高速铁路列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应影响研究

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振动与冲击

第３３卷第１５期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．３３Ｎｏ．１５２０１４基金项目：国家自然科学基金项目（５１３７８５０４；５１３０８５４９）

收稿日期：２０１３－

０２－０７修改稿收到日期：２０１３－０９－０４第一作者杨孟刚男，博士，教授，１９７６年１月生高速铁路列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应影响研究

杨孟刚１，３，潘增光２，乔建东１，魏标１

（１．中南大学土木工程学院，长沙４１００７５；２．长沙市望城区工务局，长沙４１０２００；

３．高速铁路建造技术国家工程实验室，长沙４１００７５）

摘要：以高速铁路三跨简支梁桥为例，采用ＡＮＳＹＳ软件，建立了碰撞有限元模型，模型中考虑了地基变形和支

座非线性的影响，并用Ｋｅｌｖｉｎ模型来模拟邻梁碰撞；根据规范和已有试验结果建立了高铁桥梁列车制动力模型，进行了高

速列车制动力与ＥＬ－

Ｃｅｎｔｒｏ地震波作用下的碰撞效应分析，探讨了列车制动力对简支梁桥地震碰撞效应的影响。研究表明：列车制动力可增大桥墩的墩底剪力，增大邻梁或梁台间距，增大邻梁最大碰撞力和碰撞次数，加剧固定支座的破坏；

影响程度与列车制动力和地震力的方向、桥墩刚度有关。因此在高铁简支梁桥抗震设计时，有必要考虑将列车制动力与

地震力进行组合，开展碰撞效应分析。

关键词：高速铁路；简支梁桥；列车制动力；地震；碰撞效应

中图分类号：Ｕ４４２．５５文献标志码：ＡＤＯＩ：１０．１３４６５／ｊ．ｃｎｋｉ．ｊｖｓ．２０１４．１５．０２９

Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅｏｎｓｅｉｓｍｉｃｐｏｕｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔ

ｏｆａｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｒｉｄｇｅ

ＹＡＮＧＭｅｎｇ-ｇａｎｇ１，３，ＰＡＮＺｅｎｇ-ｇｕａｎｇ２，ＱＩＡＯＪｉａｎ-ｄｏｎｇ１，ＷＥＩＢｉａｏ１

（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＣｅｎｔｒａｌＳｏｕｔｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５，Ｃｈｉｎａ；

２．ＰｕｂｌｉｃＷｏｒｋｓＢｕｒｅａｕｏｆＷａｎｇｃｈｅｎｇＤｉｓｔｒｉｃｔ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１０２００，Ｃｈｉｎａ；

３．ＮａｔｉｏｎａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＬａｂｏｒａｔｏｒｙｆｏｒＨｉｇｈＳｐｅｅｄＲａｉｌｗａｙＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００７５，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｋｉｎｇａｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ３-ｓｐａｎｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｒｉｄｇｅａｓａｓｔｕｄｙｏｂｊｅｃｔ，ｉｔｓｃｏｌｌｉｓｉｏｎｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｗａｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｗｉｔｈｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ．Ｉｎｔｈｉｓｍｏｄｅｌ，ｔｈｅｆｏｕｎｄａｔｉｏｎｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｉｔｙｏｆｂｅａｒｉｎｇｓｗｅｒｅｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ，ａｎｄＫｅｌｖｉｎｍｏｄｅｌｗａｓｕｓｅｄｔｏｍｏｄｅｌｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎａｄｊａｃｅｎｔｂｅａｍｓ．Ｔｈｅｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅｍｏｄｅｌｗａｓｂｕｉｌｔｗｉｔｈｔｈｅｃｏｄｅｓａｎｄｔｈｅｅｘｉｓｔｉｎｇｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｕｌｔｓ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｐｏｕｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｕｎｄｅｒｔｈｅａｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄＥＬ-Ｃｅｎｔｒｏｅａｒｔｈｑｕａｋｅｗａｖｅｗａｓａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅｏｎｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｐｏｕｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｒｉｄｇｅｗａｓｅｘｐｌｏｒｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅｍａｋｅｓｔｈｅｓｈｅａｒｉｎｇｆｏｒｃｅａｔｔｈｅｂｏｔｔｏｍｏｆｐｉｅｒｓｌａｒｇｅｒ，ｔｈｅｄｉｓｔａｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅａｄｊａｃｅｎｔｂｅａｍｓｉｎｃｒｅａｓｅ，ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｉｍｐａｃｔｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｅｃｏｌｌｉｓｉｏｎｎｕｍｂｅｒｉｎｃｒｅａｓｅ，ａｎｄｔｈｅｄｅｓｔｒｕｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｒｅｓｔｒａｉｎｅｄｓｕｐｐｏｒｔｓｗｏｒｓｅ；ｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｌｅｖｅｌｉｓｒｅｌａｔｅｄｔｏｔｈｅｄｉｒｅｃｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｌｏａｄ，ａｎｄｔｈｅｓｔｉｆｆｎｅｓｓｏｆｐｉｅｒｓ；ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｎｇｔｈｅｐｏｕｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｈｅｂｒｉｄｇｅｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎａｃｔｉｏｎｏｆｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅａｎｄｓｅｉｓｍｉｃｌｏａｄｉｓｖｅｒｙｎｅｃｅｓｓａｒｙｆｏｒｔｈｅａｓｅｉｓｍｉｃｄｅｓｉｇｎｏｆｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｒｉｄｇｅｓ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｒａｉｌｗａｙ；ｓｉｍｐｌｙｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｒｉｄｇｅ；ｔｒａｉｎｂｒａｋｉｎｇｆｏｒｃｅ；ｅａｒｔｈｑｕａｋｅ；ｐｏｕｎｄｉｎｇｅｆｆｅｃｔ

地震是危害人类的一大主要自然灾害。近半个世

纪以来在世界各国发生的多次地震，都造成大量高速

公路和铁路桥梁、立交桥、现代化城市干道高架桥的严

重破坏，导致交通网络中断和巨大的经济损失。大量

震害现象［１－４］表明，地震引起的桥梁破坏形式是多种多样的，其中主梁梁端碰撞或者主梁与桥台胸墙之间

的碰撞是桥梁常见的震害现象。强震作用下的桥梁碰撞一般会带来诸如梁端开裂、桥台胸墙局部混凝土脱落、支座损坏、伸缩缝挤压等桥梁结构的损坏。国内外已有一些学者对地震作用下的桥梁碰撞效应进行了研究。Ｊａｎｋｏｗｓｋｉ等［５－６］研究得出邻跨间距越

大，碰撞力越大；邻跨间距小，可以降低碰撞力，但会增加碰撞次数；并分析了伸缩缝间隙大小对碰撞力和桥墩弯矩、剪力、位移的影响。ＤｅｓＲｏｃｈｅｓ等［７］研究指出，强震作用下桥面板之间的碰撞对支座都会产生破坏作