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列车撞击荷载作用下高铁站房框架结构的动态响应及破坏机理研究
| 论文题名： | 列车撞击荷载作用下高铁站房框架结构的动态响应及破坏机理研究 |
| 关键词： | 列车脱轨;高架站房;撞击荷载;动力响应;破坏机理 |
| 摘要： | 近年来，我国高速铁路快速发展，高铁站房作为高速铁路的重要组成部分，也迎来了前所未有的建设高潮。被喻为“城市大门”的现代大型高铁站房，大多采用线上式，列车穿行建筑内部。如果列车脱轨撞击高架站房结构，将有可能导致站房结构受损，甚至发生倒塌事故，产生巨大人员伤亡和财产损失。由于高架站房是近十年随着我高速铁路快速发展才大量兴建起来的，而目前针对列车撞击站房结构的研究还很缺乏。因此，本文以列车脱轨撞击站房结构为背景，基于LS-DYNA软件研究了列车撞击站房框架结构动力响应以及破坏模式、机理。本论文的主要研究内容及成果如下: (1)选取典型高架站房框架结构，建立列车、站房结构简化有限元模型，分析了列车不同速度撞击框架结构角柱、边柱、中柱时的动力响应。分析表明，列车以相同速度撞击不同位置的框架柱时，其柱损坏过程基本相同;撞击速度越大，撞击力峰值出现的时间越早，撞击力峰值与撞击速度线性相关;列车撞击站房结构柱过程中，其撞击影响具有局部性，主要集中在被撞柱和相邻构件。 (2)总结了撞击作用下框架结构的破坏模式。不同速度撞击作用下，框架结构主要表现两种破坏模式:局部破坏和整体变形损伤。局部破坏:由于列车冲击作用引起的结构柱在碰撞区域以及柱顶节点的损伤，其主要体现在结构柱局部弯剪失效或弯曲变形，柱项节点周围产生塑性变形。整体变形损伤:列车在碰撞过程中由受撞柱通过柱顶节点传递到上部结构的力引起的结构变形和位移;包括撞击引起的结构平动位移、受撞柱失效引起的竖向倒塌变形等。 (3)提取结构内力分析了碰撞荷载作用下结构抗力机制。分析表明，列车撞击站房柱时，在初始小变形阶段，结构柱存在明显拱效应机制，且柱顶轴向约束越强，柱轴压力越大，拱效应越明显;在大变形阶段靠悬链线机制提供抗力;柱顶传递给上部结构的力主要通过平行于冲击方向与之相邻的梁产生轴压力来分担。 (4)提出了一种评价框架结构抗冲击性能的方法和流程。针对局部破坏特点，建议采用柱截面相对失效面积为指标的快速评价方法;对整体位移变形，建议采用层间位移角来评估结构的损伤;前者能反应局部构件的抗冲击性能，后者能反应整体结构抗侧向冲击倒塌能力。同时，给出了站房框架结构抗冲击性能评估流程和设计建议。 |
| 作者： | 陶德怀 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 刘艳辉 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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