梁軌共同影響之高速鐵路橋墩地震動力響應(yīng)探研析

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1、梁軌共同影響之高速鐵路橋墩地震動力響應(yīng)探研析第一章緒論1.1引言無縫線路作為軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)重大進步的標志，已經(jīng)在高速鐵路結(jié)構(gòu)中獲得廣泛應(yīng)用[1]。相對于傳統(tǒng)有縫線路，無縫線路在技術(shù)性、經(jīng)濟性上有明顯優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，無縫線路相比于有縫線路可節(jié)約線路維護費用55%左右[2]。此外，無縫線路還有平順性好、舒適度高等優(yōu)點，非常符合高速列車運營需要[3]。目前，我國高速鐵路建設(shè)中基本都采用了無縫線路，而橋梁已經(jīng)成為高速鐵路軌道的主要載體。與普通列車相比，高速列車的運行速度快得多，這就要求為列車提供支撐的軌道足夠的

2、平順，也就意味著要求軌道下的基礎(chǔ)沉降小，而橋梁正好有沉降量小、沉降量能被較好的控制的特點；同時，為跨越江河、山谷等自然障礙和縱橫交叉的已有公路、鐵路線，也要求高速列車從橋上通過，因此，橋梁越來越頻繁的出現(xiàn)在高鐵線路中，橋梁總長占線路比例特別高，成為高鐵系統(tǒng)中十分重要的組成部分。　　梁軌共同影響之高速鐵路橋墩地震動力響應(yīng)探研析第一章緒論1.1引言無縫線路作為軌道結(jié)構(gòu)技術(shù)重大進步的標志，已經(jīng)在高速鐵路結(jié)構(gòu)中獲得廣泛應(yīng)用[1]。相對于傳統(tǒng)有縫線路，無縫線路在技術(shù)性、經(jīng)濟性上有明顯優(yōu)勢。據(jù)統(tǒng)計，無縫線路相比

3、于有縫線路可節(jié)約線路維護費用55%左右[2]。此外，無縫線路還有平順性好、舒適度高等優(yōu)點，非常符合高速列車運營需要[3]。目前，我國高速鐵路建設(shè)中基本都采用了無縫線路，而橋梁已經(jīng)成為高速鐵路軌道的主要載體。與普通列車相比，高速列車的運行速度快得多，這就要求為列車提供支撐的軌道足夠的平順，也就意味著要求軌道下的基礎(chǔ)沉降小，而橋梁正好有沉降量小、沉降量能被較好的控制的特點；同時，為跨越江河、山谷等自然障礙和縱橫交叉的已有公路、鐵路線，也要求高速列車從橋上通過，因此，橋梁越來越頻繁的出現(xiàn)在高鐵線路中，橋梁

4、總長占線路比例特別高，成為高鐵系統(tǒng)中十分重要的組成部分。在橋上鋪設(shè)無縫線路，雖然可以減小列車動力作用，減少軌道維修工作量，改善橋梁運營狀況但橋上無縫線路與一般路基上的無縫線路不同，橋梁的變形會使鋼軌內(nèi)產(chǎn)生縱向附加力。國內(nèi)外已有的研究成果普遍認為，鋪設(shè)無縫線路的橋梁必須考慮由梁軌相互作用引起的縱向附加力，以保證列車高速行駛中的安全性與舒適度[14_21];反之，梁軌相互作用對軌道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響也不容忽視。因此，對橋上無縫線路梁軌相互作用的研究具有重要意義。在鐵路橋梁中，軌道的存在為橋梁提供一定的縱向約

5、束，增強了橋梁的整體性，使得橋梁成為一個弱稱合的連續(xù)結(jié)構(gòu)[22]。地震作用下，軌道承擔了部分由基礎(chǔ)傳入的震動，對橋梁整體的地震響應(yīng)產(chǎn)生難以預(yù)計的影響。與軌道類似的縱向約束作用很多，比如梁間或梁墩間防落梁約束裝置的作用及滑動支座的摩擦作用如果在模型簡化過程中完全忽略這些因素，有可能難以準確把握橋梁結(jié)構(gòu)真實的地震響應(yīng)。然而，相對于滑動支座的摩擦作用及防落梁約束的作用，梁軌相互作用對橋梁地震響應(yīng)的影響更大，其作用機理也更加復(fù)雜。以往的研究主要針對滑動支座摩擦作用及防落梁約束裝置，較少涉及梁軌相互作用如何影

6、響橋梁地震響應(yīng)[22]。這是因為當橋上鋪設(shè)傳統(tǒng)有縫線路時，梁軌相互作用對橋梁地震響應(yīng)的影響確實很小，忽略梁軌相互作用是可行的[22]。而隨著橋上無縫線路的廣泛應(yīng)用，梁軌相互作用對橋梁地震響應(yīng)的影響問題亟待解決。無縫線路對橋梁地震響應(yīng)的影響程度，及軌道本身的地震響應(yīng)如何，是工程設(shè)計中需要關(guān)心的問題。因此，本文以在建的滬昆高鐵32m簡支梁及(40+64+40)m連續(xù)梁為實例，考慮梁軌相互作用，在已有的研究成果的基礎(chǔ)上，重點探討了地震作用下梁軌稱合系統(tǒng)的動力響應(yīng)問題。1.2基于梁軌相互作用的靜動力研究概況

7、針對梁軌相互作用的研究，主要采用解析法。1962年，前蘇聯(lián)學者鮑列耶夫柯[23]提出一種能計算橋上無縫線路縱向附加力的解析方法，將軌道視為彈性桿件（兩端自由或者固結(jié)），橋頭路基兩端各取25m，制動力以均布荷載的形綜合微分方程及與邊界條件，就可求出鋼軌的縱向位移及內(nèi)力分布。這種方法應(yīng)用方便，但是微分方程中沒有考慮梁體彎曲的影響，并且路基只取了25m，計算結(jié)果較粗糖，精度不高。1985年，聯(lián)邦德國鐵路管理局總結(jié)頒布了鐵路新干線橋梁的特殊規(guī)程(DS899/599)[24],采用理想彈塑性縱向阻力模型，并建

8、議采用連桿單元模擬橋梁與軌道之間的連接，對溫度荷載與列車制動力作用下鋼軌的附加應(yīng)力及固定支座反力計算給出了明確的規(guī)定，但是忽略了梁的撓曲變形顯得不夠完善。1995年，歐洲國際鐵路聯(lián)梁軌稱合動力非線性有限先分析模型，深入分析了梁軌稱合系統(tǒng)在地震作用下的動力響應(yīng)。全文主要結(jié)論如下：1.對于連續(xù)梁和簡支梁組合的橋跨布置，由于橋墩剛度相差很大，梁軌相互作用對結(jié)構(gòu)順橋向地震響應(yīng)的影響可達19%?62%，并且對剛度較大的連續(xù)梁制動徵影響尤為顯著。2.對于本文研究的橋梁，8度罕遇地