数值仿真

基于Pushover分析的高速铁路线路抗震性能评估

发布时间:2017/11/2阅读次数:2180次

胡瑶

 

近年来,我国强地震频发,高速铁路的抗震性能评估,尤其是线路评估尤为重要。为了快速地评估高铁线路的抗震能力,基于Pushover分析法对一条1000米的高铁简支梁桥线路进行抗震能力分析。首先,利用Opensees有限元软件建立四类场地(坚硬土,中硬土,中软土,软弱土)下的不同高度的桥墩有限元模型。然后对各个桥墩模型进行Pushover分析,得到能力谱曲线与需求谱曲线的交点,求出桥墩在指定的地震动下的性能点。通过对比Pushover分析与时程计算下桥墩模型的有效高度以及有效高度比,分析了Pushover分析法在高铁桥梁中的适用性。最后基于无破坏、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、倒塌五类损伤指标,以7度罕遇地震(50 年超越概率为2%)为例,评估了该1000高铁桥墩线路抗震能力。

 

建立模型


利用Opensees建立桥墩模型,,将简支梁桥简化为单墩模型。桥梁选择圆端型实体截面桥墩,并建立30个桥墩模型,并分别考虑了四类场地(I类坚硬土,II类中硬土,III类中软土,IV类软弱土),连接各个桥墩模型组成线长为1000m的高铁桥梁线路,如图1示。


                                                                   

1  高速铁路线路的桥墩分布

 

采用Pushover分析对该线路进行抗震性能评估,需要定义桥梁墩柱的损伤状态。根据HAZUS99(1999)的定义,地震对桥梁的破坏有5种状态(无破坏、轻微破坏、中等破坏、严重破坏、完全破坏)。这5种状态用桥墩的位移延性比来划分。


桥梁线路抗震能力评估


根据中国《铁路工程抗震设计规范GB500111-2006》,基于五种性能指标,评估高铁线路在7度罕遇地震(50 年超越概率为2%)下的抗震性能,如图7所示。

 

7  7度罕遇地震下高速铁路线路的破坏状态以及对应的墩顶最大位移

 

7表明在7度罕遇地震(50 年超越概率为2%)下,1000m高铁线路处于IV类场地的桥墩全部受到了严重破坏。处于I类场地除了35m墩受到了轻微破坏以外,其余墩高的桥墩遭到了中等强度的破坏。II类场地10m墩高的桥墩遭到了轻微破坏,其余墩高的桥墩受到了中等破坏。处于III类场地下的28m墩遭到了轻微破坏,其余桥墩受到了中等破坏。分析整个高速铁路线路可以看出,7度罕遇地震下高铁线路的抗震性能能够满足规范要求的大震不倒。