铁路曲线梁桥抗震设计的分析研究

铁路曲线梁桥抗震设计的分析研究

第24卷　第1期Vo124No1重　庆　交　通　学　院　学　报

JOURNALOFCHONGQINGJIAOTONGUNIVERSITY

2005年2月Feb.,2005

铁路曲线梁桥抗震设计分析

单德山,　李　乔

(西南交通大学桥梁及结构工程系,四川成都610031)

Ξ

3

摘要:笔者在文中利用时程分析方法对铁路曲线梁桥地震响应进行了分析.连续曲线刚构桥两种桥型,地震波采用人造地震波,,入方向对曲线梁桥地震响应的影响.,.关　键　词:曲线梁;地震响应;抗震设计

中图分类号:U44112　　文献标识码:A　　(2204

　　在现代交通网络中,求,,其二号桥、.对于曲线桥梁在恒载及活载作用下的静力特性,国内外已进行了比较深入的研究,有了比较明确的认识,形成了较为有效的计算方法;对曲线桥梁的动力特性分析,主要针对公路曲线桥梁进行了大量的研究工作,对铁路曲线梁桥的动力分析进行得较少.本文在铁路曲线桥梁的地震响应分析的基础上,对铁路曲线梁的抗震设计进行了探讨.

式中,ux(z)、uy(z)、uz(z)分别为横截面沿x、y、z

θ方向的平移,θy轴的x(z)、y(z)分别为横截面绕x、转角,θz(z)为横截面绕扭转中心的扭转角,这6个

位移的方向与坐标系的正向一致时为正,w(z)为由于扭转引起的横截面翘曲,其正负与相应的广义坐标有关,不需事先假定.由哈密顿原理和虚功原理即

[2]

可得到控制微分方程:

4

θ-E1A(u′uxz-kux-kzy1)k+E1Ixux+mA(¨

(2a)+y1θ¨u″z)+mIy¨z=f-m′y

θθ)+E1Iy(uy-k″″z)+Gu1Ick(z-ku″y-w′

GIkk(θ″uy-x1θ¨u″z-ku″y)+mA(¨z)+mIx¨y=fy-m′x

4

1　计算方法

求解结构地震响应的方法有两种:一种是反应

谱法,另一种是时程分析法.本文采用时程分析法对曲线梁桥进行地震响应分析,因为时程分析法不仅适用于结构的弹性反应分析,而且还适用于结构的弹塑性分析及结构在任意动力荷载作用下的响应分析.

曲线梁桥地震响应分析理论采用曲线梁的动力[1]

模型,为满足曲线梁本身的受力特点,将曲线梁的力学模型设定为每个节点具有7个自由度的空间曲梁单元,即为空间曲线梁单元的三个线位移、三个角位移和截面的翘曲.设曲线梁的基本未知量(位移变量)为:

θ{dz}={ux(z),uy(z),uz(z),θx(z),y(z),

θ(1)z(z),w(z)}

Ξ

(2b)

θE1A(u″′zy1)-mA¨uz=-fzz-ku′x-k

2

(2c)

θθ)-kE1Iy(-u″″y+kz)-Gu1Ic(z-ku″y-w′θGIk(θ″+y1¨ux-x1¨uy)-E1A(u′z-ku″y)+mA(γs¨zθ-kux-kzy1)ky1=mz

(2d)(2e)

E1Iww″+Gu1Ic(θ′¨=-bwz-ku′y-w)-mIww

式(2)中,fx、fy、fz、mx、my、mz和bw为作用于曲线梁

2

上的外荷载;E1=E/(1-v);v为泊桑比;E为弹性模量;G为剪切模量;x1,y1为截面扭转中心的坐标;A、Ix、Iy、Ik、Iw、rs、Ic、k和μ1为截面的广义几何特性,其定义参见文献[2].显然,拉压、弯曲、扭转完全耦合,这正是与直线梁不同的地方.当R ∞时,式(2)所表示的方程和文献[5]中的是一致的.要求

收稿日期:2004203208

基金项目:铁道部专家基金资助(1999209)

作者简介:单德山(1969-),男,四川省大竹县人,工学博士,副教授,主要从事桥梁空间静、动力行为研究.