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高速铁路桥梁考虑桩土相互作用的动力响应分析

作　者: 刘雪梅
导　师: 余志武
学　校: 中南大学
专　业: 结构工程
关键词: 高速铁路桥梁 深厚软土地基 桩土相互作用 车桥耦合
分类号: U443.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 261次
引　用: 2次
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内容摘要


随着高速铁路的修建,高速铁路桥梁的研究具有及其重要的意义。对于铁路桥梁而言,其动力特性的影响因素除上部结构及桥梁支座外,桥墩—桩基体系也是一个不可忽视的方面。由于高速铁路建设在我国尚属首次,我国多条拟建的穿越软土地区的高速铁路桥梁需要解决在高速列车荷载作用下动力响应问题,因此开展“桥墩-桩-软土地基体系”对高速列车荷载作用下桥梁动力性能影响的理论分析,是基于我国目前工程实践的迫切需要,对高速铁路桥梁的发展具有重要意义。同时我国是个多地震国家,因此,研究地震下高速铁路桥梁的动力特性成为急需开展的研究课题。本文主要完成以下工作：1、介绍车桥动力研究现状及地震作用下车桥振动国内外研究现状。为了考虑了桩土对车桥系统的影响,根据有限元原理应用实体单元建立桩土相互作用的空间模型,并采用三维粘弹性边界来模拟无限土体对结构的影响。2、根据等效原理将车辆模型简化,应用桥梁结构动力学、车辆动力学等原理建立了有、无地震作用下列车和桥梁系统动力相互作用模型及振动分析方程。3、根据典型深厚软土地基场地特点,选择上海为典型场地、京沪高速铁路中32米箱梁桥为计算模型,建立了符合实际的有限元模型,并根据上海场地土实际情况考虑了层状土对桥梁结构的影响。在此基础之上对该桥进行了动力分析,得出在深厚软土地基场考虑桩土相互作用将会降低各阶振型的频率。根据此模型对典型软土地基场地中车桥系统中桥梁在有、无地震荷载作用下,且考虑了轨道高低不平顺时的动力响应进行分析,得出一些有意义的结论。4、分析了地震作用下列车行车速度、地震波强度、墩高对深厚软土地基场地中高速铁路桥梁动力响应的影响规律,并确定上海典型场地土土层合理计算深度。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
第一章 绪论  8-19
  1.1 我国高速铁路的发展概况  8-9
  1.2 高速铁路及其桥梁特点  9-12
    1.2.1 高速铁路特点  9-11
    1.2.2 高速桥梁的特点  11-12
  1.3 近年铁路桥梁震害  12-15
    1.3.1 1976年唐山大地震  12-13
    1.3.2 1995年阪神地震  13-14
    1.3.3 日本新泻大地震  14-15
  1.4 车—桥相互作用的研究现状  15-18
    1.4.1 车—桥动力相互作用的研究现状  15-17
    1.4.2 地震作用下车桥耦合振动的研究现状  17-18
  1.5 本文的研究内容  18-19
第二章 桩-土-结构相互作用计算模型及分析方法  19-30
  2.1 桩-土动力相互作用的研究现状  19-20
  2.2 桩-土-结构计算模型及分析方法  20-23
    2.2.1 桩-土动力计算模型  20-22
    2.2.2 桩-土-结构理论分析方法  22-23
  2.3 桩-土体有限元数学模型  23-28
    2.3.1 桩及桩周土体有限元数学模型  23-25
    2.3.2 桩-土相互作用人工边界的模拟  25-28
  2.4 运动方程  28-29
  2.5 本章小结  29-30
第三章 车桥耦合振动基本原理  30-46
  3.1 车辆振动分析模型  30-36
    3.1.1 车辆振动的基本形式  30-31
    3.1.2 车辆模型基本假定  31-32
    3.1.3 车辆模型的选取  32-34
    3.1.4 质量—弹簧系统的简化  34-35
    3.1.5 车辆运动方程  35-36
  3.2 高速铁路桥梁动力分析模型  36-40
    3.2.1 桥梁动力分析模型  36-40
    3.2.2 桥梁运动方程  40
  3.3 地震作用下车桥耦合振动方程及求解方法  40-45
    3.3.1 地震作用下车桥耦合振动方程  40-42
    3.3.2 地震作用下车桥耦合振动方程的求解方法  42-45
  3.4 本章小结  45-46
第四章 地震作用下车桥系统响应分析实例  46-63
  4.1 工程概况  46-48
  4.2 有限元模型  48-55
    4.2.1 单元选择  48-52
    4.2.2 桥梁自振特性计算与分析  52-55
  4.3 计算参数  55-57
    4.3.1 车辆计算参数  55
    4.3.2 轨道不平顺  55-56
    4.3.3 地震波的选取  56-57
  4.4 地震作用下车桥系统的动力响应分析  57-61
    4.4.1 无震时车桥动力响应分析  57-59
    4.4.2 地震作用下高速铁路桥梁系统的动力响应分析  59-61
  4.5 本章小结  61-63
第五章 车桥系统中桥梁动力响应影响因素分析  63-70
  5.1 行车速度对桥梁动力响应的影响  63-65
    5.1.1 无地震荷载作用时行车速度对梁动力响应的影响  63-64
    5.1.2 地震荷载作用时行车速度对梁动力响应的影响  64-65
  5.2 地震波强度桥梁动力响应的影响  65-67
  5.3 墩高对桥梁动力响应的影响  67-68
  5.4 土层深度对桥梁动力响应的影响  68-69
  5.5 本章小结  69-70
第六章 结论与展望  70-73
  6.1 结论  70-71
  6.2 展望  71-73
参考文献  73-78
致谢  78-79
攻读硕士学位期间参与科研及论文发表情况  79

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中图分类: > 交通运输 > 公路运输 > 桥涵工程 > 桥梁构造 > 桥基
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