雷虎軍 劉偉

摘 要：相比中遠(yuǎn)場(chǎng)地震，近場(chǎng)地震含有高能速度脈沖，會(huì)激發(fā)結(jié)構(gòu)顯著的位移響應(yīng)。為研究該速度脈沖對(duì)高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響，采用三角函數(shù)法模擬速度脈沖，并與無(wú)脈沖的遠(yuǎn)場(chǎng)地震疊加，合成不同脈沖類(lèi)型、脈沖周期和脈沖幅值的脈沖型近場(chǎng)地震動(dòng)，以跨徑32 m的典型高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔?，采用自編的?chē)軌橋地震分析程序TTBSAS進(jìn)行仿真計(jì)算，詳細(xì)探討脈沖參數(shù)對(duì)車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。結(jié)果表明：近場(chǎng)地震速度脈沖會(huì)顯著增大高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，在近場(chǎng)區(qū)域的車(chē)橋耦合振動(dòng)分析中，不能忽略速度脈沖的影響;脈沖類(lèi)型、脈沖周期和脈沖幅值對(duì)簡(jiǎn)支梁橋位移的影響遠(yuǎn)大于橋梁加速度和橋上列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)，在選取速度脈沖參數(shù)時(shí)可不考慮橋上列車(chē)的影響;在本文計(jì)算條件下，雙半波脈沖和三半波脈沖近場(chǎng)地震作用下橋梁的動(dòng)力響應(yīng)幅值明顯大于單半波脈沖，且當(dāng)脈沖周期為2.0 s時(shí)車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)最大。

關(guān)鍵詞：車(chē)橋耦合振動(dòng);近場(chǎng)地震;速度脈沖;行車(chē)安全性;仿真計(jì)算

中圖分類(lèi)號(hào)：U441?? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A?? 文章編號(hào)：2096-6717（2022）03-0044-10

收稿日期：2021-03-11

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（51878173、51608120）;福建省自然科學(xué)基金（2020J01883）

作者簡(jiǎn)介：雷虎軍（1986- ），男，博士，副教授，主要從事鐵路車(chē)橋耦合振動(dòng)研究，E-mail：leihujun@yeah.net。

Received：2021-03-11

Foundation items：National Natural Science Foundation of China （No.51878173， 51608120）; Natural Science Foundation of Fujian Province （No. 2020J01883）

Author brief：LEI Hujun （1986- ）， PhD， associate professor， main research interest： train-bridge coupling vibration， E-mail： leihujun@yeah.net.

Coupling vibration analysis of train-simply supported beam bridge under near-field earthquake with pulse

LEI Hujun， LIU Wei

（College of Civil Engineering， Fujian University of Technology， Fuzhou 350118， P. R. China）

Abstract： Compared with the medium-field and far-field earthquake， the near-field earthquake contained velocity pulse of high-energy， which would introduce significant displacement of the structure. To study the influence of the velocity pulse on Train-Bridge System （TBS） of high-speed railway Simply Supported Beam Bridge （SSBB）， the trigonometric function method was used to simulate the velocity pulse and superimpose with the far-field earthquake without pulse to synthesize the pulse type near-site earthquake with different pulse types， pulse periods and pulse amplitude. Taking a typical high-speed railway SSBB with a span of 32 m as an example， the simulation was carried out by using the self-designed program of TTBSAS. The near-field seismic velocity pulse can significantly increase the dynamic response of the TBS of the high-speed railway SSBB， and the influence of the velocity pulse cannot be ignored in analysis of TBS coupling vibration in the near field. The influence of pulse type， pulse period and pulse amplitude on the displacement of SSBB is much greater than that of bridge acceleration and train safety index， and the influence of train on bridge cannot be considered in selection of pulse parameters. The dynamic response amplitude of the bridge under the near-field earthquake action of double half-wave pulse and three-half-wave pulse is obviously larger than that of single half-wave pulse， and the dynamic response of TBS is the largest when the pulse period is 2.0 s.The current study can provide theoretical support for the design of high-speed railway bridges in the near field.

Keywords： train-bridge coupling vibration; near-site earthquake; velocity pulse; running safety; simulation calculation

中國(guó)自北向南密集分布著5大地震區(qū)和23條地震帶，地震發(fā)生頻率高、強(qiáng)度大。隨著高速鐵路網(wǎng)的不斷加密，高速鐵路橋梁跨越斷層或位于斷層20 km范圍內(nèi)的情況不可避免，在該區(qū)域發(fā)生的地震稱(chēng)為“近場(chǎng)地震”。《鐵路橋梁抗震設(shè)計(jì)規(guī)范（2009版）》指出，當(dāng)橋梁必須跨越斷層時(shí)，宜采用小跨度、低墩高的簡(jiǎn)支梁橋。因此，簡(jiǎn)支梁橋在近場(chǎng)區(qū)域的高速鐵路線路中得到了廣泛應(yīng)用，該類(lèi)橋型在設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)遭遇近場(chǎng)地震作用的幾率很大。

相比中遠(yuǎn)場(chǎng)地震，近場(chǎng)地震最顯著的特征是含有高能速度脈沖[1]，會(huì)激發(fā)結(jié)構(gòu)顯著的位移響應(yīng)。由于高速列車(chē)對(duì)橋上線路的平順性和穩(wěn)定性要求極高，近場(chǎng)地震速度脈沖產(chǎn)生的大位移對(duì)高速鐵路橋梁十分不利。關(guān)于近場(chǎng)地震速度脈沖引起的鐵路橋梁抗震問(wèn)題已受到廣泛關(guān)注。例如，王炎等[2]采用遠(yuǎn)場(chǎng)地震疊加速度脈沖的方法生成不同參數(shù)的近場(chǎng)地震，系統(tǒng)研究了鐵路減震橋梁的彈塑性地震響應(yīng)，結(jié)果表明，考慮速度脈沖后，鐵路橋梁的減震效果會(huì)顯著降低;陳令坤等[3-4]分別輸入一組近場(chǎng)脈沖型地震和一組遠(yuǎn)斷層地震，對(duì)比分析了高鐵簡(jiǎn)支梁橋的彈塑性地震響應(yīng)，結(jié)果表明，當(dāng)脈沖周期與結(jié)構(gòu)的彈塑性周期接近時(shí)，會(huì)加劇橋梁的非線性地震響應(yīng);他們還研究了輕軌交通橋梁在近場(chǎng)地震豎向和水平地震聯(lián)合作用下的彈塑性地震反應(yīng)，結(jié)果表明，豎向分量對(duì)輕軌車(chē)低頻運(yùn)行安全性的地震響應(yīng)影響較大;劉正楠等[5]通過(guò)建立高鐵連續(xù)梁線橋一體化模型，分別輸入3條近場(chǎng)地震和3條遠(yuǎn)場(chǎng)地震進(jìn)行仿真計(jì)算，研究了摩擦擺支座的隔震效果，結(jié)果表明，近場(chǎng)地震的脈沖效應(yīng)會(huì)加劇隔震連續(xù)梁橋鄰梁的碰撞;陳偉等[6]以臺(tái)灣Chi-Chi地震記錄作為輸入，分析了高鐵連續(xù)梁橋的地震易損性，結(jié)果表明，近場(chǎng)地震的破壞力更強(qiáng)。除此之外，眾多研究表明[7-11]，地震在威脅橋梁本身安全的同時(shí)還會(huì)誘發(fā)顯著的行車(chē)安全問(wèn)題。然而，到目前為止，涉及近場(chǎng)地震速度脈沖對(duì)高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋及橋上列車(chē)動(dòng)力響應(yīng)影響的研究很少，這對(duì)于近場(chǎng)區(qū)域高鐵橋梁的運(yùn)營(yíng)安全十分不利。

關(guān)于近場(chǎng)脈沖型地震的研究大多受限于歷史記錄少、記錄臺(tái)站分散等因素，人工模擬近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)是突破該瓶頸的重要途徑。關(guān)于近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)的模擬，學(xué)者們提出了一些簡(jiǎn)化方法。其中，Alavi等[12]首先根據(jù)近場(chǎng)地震動(dòng)與脈沖型地震作用下結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)具有相似性的特點(diǎn)，提出用簡(jiǎn)化脈沖表示近斷層地震動(dòng)，并在之后提出了等效脈沖的概念;Makris等[13]采用三角函數(shù)模擬了3種典型的速度脈沖波形，并驗(yàn)證了該脈沖波形與實(shí)際近場(chǎng)地震記錄具有較高的吻合度;王炎等[2]在遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)的基礎(chǔ)上疊加三角函數(shù)脈沖，模擬了不同參數(shù)的近場(chǎng)地震動(dòng);楊慶山等[14]用簡(jiǎn)化函數(shù)表示等效速度脈沖，并將地震波的低頻和高頻成分疊加，合成了近場(chǎng)地震動(dòng)。在上述方法中，文獻(xiàn)[2]的方法最為實(shí)用，且模擬效率高，筆者參考該方法合成近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)。

基于已有研究，首先采用底波疊加速度脈沖的方法生成不同參數(shù)的近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，以跨徑32 m的典型高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔?，將不同脈沖類(lèi)型、脈沖周期和脈沖幅值的近場(chǎng)地震動(dòng)輸入自編的列車(chē)軌道橋梁地震分析程序TTBSAS進(jìn)行仿真計(jì)算，詳細(xì)探討脈沖參數(shù)對(duì)高速列車(chē)簡(jiǎn)支梁橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。

1 近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)模擬

1.1 脈沖模型

采用Makris等[13]提出的3類(lèi)典型脈沖模型與底波疊加，生成近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)，如圖1所示。

圖1中，A類(lèi)、B類(lèi)和C類(lèi)分別為單半波型、雙半波型和三半波型脈沖，可采用三角函數(shù)法模擬，其數(shù)學(xué)表達(dá)式分別為：

A類(lèi)單半波脈沖模型

v（t）=Vp2-Vp2cos（ωpt），0≤t≤Tp（1）

B類(lèi)雙半波脈沖模型

v（t）=Vpsin（ωpt），0≤t≤Tp（2）

C類(lèi)三半波脈沖模型

v（t）=Vpsin（ωpt+φ）-Vpsin φ，

0≤t≤n+12-φπTp（3）

式中：Vp、Tp、ωp分別為速度脈沖的幅值、周期和圓頻率。脈沖形狀參數(shù)n與相位角φ有關(guān)，兩者之間的關(guān)系應(yīng)滿足式（4），當(dāng)n=1時(shí)，φ=0.069 7π;當(dāng)n=2時(shí)，φ=0.041 0π。取n=1進(jìn)行研究。

cos[（2n+1）π-φ]+[（2n+1）π-2φ]sin φ-cos φ=0（4）

在模擬等效速度脈沖的過(guò)程中，根據(jù)Somerville[15]和Mavroeidis[16]提出的回歸關(guān)系式式（5）、式（6），通過(guò)震級(jí)Mw和震中距R即可確定脈沖周期Tp和脈沖幅值Vp。

ln（Vp）=-2.31+1.15Mw-0.5ln（R）（5）

lg（Tp）=-2.9+0.5Mw（6）

1.2 合成過(guò)程

采用MATLAB 2018a軟件編寫(xiě)近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)的模擬程序。其中，在將底波和速度脈沖疊加時(shí)，使底波的速度峰值與速度脈沖的首波峰值重合，其基本流程如圖2所示。

1.3 合成實(shí)例及驗(yàn)證

以1940年El Centro波為例，疊加A類(lèi)脈沖合成近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)。其中，El Centro波的記錄臺(tái)站為El Centro Array #9，分量為I-ELC180。假設(shè)震級(jí)為7.0，震中距為10 km，將震級(jí)和震中距參數(shù)帶入式（5）、式（6）即可解得脈沖周期和脈沖速度峰值分別為4.0 s、0.98 m/s。近場(chǎng)脈沖型地震波的合成過(guò)程依次如圖3～圖5所示。

通過(guò)對(duì)比合成波和典型歷史近場(chǎng)脈沖型地震波（Chi-Chi地震，1999年，震級(jí)為7.6，記錄臺(tái)站為T(mén)CU068，分量為T(mén)CU068-E）的加速度反應(yīng)譜特征來(lái)驗(yàn)證合成波的可靠性。為便于比較，將所有地震波的PGA調(diào)至0.3g，合成波的脈沖周期與歷史記錄波一致，均為5 s。歷史記錄波調(diào)幅后的加速度和速度時(shí)程如圖6所示，加速度反應(yīng)譜對(duì)比如圖7。

由圖7可知，合成波的加速度反應(yīng)譜具備了底波和歷史記錄波的特征。在底波的卓越周期附近，歷史記錄波、合成波與底波的加速度反應(yīng)譜峰值接近;

隨著脈沖類(lèi)型從單半波變化至三半波，合成波的加速度反應(yīng)譜逐漸增大，其中單半波型合成波與歷史記錄波最為接近，原因是單半波型的合成波和歷史記錄波同屬一種脈沖類(lèi)型，因此按脈沖類(lèi)型將模擬近場(chǎng)地震動(dòng)分類(lèi)可提高合成的準(zhǔn)確性。此外，模擬的所有近場(chǎng)地震動(dòng)的PGV/PGA均大于0.2，滿足近場(chǎng)地震動(dòng)的基本判斷標(biāo)準(zhǔn)，由此可驗(yàn)證合成方法及編制的近場(chǎng)脈沖型地震生成程序有效。

2 地震列車(chē)橋系統(tǒng)耦合振動(dòng)模型

采用TTBSAS程序進(jìn)行仿真計(jì)算。TTBSAS程序是在BDAP程序[17]的基礎(chǔ)上研發(fā)的，廣泛應(yīng)用于地震作用下的車(chē)橋耦合振動(dòng)分析。地震車(chē)軌橋動(dòng)力模型是TTBSAS程序的基本模型，是在車(chē)軌橋耦合振動(dòng)模型的基礎(chǔ)上輸入地震激勵(lì)形成的，如圖8所示。其動(dòng)力方程可統(tǒng)一表達(dá)為

Mvu··v+Cvu·v+Kvuv=Ptv

Mtu··t+Ctu·t+Ktut=Pvt+Pbt+Pgt

Mbu··b+Cbu·b+Kbub=Ptb+Pgb（7）

式中：下標(biāo)v、t、b分別代表車(chē)輛、軌道和橋梁子系統(tǒng);M、C、K分別為質(zhì)量、阻尼和剛度矩陣;u、u·、ü分別為位移、速度和加速度列向量;Ptv和Pvt為軌道與車(chē)輛間的相互作用力;Pbt和Ptb為橋梁與軌道間的相互作用力;Pgt和Pgb為地基作用于軌道和橋梁的地震力。式（7）的詳細(xì)推導(dǎo)、求解及驗(yàn)證見(jiàn)文獻(xiàn)[18]。

3 算例研究

3.1 計(jì)算條件

以10孔跨徑32 m的典型高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋?yàn)槔M(jìn)行仿真計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)速為350 km/h。主梁為單箱單室，箱梁長(zhǎng)32.6 m、高3.5 m，頂板寬12 m，底板寬5 m;橋墩采用圓柱墩，墩高10 m、直徑4 m。采用Midas Civil 2020建立橋梁分析模型后，將其導(dǎo)入TTBSAS程序即可得到仿真計(jì)算的橋梁模型，單跨簡(jiǎn)支梁橋模型如圖9所示。軌道采用板式無(wú)砟軌道，車(chē)輛采用8節(jié)編組的高速列車(chē)，軌道和車(chē)輛的詳細(xì)參數(shù)見(jiàn)文獻(xiàn)[19]。

根據(jù)該橋的場(chǎng)地類(lèi)別，以El Centro地震波為底波，合成不同參數(shù)的近場(chǎng)地震動(dòng)作為輸入。其中，合成波包含3種脈沖類(lèi)型，

每種脈沖類(lèi)型考慮7種脈沖周期，每種脈沖周期分11種脈沖幅值，合成了近場(chǎng)脈沖型地震動(dòng)共231條，如表1所示。地震波依次按脈沖類(lèi)型、脈沖周期、脈沖幅值的順序進(jìn)行編號(hào)。不同參數(shù)的單半波脈沖近場(chǎng)地震動(dòng)加速度反應(yīng)譜對(duì)比見(jiàn)圖10和圖11。

由圖10和圖11可見(jiàn)，考慮速度脈沖后，合成波的加速度反應(yīng)譜均大于底波，且隨著脈沖周期的增大，速度脈沖的影響逐漸減弱;而脈沖幅值越大，其地震加速度反應(yīng)譜越大。將上述231條合成波和底波沿橋梁橫向、豎向按1∶0.65的比例同時(shí)輸入TTBSAS程序進(jìn)行仿真計(jì)算，考慮列車(chē)過(guò)橋的3種車(chē)速：250、300、350 km/h，即可得到不同脈沖類(lèi)型、脈沖周期和脈沖幅值近場(chǎng)地震作用下車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)。

3.2 脈沖類(lèi)型的影響分析

首先考察脈沖類(lèi)型對(duì)車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。保持脈沖周期3.0 s、速度脈沖峰值1.0 m/s不變，假設(shè)地震發(fā)生時(shí)刻與列車(chē)上橋時(shí)刻相同。圖12給出了列車(chē)以車(chē)速300 km/h過(guò)橋時(shí)不同脈沖類(lèi)型近場(chǎng)地震作用下橋梁跨中的橫向位移時(shí)程對(duì)比。

由圖12可見(jiàn)，考慮速度脈沖后，橋梁跨中的橫向位移時(shí)程波形與無(wú)脈沖時(shí)相似，但位移峰值有增大的趨勢(shì)。相比單半波型，雙半波型和三半波型近場(chǎng)地震作用下橋梁位移的幅值增大更明顯。不同脈沖類(lèi)型近場(chǎng)地震作用下列車(chē)以不同車(chē)速過(guò)橋時(shí)橋梁跨中的動(dòng)力響應(yīng)幅值統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表2。

由表2可得：1）不同車(chē)速下，考慮近場(chǎng)地震速度脈沖后，橋梁的橫（豎）向位移幅值和橫（豎）向加速度幅值均比無(wú)脈沖時(shí)大，且橋梁位移響應(yīng)的增幅大于橋梁加速度。例如，當(dāng)車(chē)速為250 km/h時(shí)，橋梁橫、豎向位移的最大增幅分別為11.5%和24.1%，而橋梁橫、豎向加速度的最大增幅僅2.1%和1.4%;

2）隨著脈沖類(lèi)型從單半波型變化至三半波

型，其動(dòng)力響應(yīng)有逐漸增大的趨勢(shì)，且單半波型近場(chǎng)地震作用下的橋梁動(dòng)力響應(yīng)明顯小于雙半波型和三半波型。進(jìn)一步考察脈沖類(lèi)型對(duì)列車(chē)行車(chē)安全性指標(biāo)[20]（指標(biāo)1：脫軌系數(shù);指標(biāo)2：輪重減載率;指標(biāo)3：輪對(duì)橫向力）的影響，如圖13～圖15所示。

由圖13～圖15可得：1）考慮速度脈沖后，列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)均比無(wú)脈沖時(shí)大，且在行車(chē)速度為250 km/h時(shí)增幅最為顯著，其中，指標(biāo)1～3的最大增幅分別為16.2%、10.8%、9.8%;2）隨著脈沖類(lèi)型的變化，不同車(chē)速下列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)有先增大后減小的趨勢(shì)，但變化幅度不大;3）列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)均隨車(chē)速的增大而急劇增大，且增幅大于脈沖類(lèi)型。由此可見(jiàn)，脈沖類(lèi)型對(duì)列車(chē)行車(chē)安全性指標(biāo)有影響，但影響小于橋梁位移。

3.3 脈沖周期的影響分析

考察脈沖周期對(duì)車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。脈沖周期分別取0.0、2.0、2.5、3.0、3.5、4.0、4.5、5.0 s，其中，0.0 s表示遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)。為便于對(duì)比，計(jì)算時(shí)保持速度脈沖峰值1.0 m/s不變，脈沖類(lèi)型假設(shè)為雙半波型。不同脈沖周期近場(chǎng)地震動(dòng)作用下橋梁系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)幅值對(duì)比如圖16～圖18所示，列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)對(duì)比如圖19～圖21所示。

由圖16～圖18可得：1）脈沖周期對(duì)橋梁的位移響應(yīng)影響顯著。當(dāng)脈沖周期由2.0 s變化至5.0 s時(shí)，橋梁的橫向和豎向位移均急劇減小，但均大于遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)時(shí)的響應(yīng);2）相比橋梁位移，橋梁的加速度響應(yīng)隨脈沖周期的變化不明顯，但同樣均比遠(yuǎn)場(chǎng)地震動(dòng)時(shí)大。由此說(shuō)明，脈沖周期是近場(chǎng)地震作用下影響橋梁動(dòng)力響應(yīng)的重要參數(shù)，且對(duì)橋梁位移響應(yīng)的影響大于橋梁加速度。

由圖19～圖21可得：1）不同車(chē)速下，列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)隨脈沖周期的增大呈減小的趨勢(shì)，但變化幅度不大;2）在脈沖周期為2.0 s且車(chē)速為250 km/h時(shí)，行車(chē)安全性指標(biāo)1～3相比無(wú)脈沖時(shí)的增幅最大，分別達(dá)21.6%、20.0%和18.2%。由此可見(jiàn)，對(duì)于高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋，列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)隨近場(chǎng)地震速度脈沖周期的變化不敏感，對(duì)于本文的計(jì)算條件，在脈沖周期為2.0 s時(shí)列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)最大。

3.4 脈沖幅值的影響分析

進(jìn)一步考察脈沖幅值對(duì)車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響。保持脈沖周期為3.0 s不變，脈沖幅值依次取0.0、0.5、0.6、0.7、0.8、0.9、1.0、1.1、1.2、1.3、1.4、1.5 m/s，其中，脈沖幅值為0.0表示無(wú)脈沖。不同脈沖幅值的近場(chǎng)地震作用下橋梁跨中的位移和加速度響應(yīng)對(duì)比分別如圖22和圖23所示，列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)對(duì)比分別見(jiàn)圖24～圖26。

由圖22和圖23可得：1）不同車(chē)速下，橋梁的橫向位移和豎向位移均隨脈沖幅值的增大而線性增大，且橫向位移的增幅大于豎向位移;2）橋梁的加速度響應(yīng)在不同脈沖幅值下相差不大。由此說(shuō)明，近場(chǎng)地震脈沖幅值與橋梁的位移響應(yīng)呈線性正相關(guān)，且對(duì)橋梁加速度的影響不明顯。

由圖24～圖26可得：1）不同車(chē)速下，列車(chē)的3項(xiàng)行車(chē)安全性指標(biāo)均隨速度脈沖幅值的增加而增大，但增速小于橋梁位移;2）當(dāng)車(chē)速為250 km/h、脈沖幅值由無(wú)脈沖變化至0.5 m/s時(shí)，指標(biāo)1～3的增幅最大，分別為17.3%、15.1%和12.0%。由此可見(jiàn)，脈沖幅值對(duì)列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)有影響，但其影響小于橋梁位移，在實(shí)際計(jì)算中可根據(jù)震級(jí)和震中距進(jìn)行計(jì)算。

4 結(jié)論

基于車(chē)橋耦合振動(dòng)理論，以TTBSAS程序?yàn)橛?jì)算工具，通過(guò)人工合成不同參數(shù)的脈沖型近場(chǎng)地震動(dòng)，詳細(xì)探討了脈沖類(lèi)型、脈沖周期和脈沖幅值對(duì)典型高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋車(chē)橋系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響，得到以下主要結(jié)論：

1）近場(chǎng)地震速度脈沖會(huì)顯著增大高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)，在近場(chǎng)區(qū)域的車(chē)橋耦合振動(dòng)分析中不能忽略該速度脈沖的影響。對(duì)于本文的計(jì)算條件，當(dāng)車(chē)速為250 km/h時(shí)，考慮近場(chǎng)地震速度脈沖時(shí)橋梁的橫向、豎向位移最大增幅分別為11.5%、24.1%，列車(chē)的脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪對(duì)橫向力指標(biāo)最大增幅分別為16.2%、10.8%和9.8%。

2）對(duì)于高速鐵路簡(jiǎn)支梁橋，脈沖類(lèi)型、脈沖周期和脈沖幅值對(duì)橋梁位移的影響遠(yuǎn)大于橋梁加速度和橋上列車(chē)的行車(chē)安全性指標(biāo)，在選取近場(chǎng)區(qū)域的速度脈沖參數(shù)時(shí)可不考慮橋上列車(chē)的影響。

3）對(duì)于本文的計(jì)算條件，雙半波脈沖和三半波脈沖近場(chǎng)地震作用下橋梁的動(dòng)力響應(yīng)幅值明顯大于單半波脈沖，且當(dāng)脈沖周期為2.0 s時(shí)車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)最大，同時(shí)，脈沖幅值與簡(jiǎn)支梁橋的位移響應(yīng)呈線性正相關(guān)。

本文僅針對(duì)近場(chǎng)區(qū)域高速鐵路線路中應(yīng)用最廣泛的簡(jiǎn)支梁橋車(chē)橋系統(tǒng)進(jìn)行了研究，近場(chǎng)地震速度脈沖對(duì)其他橋型的影響還有待進(jìn)一步研究。參考文獻(xiàn)：

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（編輯 黃廷）