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非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究
| 论文题名： | 非线性桩-土作用对车桥耦合振动的影响研究 |
| 关键词： | 高速铁路桥梁;振动特性;车桥耦合理论;非线性桩-土相互作用模型 |
| 摘要： | 车桥耦合计算方法已经成为评价桥梁动力设计参数合理与否以及列车安全性评估的重要手段。建立准确的车桥耦合计算模型是进行车桥耦合计算的前提和关键。对于车桥耦合作用而言,其动力特性的影响因素除了上部结构外,桩基系统也是一个不可忽略的因素。在目前的车桥耦合研究较少考虑桩-土的非线性相互作用。实际上,在动力荷载作用下,桩和土之间存在着变形的相互制约和能量的相互传递。因此考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合振动成为一个值得研究的课题。 本文基于土-结构动力学以及车桥耦合理论建立了桩-土-桥-车的动力作用分析模型。分析了考虑非线性桩-土相互作用的车桥耦合响应,并不考虑桩-土相互作用的车桥耦合响应进行了对比分析。其主要研究内容如下: 1.基于文克尔地基梁理论,利用修正的P-Y曲线法和荷载传递双曲线法,模拟桩-土水平方向和竖直方向的非线性相互作用。采用了桩和土相对刚度来计算水平方向桩-土相互作用的初始刚度。通过Mohr-Coulomb法则得到土的极限抗力,并结合Matlock P-Y曲线法对极限抗力的表达式进行了修正,充分考虑了土的极限抗力的深度效应。从而建立了非线性桩-土相互作用模型。并分析桩基各主要参数对桩基承载力的影响。 2.针对包含31个自由度的二系悬挂四轴动车模型,包含12个自由度的空间梁单元桥梁动力学模型,以及建立的非线性桩-土相互作用模型,建立了桩-土-桥-车体系动力学模型。为提高桩-土-桥-车动力体系振动微分方程的求解速度,采用了“新型显式Newmark-β”法与传统隐式“Newmark-β”法分别求解车辆动力方程和桥梁(包含桩-土)的动力方程。 3.以某一位于深厚软弱场地的高速铁路桥梁为背景,建立了包含非线性桩-土相互作用的车-桥耦合有限元模型。在此基础上对该高速铁路桥梁振动特性以及高速列车在其上运行的安全性能进行了分析。发现考虑非线性桩-土相互作用后桥梁振动的位移响应变大,加速度响应变小。非线性桩-土相互作用对车辆的安全性能有利。此计算方法和结果为软弱基础的高速铁路线路的分析和设计提供了参数和依据。 |
| 作者： | 梁爱婷 |
| 专业： | 固体力学 |
| 导师： | 王世斌 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 天津大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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