动方程的建立53-54
• 3.6.2 结构自振特性的计算方法54-56
• 3.7 结构自振特性计算结果56-61
• 3.8 本章小结61-63
• 4 大跨连续刚构桥动力响应分析63-79
• 4.1 轨道不平顺63-66
• 4.2 地震波的选择66-68
• 4.3 车桥系统的动力响应分析68-77
• 4.3.1 无地震作用时车桥系统的动力响应分析68-74
• 4.3.2 地震作用时车桥系统的动力响应分析74-77
• 4.4 本章小结77-79
• 5 车桥系统的主要影响参数分析79-95
• 5.1 墩高差对桥梁动力响应影响分析79-82
• 5.2 行车速度对桥梁动力响应影响分析82-89
• 5.2.1 无地震作用下行车速度对桥梁动力响应影响分析82-86
• 5.2.2 地震作用下行车速度对桥梁动力响应影响分析86-89
• 5.3 地震动强度对桥梁动力响应影响分析89-93
• 5.4 本章小结93-95
• 6 结论与展望95-97
• 6.1 结论95
• 6.2 展望95-97
• 致谢97-99
• 参考文献99-103
• 附录103
• A.作者在攻读学位期间申请的专利103
• B.作者在攻读学位期间发表的论文103

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