地震作用下结构拟静力分量对车桥系统动力响应的影响分析

在地震易发区域当地震发生时桥上正行驶列车的概率越来越大,然而地震作用下结构拟静力分量对于车桥系统动力响应影响的研究不足。将桥梁、车辆分别简化为等截面简支梁、簧上质量系统,建立耦合振动系统在多点地震作用下运动方程,将桥梁结构动力响应分解,推导出拟静力分量影响的精确表达式。在此基础上,给出耦合振动系统求解流程。以簧上质量系统通过32 m简支梁遭遇地震作用为例,进行结构拟静力分量影响规律研究。分析结果表明:1地震作用下车桥耦合振动分析考虑结构拟静力分量的影响需要输入地震位移、速度、加速度时程;2相对于桥梁子系统,结构拟静力分量对簧上质量系统影响较大,最大到16%,且该影响对于车速更加敏感;3忽略结构拟静力分量可能造成车桥动力分析结果出现较大偏差,这与结构抗震分析显著不同。

拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响

为探讨结构拟静力分量对地震作用下高速铁路桥上列车行车安全性的影响,考虑路基和桥梁地震力边界条件,分别采用相对运动法和大质量法,在相对坐标系和绝对坐标系下处理地震力边界条件,建立了不同坐标系下的列车-轨道-桥梁系统地震响应分析模型.以跨度48 m+5×80 m+48 m的刚构-连续组合梁桥为例,分析了结构单向和三向拟静力分量对列车-轨道-桥梁系统地震响应的影响.结果表明:结构横向拟静力分量将显著增大桥梁横向位移、钢轨横向位移、列车脱轨系数和轮重减载率,而纵向、竖向拟静力分量的影响甚微;同时考虑结构的三向拟静力分量时,列车脱轨系数和轮重减载率均显著增大,且其相对误差随列车速度提高而增大,最大达30.5%和22.2%.因此,不考虑结构拟静力分量在列车速度较高时将严重低估车辆的动力响应,对桥上列车的行车安全性造成误判.

结构拟静力分量对中低速磁浮车-桥系统地震响应的影响

与传统桥梁抗震分析关注系统的相对运动不同,车-桥系统的抗震分析关注车辆系统的绝对运动,需考虑结构拟静力分量的影响.为探讨结构拟静力分量对中低速磁浮车-桥系统地震响应特性的影响,以某典型中低速磁浮线路为研究对象,考虑基于比例积分微分(Proportional Integral Derivative, PID)主动悬浮控制的磁浮车-桥耦合关系,采用相对运动法和直接求解法,分别在相对坐标系和绝对坐标系下建立中低速磁浮车-桥系统地震响应分析模型.在此基础上,重点探讨了结构拟静力分量对磁浮间隙、车辆系统以及桥梁结构动力响应的影响规律.结果表明:结构拟静力分量对车辆系统的动力响应影响较大,忽略结构拟静力分量会严重低估车辆的加速度响应,差异值最大可达447%;结构拟静力分量对桥梁结构位移响应的影响有限;建议采用考虑结构拟静力分量的绝对位移法处理磁浮车-桥系统中的地震输入.

非一致地震动激励下结构拟静力/动力分量的分离及其应用示例

基于改进的大质量法和位移法,分别求解非一致地震动激励下结构总反应和拟静力分量,用总反应减去拟静力分量得到动力分量,实现拟静力/动力分量的分离。结果表明,该方法简便实用,计算精度高,与理论结果符合好。以一座连续刚构桥为例,分析了非一致地震动激励下,结构地震反应拟静力/动力分量的基本特征和影响因素。结果表明,各支撑间的地震动位移差动对拟静力分量影响巨大,不容忽视;拟静力分量/动力分量相互叠加或消减,致使结构反应在多点激励作用下表现复杂。

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。

不同减隔震支座对跨断层桥梁地震响应的影响

为研究不同减隔震支座对跨断层桥梁横向地震响应的影响,以三跨简支梁桥为工程背景,用SAP2000建立有限元模型,并采用非一致多点激励输入的方式进行非线性时程分析。结果表明:在盆式支座、铅芯橡胶支座和摩擦摆式支座3种体系下,相较于盆式支座,后两种减隔震支座的引入可减小断层错动带来的结构约束扭转效应,降低下部结构响应水平,使桥墩保持弹性,并使响应分布均匀化,但通常会伴随主梁梁端位移和支座位移的增大。此外,还对比了不同体系下结构响应中拟静力分量和动力分量的贡献比例,研究表明:其贡献比例与结构的响应类型和响应位置有关。