【摘要】：由于高速鐵路高標(biāo)準(zhǔn)的線路要求,工程建設(shè)主要以橋梁為主,而且高速列車的運(yùn)行速度遠(yuǎn)高于普通火車,因此高速鐵路橋梁的動(dòng)力響應(yīng)遠(yuǎn)高于普通鐵路橋梁,而且在很多情況下,不可避免要采用大跨高墩橋梁形式,在地質(zhì)條件復(fù)雜,尤其是在軟土地基的情況下,列車振動(dòng)引起的樁-土相互作用將對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力行為產(chǎn)生影響。目前對(duì)于高速鐵路的相關(guān)研究還遠(yuǎn)沒有成熟,因此針對(duì)高速鐵路橋梁應(yīng)進(jìn)行更加深入的研究。過往研究中,有單純針對(duì)地基土-樁動(dòng)力相互作用進(jìn)行研究的,這些研究中有些建立整個(gè)地基土模型進(jìn)行分析,或者將樁-土相互作用等效為連續(xù)分布的彈簧-阻尼器單元,也有把地基土的貢獻(xiàn)等效為彈性抗力附加到墩底進(jìn)行考慮的。而針對(duì)上部結(jié)構(gòu)的研究中,可以將列車等效為多體模型,建立列車與軌道耦合動(dòng)力方程,這些研究從力學(xué)原理出發(fā)揭示車-橋耦合動(dòng)力行為的本質(zhì)特征。但這些研究過于復(fù)雜,且缺乏實(shí)用性,因此很難應(yīng)用到實(shí)際工程。因此如何合理的考慮列車振動(dòng)荷載,并簡(jiǎn)化樁-土相互作用分析模型,使之更加有效的在實(shí)際工程中考慮樁-土相互作用對(duì)高速鐵路橋梁的影響,具有重要意義。本文主要研究?jī)?nèi)容包括:(1)通過總結(jié)高速列車振動(dòng)荷載相關(guān)研究,給出高速列車振動(dòng)荷載簡(jiǎn)化表達(dá)式,本文將采用基于軌道不平順法所推導(dǎo)的列車振動(dòng)荷載進(jìn)行下一步的分析。同時(shí)介紹了求解移動(dòng)荷載作用下的時(shí)變系數(shù)微分方程組的幾種逐步積分方法。(2)基于動(dòng)力Winkler地基梁模型,建立不考慮軸向力影響的動(dòng)力平衡微分方程,利用Laplace變換和傳遞矩陣法求得動(dòng)力荷載作用下的水平動(dòng)力阻抗,同時(shí)求得群樁動(dòng)力相互在作用因子和群樁動(dòng)力阻抗,通過模型計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證其頻率相關(guān)性,同時(shí)推導(dǎo)了多荷載分量振動(dòng)荷載作用下的水平動(dòng)力阻抗。(3)根據(jù)研究?jī)?nèi)容,選擇合適的ANSYS單元,建立考慮與不考慮樁-土相互作用的86m×142m×86m三跨高速鐵路剛構(gòu)橋有限元模型,分析高速列車通過時(shí)兩種模型的動(dòng)力響應(yīng),通過與相關(guān)試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比,驗(yàn)證該模型的合理性。(4)分析列車運(yùn)行速度、墩高、土層壓縮模量、樁長(zhǎng)和軌道不平順等參數(shù)對(duì)于橋梁動(dòng)力響應(yīng)的影響,計(jì)算結(jié)果表明,各參數(shù)變化均會(huì)對(duì)橋梁動(dòng)力響應(yīng)產(chǎn)生影響,為高速鐵路橋梁在設(shè)計(jì)階段考慮樁-土相互作用影響提供依據(jù)。
【圖文】：

同時(shí)將介紹大型有限元分析究中的相關(guān)成果。首要任務(wù)就是確定列車運(yùn)行時(shí)對(duì)下難點(diǎn)，，目前主要有兩種方法，第一方程，但是由于列車—軌道耦合動(dòng)到實(shí)際工程中。第二種是考慮車速列車運(yùn)行因素眾多，因此很難用于工程問題的簡(jiǎn)化表達(dá)式是有可種軌道振動(dòng)加速度看作隨機(jī)過程,是則是基于軌道不平順?biāo)鸬牡恼駝?dòng)模型如圖 2.1 所示。

元共有四個(gè)節(jié)點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)具有 6 個(gè)自由度，分別為沿 X、Y、Z 軸的平動(dòng)自由度和繞X、Y、Z 軸的轉(zhuǎn)動(dòng)自由度，可以較好地模擬各類線性和非線性行為，Shell63 單元如圖4.6 所示。（2）盆式支座。本文所建立的三跨連續(xù)剛構(gòu)橋邊墩和主梁采用盆式支座連接，有限元模型中通過水平兩方向的非線性彈簧 COMBIN40 單元和豎向的線性彈簧COMBIN14 單元組合模擬邊墩盆式支座，通過建立重合節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)。盆式支座的水平方向基本參數(shù)主要有：Ku(屈服前剛度)、Kd(屈服后剛度)、Qd(屈服力)和阻尼比。而 ANSYS中的 COMBIN40 彈簧單元的實(shí)常數(shù)主要有：K1，K2和 C(阻尼)等。根據(jù)文獻(xiàn)[51]對(duì)盆式支座力學(xué)性能的相關(guān)研究，本文邊墩支座中水平單元 COMBIN40 實(shí)常數(shù)設(shè)為K1=20MN/m ， K2=20MN/m ， C=5×104N s/m ；豎向彈簧單元 COMBIN14 單元取為K=38.6MN/m。（3）承臺(tái)。采用 Solid185 單元模擬混凝土承臺(tái)，該單元是三維實(shí)體單元，通過八個(gè)節(jié)點(diǎn)定義，每個(gè)節(jié)點(diǎn)有沿 X，Y，Z 方向平移的三個(gè)自由度，具有超彈性、應(yīng)力剛化和大變形能力，可以用于構(gòu)造各類三維實(shí)體結(jié)構(gòu)。Solid185 單元如圖 4.7 所示。
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：U443.15

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2679398