非線性樁-土作用對車橋耦合振動的影響研究.pdf

1、車橋耦合計算方法已經成為評價橋梁動力設計參數合理與否以及列車安全性評估的重要手段。建立準確的車橋耦合計算模型是進行車橋耦合計算的前提和關鍵。對于車橋耦合作用而言,其動力特性的影響因素除了上部結構外,樁基系統(tǒng)也是一個不可忽略的因素。在目前的車橋耦合研究較少考慮樁-土的非線性相互作用。實際上,在動力荷載作用下,樁和土之間存在著變形的相互制約和能量的相互傳遞。因此考慮非線性樁-土相互作用的車橋耦合振動成為一個值得研究的課題。
　　本文基

2、于土-結構動力學以及車橋耦合理論建立了樁-土-橋-車的動力作用分析模型。分析了考慮非線性樁-土相互作用的車橋耦合響應,并不考慮樁-土相互作用的車橋耦合響應進行了對比分析。其主要研究內容如下:
　　1.基于文克爾地基梁理論,利用修正的P-Y曲線法和荷載傳遞雙曲線法,模擬樁-土水平方向和豎直方向的非線性相互作用。采用了樁和土相對剛度來計算水平方向樁-土相互作用的初始剛度。通過Mohr-Coulomb法則得到土的極限抗力,并結合Matl

3、ock P-Y曲線法對極限抗力的表達式進行了修正,充分考慮了土的極限抗力的深度效應。從而建立了非線性樁-土相互作用模型。并分析樁基各主要參數對樁基承載力的影響。
　　2.針對包含31個自由度的二系懸掛四軸動車模型,包含12個自由度的空間梁單元橋梁動力學模型,以及建立的非線性樁-土相互作用模型,建立了樁-土-橋-車體系動力學模型。為提高樁-土-橋-車動力體系振動微分方程的求解速度,采用了“新型顯式Newmark-β”法與傳統(tǒng)隱式“N

4、ewmark-β”法分別求解車輛動力方程和橋梁(包含樁-土)的動力方程。
　　3.以某一位于深厚軟弱場地的高速鐵路橋梁為背景,建立了包含非線性樁-土相互作用的車-橋耦合有限元模型。在此基礎上對該高速鐵路橋梁振動特性以及高速列車在其上運行的安全性能進行了分析。發(fā)現考慮非線性樁-土相互作用后橋梁振動的位移響應變大,加速度響應變小。非線性樁-土相互作用對車輛的安全性能有利。此計算方法和結果為軟弱基礎的高速鐵路線路的分析和設計提供了參數和