【摘 要】
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近场地震动通常是指断层距为20km以内的地震,因其复杂的特性,使得其震源机制与远场地震截然不同,因此结构在其作用下破坏更加严重。本文从PEER(美国太平洋地震研究中心)选取远场地震动作为底波,采用MATLAB软件进行人工模拟脉冲型近场地震动,通过Midas civil 2015建立10跨32m双线预应力高速铁路简支梁桥模型,并以课题组研发的TTBSAS计算程序实现列车-轨道-桥梁耦合振动分析,探究
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近场地震动通常是指断层距为20km以内的地震,因其复杂的特性,使得其震源机制与远场地震截然不同,因此结构在其作用下破坏更加严重。本文从PEER(美国太平洋地震研究中心)选取远场地震动作为底波,采用MATLAB软件进行人工模拟脉冲型近场地震动,通过Midas civil 2015建立10跨32m双线预应力高速铁路简支梁桥模型,并以课题组研发的TTBSAS计算程序实现列车-轨道-桥梁耦合振动分析,探究近场地震动参数变化及竖向效应对列车-轨道-桥梁耦合系统响应的影响,得出最不利影响工况。最后进行近、远场地震作用下简支梁桥行车安全性研究,并给出具体的安全车速阈值。具体内容及结论如下:(1)近场地震动人工合成及验证。首先对近场地震动的特征进行了阐述,然后详细介绍了通过MATLAB软件进行脉冲型地震动模拟的过程,主要步骤为等效脉冲波形的确定、等效速度脉冲PT及VP的选取、等效速度脉冲叠加位置的确定和脉冲型近场地震动的模拟过程,并校验人工合成波和实际脉冲型近场地震波的符合程度,其中包括时程符合程度和频谱符合程度。经过验证,本文采用的模拟方法及通过编写的程序模拟的近场地震动符合实际记录波的特征,具有可靠性。(2)脉冲型地震动参数与列车-轨道-桥梁耦合系统响应的相关性研究。首先简要介绍了地震作用下的列车-轨道-桥梁耦合振动模型,采用Midas civil 2015有限元软件建立高速铁路简支梁桥模型,并导入课题组研发的TTBSAS计算程序,分析脉冲型地震动参数变化对列车-轨道-桥梁耦合系统响应,包含速度脉冲波形、速度脉冲周期PT以及速度脉冲峰值VP的影响。最后,分别进行桥梁动力响应对比、轨道动力响应对比和车辆动力响应对比。结果表明,脉冲型近场地震动相对于无脉冲地震动对列车-轨道-桥梁耦合系统响应的影响显著增加,脉冲类型主要影响桥梁位移和加速度,最大分别增加110.86%和40.08%;脉冲周期主要影响桥梁和轨道子系统,其中桥梁跨中位移、加速度最大分别增加127.31%和92.31%,轨道跨中位移最大增加92.09%;脉冲峰值变化时桥梁跨中位移、加速度最大分别增加202.58%和67.51%,跨中轨道位移最大增加73.02%。(3)探讨近场地震竖向效应对对列车-轨道-桥梁耦合系统地震响应的影响。分别设定不同的竖向与水平加速度峰值比,探究近场地震动竖向效应对列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应的影响规律,其中包括桥梁跨中位移及加速度、轨道跨中位移、车体质心加速度、脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力。结果表明,随着加速度峰值比逐渐增大,桥梁跨中横向位移、横向加速度、轨道子系统、车体横向加速度、脱轨系数、轮重减载率以及轮对横向力基本保持不变,其中脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力相对于规范规定值0.65最大分别增加0.92%、1.60%和0.49%,因此在计算时可以忽略近场地震竖向效应对列车-轨道-桥梁耦合系统动力响应影响。(4)近场地震作用下简支梁桥行车安全控制研究。主要包括新型脱轨评判指标随地震动强度变化的规律探讨和近、远场地震作用下高速列车过桥的安全车速阈值研究,最后给出具体的安全车速阈值。按照本文条件计算的结果表明,在地震动强度为0.05g~0.15g激励下,脉冲型近场地震动相比远场地震动的安全车速阈值较小,最大相差100 km/h;近、远场地震动强度为0.20g~0.30g时,对应的安全阈值均为200km/h。因此,脉冲型近场地震动相比远场地震动的安全车速阈值较小,对桥上列车的行车安全威胁更大,在抗震设计时应考虑其影响。
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