地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及結(jié)構(gòu)振動與撞擊分析技術(shù)，尤其是一種地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰 撞效應(yīng)分析方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前鐵路橋梁上普遍鋪設(shè)無縫線路，多種荷載作用下，橋梁與軌道之間存在著非 線性相互作用，橋梁結(jié)構(gòu)與無縫線路結(jié)構(gòu)構(gòu)成一個統(tǒng)一的系統(tǒng)。
[0003] -方面連續(xù)的軌道結(jié)構(gòu)相當(dāng)于連梁裝置，為橋梁提供了縱向額外約束。另一方面， 軌道結(jié)構(gòu)通過非線性滯回消耗系統(tǒng)能力。因此，在進行鐵路橋梁的地震響應(yīng)研宄時，必須考 慮無縫線路軌道結(jié)構(gòu)的影響。
[0004] 目前，在進行地震作用下鐵路橋梁的動力響應(yīng)或碰撞效應(yīng)分析時，大多未考慮軌 道結(jié)構(gòu)的影響，這不符合實際情況，其計算結(jié)果存在較大偏差。在目前已考慮軌道結(jié)構(gòu)的鐵 路橋梁地震響應(yīng)分析中，并未考慮橋梁的碰撞效應(yīng)，其計算結(jié)果顯示梁體已發(fā)生了互相侵 入的情況，也不符合實際情況。
[0005] 因此，亟需一種結(jié)構(gòu)清晰且有效的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是克服現(xiàn)有分析方法的不足，提供一種結(jié)構(gòu)清晰、能夠 貼近實際情況的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析 方法，包括以下步驟：
[0008] (1)通過非線性桿單元或彈簧單元模擬橋梁和軌道間的非線性約束；
[0009] (2)采用質(zhì)量單元模擬橋梁二期恒載；
[0010] (3)采用彈簧和阻尼器并聯(lián)后再串聯(lián)空隙模擬橋梁間的碰撞響應(yīng)；
[0011] (4)在橋梁范圍外各建立一定長度的鋼軌；
[0012] (5)采用非線性彈簧模擬滑動支座；
[0013] (6)采用非線性纖維梁單元模擬橋墩；
[0014] (7)通過等效剛度彈簧模擬粧-土共同作用；
[0015] (8)通過在墩底建立大質(zhì)量單元并施加加速度時程來進行一致或非一致激勵，計 算得出地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)。
[0016] 優(yōu)選地，步驟（1)中的橋梁和軌道間的非線性桿單元或非線性彈簧的非線性約束 包括縱向、橫向和豎向三類。縱向非線性約束取為理想彈塑性關(guān)系。橫向非線性約束取為 通過試驗獲得的非線性曲線關(guān)系。豎向非線性約束取為理想彈塑性關(guān)系或線性關(guān)系。
[0017] 優(yōu)選地，步驟（2)中的二期恒載包括橋面鋪裝層、無砟軌道或道砟、擋砟墻或防撞 墻，以及欄桿、蓋板等橋梁附屬結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。
[0018] 優(yōu)選地，步驟（3)的碰撞單元彈簧剛度取為梁體的伸縮剛度，空隙取為梁體間梁 縫的初始寬度，阻尼采用下式計算：
【主權(quán)項】
1. 地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 通過非線性桿單元或彈簧單元模擬橋梁和軌道間的非線性約束； (2) 采用質(zhì)量單元模擬橋梁二期恒載； (3) 采用彈簧和阻尼器并聯(lián)后再串聯(lián)空隙來模擬橋梁間的碰撞響應(yīng)； (4) 在橋梁范圍外各建立一定長度的鋼軌； (5) 采用非線性彈簧模擬滑動支座； (6) 采用非線性纖維梁單元模擬橋墩； (7) 通過等效剛度彈簧模擬粧-土共同作用； (8) 通過在墩底建立大質(zhì)量單元并施加加速度時程來進行一致或非一致激勵，計算得 出地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于：步驟（1)中 的非線性約束包括橋梁和軌道間順橋向、橫橋向和豎向的非線性約束，其非線性約束參數(shù) 按照現(xiàn)行規(guī)范或?qū)崪y結(jié)果取值。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于：步驟（3)中 的碰撞單元彈簧剛度取為梁體的伸縮剛度，空隙取為梁體間梁縫的初始寬度，阻尼采用下 式計算：
ζ為阻尼比，r為恢復(fù)系數(shù)，mdP m 2分別為碰撞單元兩端梁體的質(zhì)量。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于：步驟（4)中 橋梁范圍外建立的路基段鋼軌長度應(yīng)不小于l〇〇m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于：步驟（5)中 采用的非線性彈簧采用理想彈塑性方法。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于：步驟（8)中 大質(zhì)量點質(zhì)量應(yīng)為系統(tǒng)質(zhì)量的le6倍，激勵方向為順橋向、橫橋向或豎向。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)分析方法，其特征在于：橋 梁-軌道系統(tǒng)采用Rayleigh阻尼，阻尼比取為0. 05。
【專利摘要】本發(fā)明公開一種地震作用下橋梁-軌道系統(tǒng)碰撞效應(yīng)的分析方法，包括以下步驟：（1）采用非線性桿單元或彈簧單元模擬橋梁與軌道間的非線性約束；（2）采用質(zhì)量單元模擬橋梁二期恒載；（3）采用彈簧和阻尼器并聯(lián)后再串聯(lián)空隙來模擬橋梁間的碰撞行為；（4）橋梁范圍外各建立一定長度的鋼軌；（5）采用非線性彈簧模擬滑動支座；（6）采用非線性纖維梁單元模擬橋墩；（7）通過在等效剛度彈簧模擬樁-土共同作用；（8）通過在墩底建立大質(zhì)量單元并施加加速度時程來進行一致或非一致激勵。相對現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明考慮了軌道結(jié)構(gòu)對橋梁地震響應(yīng)的影響，不僅可進行橋梁-軌道系統(tǒng)地震響應(yīng)分析，還可研究梁體間的碰撞效應(yīng)，其分析結(jié)果更符合實際情況。
【IPC分類】G01M7-02, G01M7-08
【公開號】CN104655376
【申請?zhí)枴緾N201510020553
【發(fā)明人】閆斌, 戴公連, 粟淼, 蒲浩, 徐慶元, 涂鵬
【申請人】中南大學(xué)
【公開日】2015年5月27日
【申請日】2015年1月15日