行波效应下铁路简支梁桥梁轨系统地震响应

第2 6卷第 3期 2 0 1 3年 6月

Vo 1 . 2 6 No . 3

J u n . 2 0 1 3

行波效应下铁路简支梁桥梁轨系统地震响应闫 斌，戴公连，徐庆元(中南大学土木工程学院，湖南长沙 4 1 0 0 7 5 ) 摘要：基于多点激励的大质量法，采用非线性杆单元模拟梁轨接触，建立了考虑地震动行波效应的简支梁桥梁轨相T●

互作用模型。以沪昆线上某 5— 3 2 I n简支梁桥为算例，分析了行波效应作用下轨道结构对桥梁地震响应的影响，研究了行波效应下钢轨和墩台的受力特性，并对相关参数的影响做了探讨。研究表明：行波效应下轨道结构将大大墩刚度突变对相邻桥墩受力影响显著；随着简支梁跨数的增加，钢轨和桥台受力逐渐增大并趋近于一定值。关键词：铁路桥梁；无缝线路；大质量法；行波效应；梁轨相互作用文献标识码： A 文章编号：1 0 0 4— 4 5 2 3 ( 2 0 1 3 ) O 3一 O 3 5 7一 O 6

O

振盯 增强梁体和下部结构的地震响应；轨道对行波效应极为敏感，视波速越低轨道和墩台受力越大；支座布置形式和桥 a动V

工 a 中图分类号： U4 4 1 . 7

程学引e

言

式中 M, c和 K分别为结构的总体质量矩阵、阻尼矩阵和刚度矩阵； H为结构的位移矢量， P为地震荷载矢量。

报.蠹 g 由于地震动的特异性及轨道桥梁系统的复杂性，国内外对地震激励下铁路桥梁轨相互作用问题的研究相对较少。Ma r a g a k i s等在有砟轨道桥上的实验证明：当轨道存在时，传递到相邻路基上的震动非常明显，且轨道可一定程度上提高结构基频[ 1 ; D a v i s将梁轨接触简化为弹性连接，分别采用反应谱和时程法分析了梁轨之间的相对位移[ 2 ;黄艳等研究了轨道对简支梁桥抗震性能的影响_ 3]。但现有

所谓大质量法即假设结构支承点为具有很大集中质量的单元 (其质量 ML通常取为结构总质量的 1 O ~1 O。倍Ⅲ),在进行动力分析时，释放支承点在激励方向上的约束，并在该点施加动力时

程 P模拟基础运动P6一ML u ( 2 )

研究中有的模型未考虑梁轨问的非线性作用，有的将研究重点放在墩台检算上，而忽略了轨道受力，且均未考虑行波效应的影响。 本文采用非线性杆单元模拟梁轨接触，采用多点激励的大质量法考虑地震动的行波效应，以沪昆

式中

为地震动加速度。

将 ML和 P代入式 ( 1 ),用下标 n表示结构非支撑处的自由度，下标 b表示结构支撑处自由度，则式( 1 )可表示为

线上某 5— 3 2 m简支 T梁桥为算例，建立了可考虑行波效应的梁轨相互作用模型。分析了行波效应下轨道、梁体和墩台的受力特点，并对相关参数的影响进行了讨论。开

医 l M L l一1< i b>+十 。医c f C J l ‘ } j>+十 。K曲] ] f 0 1K

j - J 1 J【 M『 _ f J

( 3 )

采用集中质量法，令 MT一0,将式 ( 3 )第二行展

1 考虑行波效应的梁轨系统模型1 . 1多点激励的大质量法

ML五 6 4 - C

-C 4 z 2 6+ K l l 4 - K H 6一M L( 4 )

两端左乘 M,由于零，化简后得到6≈ g

中对角元素趋近于( 5 )

对于多自由度体系，地震动输人下的动力平衡方程为

收稿日期： 2 0 1 2— 0 5— 0 8;修订日期： 2 0 1 2— 1 2— 2 9 基金项目：国家自然科学基金资助项目( 5 1 1 7 8 4 6 9 )

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