[發明專利]地震作用下橋梁-軌道系統碰撞效應分析方法

在審

• 申請號: 201510020553.8
• 申請日: 2015-01-15
• 公開（公告）號: CN104655376A
• 公開（公告）日: 2015-05-27
• 發明（設計）人: 閆斌;戴公連;粟淼;蒲浩;徐慶元;涂鵬
• 申請（專利權）人: 中南大學
• 主分類號: G01M7/02
• 分類號: G01M7/02;G01M7/08
• 代理公司: 長沙朕揚知識產權代理事務所(普通合伙) 43213
• 代理人: 周志中

技術領域

本發明涉及結構振動與撞擊分析技術，尤其是一種地震作用下橋梁-軌道系統碰撞效應分析方法。

背景技術

目前鐵路橋梁上普遍鋪設無縫線路，多種荷載作用下，橋梁與軌道之間存在著非線性相互作用，橋梁結構與無縫線路結構構成一個統一的系統。

一方面連續的軌道結構相當于連梁裝置，為橋梁提供了縱向額外約束。另一方面，軌道結構通過非線性滯回消耗系統能力。因此，在進行鐵路橋梁的地震響應研究時，必須考慮無縫線路軌道結構的影響。

目前，在進行地震作用下鐵路橋梁的動力響應或碰撞效應分析時，大多未考慮軌道結構的影響，這不符合實際情況，其計算結果存在較大偏差。在目前已考慮軌道結構的鐵路橋梁地震響應分析中，并未考慮橋梁的碰撞效應，其計算結果顯示梁體已發生了互相侵入的情況，也不符合實際情況。

因此，亟需一種結構清晰且有效的橋梁-軌道系統碰撞效應分析方法。

發明內容

本發明要解決的技術問題是克服現有分析方法的不足，提供一種結構清晰、能夠貼近實際情況的橋梁-軌道系統碰撞效應分析方法。

為解決上述技術問題，本發明提出一種地震作用下橋梁-軌道系統碰撞效應分析方法，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)采用質量單元模擬橋梁二期恒載；

(3)采用彈簧和阻尼器并聯后再串聯空隙模擬橋梁間的碰撞響應；

(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樁-土共同作用；

(8)通過在墩底建立大質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-軌道系統碰撞效應。

優選地，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系。橫向非線性約束取為通過試驗獲得的非線性曲線關系。豎向非線性約束取為理想彈塑性關系或線性關系。

優選地，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、蓋板等橋梁附屬結構的質量。

優選地，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：

c=2ζkm1m2m1+m2ζ=-lnr(lnr)2+π2]]>

ζ為阻尼比，r為恢復系數(混凝土材料取為0.65)，m₁和m₂分別為碰撞單元兩端梁體的質量。

優選地，步驟(4)中橋梁范圍外建立的路基段鋼軌長度不小于100m。

優選地，步驟(5)中采用的非線性彈簧采用理想彈塑性方法。

優選地，步驟(6)中采用非線性纖維梁單元，混凝土采用Mander材料方法。

優選地，步驟(8)中大質量單元質量應取為系統質量的1e6倍，激勵方向為順橋向、橫橋向或豎向。

優選地，橋梁-軌道系統采用Rayleigh阻尼，阻尼比取為0.05，阻尼系數計算方法如下：