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原文传递非一致地震激励下列车-大跨斜拉桥系统动态特性研究

论文题名：	非一致地震激励下列车-大跨斜拉桥系统动态特性研究
关键词：	大跨斜拉桥;动态特性;车-轨-桥耦合振动;反应谱法;时程分析法
摘要：	随着城市轨道交通在全球范围内的快速发展，我国的轨道交通建设规模也在不断扩大。大跨桥梁经常作为交通运输的枢纽工程，承担非常关键的作用，斜拉桥作为大跨斜拉桥的经典桥型之一，也在快速发展。然而我国西南地区地震频发，地震灾害必然引起桥梁的动态特性发生变化，桥上运行的轨道列车必然受其影响，影响人们的乘坐体验，甚至危害人民生命财产安全。然而地震激励下的车-桥系统的动态问题不是简单的系统叠加问题，因此对非一致地震激励下列车-大跨斜拉桥系统动态特性的研究变得尤为重要。本文以东水门长江大桥为工程背景，建立列车-大跨斜拉桥的耦合动力学模型，对该模型进行反应谱分析和考虑行波效应的时程分析，探究非一致地震激励对列车-大跨斜拉桥系统动态特性的影响规律。本文主要的研究内容包括：　　首先对国内轨道交通和斜拉桥的发展进行综述，重点阐述了斜拉桥的结构特点，对地震灾害也进行了描述，综述了国内外对车桥系统动力学和地震作用对车桥系统的影响的研究现状，引出本文的研究主题。　　然后简要介绍地震响应分析的基本理论及其特点，基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论，将车辆子系统模型、轨道子系统模型和桥梁子系统模型采用轮轨关系和桥轨关系实现车桥耦合作用，同时考虑地震激励的影响建立地震激励下的列车-大跨斜拉桥耦合系统动力学模型，根据规范选用美国五级谱不平顺作为系统的初始激励。　　其次根据桥梁设计资料，基于有限元法建立大跨斜拉桥梁模型，并通过对桥梁有限元模型进行模态分析与现场桥梁脉动试验结果对比，验证该桥梁模型符合计算要求，有较高精度。对桥梁基本动态特性进行分析可以发现全桥第一阶振型为主梁正对称竖弯，基频为0.313Hz且模态密集，反应谱分析法宜采用CQC振型组合法。对反应谱的选取原理也作了详细介绍，确定了研究工况。　　最后基于上述模型进行地震动反应谱分析和考虑行波效应的时程分析，通过对比反应谱分析和时程分析的车桥动力响应结果，探究了非一致地震激励对列车-大跨斜拉桥系统动态特性的影响。反应谱分析和时程分析结果对比可知，桥梁中跨跨度大在中跨1/2处出现最大竖向位移为40.86mm。反应谱分析中桥塔各关键点竖向位移和横向位移最大在桥塔顶点A处取得分别为56.52mm和4.02mm。桥塔各关键点的竖向加速度和横向加速度最大在桥塔顶点A处取得分别为0.057m/s2和0.112m/s2。时程分析中在桥塔顶点A处取得竖向位移最大为57.47mm，横向位移最大4.16mm。时程分析中桥塔各关键点的竖向加速度和横向加速度最大在桥塔顶点A处取得分别为0.059m/s2和0.112m/s2。最后得出考虑非一致地震激励的时程分析和反应谱分析对车桥系统的动态特性的计算结果影响并无绝对定论，具体影响要看分析的动态特性指标。
作者：	龙权明
专业：	机械
导师：	陈兆玮
授予学位：	硕士
授予学位单位：	重庆交通大学
学位年度：	2023