不同頻譜特性地震動(dòng)對高速鐵路橋梁-軌道震后殘余變形影響分析

甘霖，郭恩棟，吳厚禮，等.2024.不同頻譜特性地震動(dòng)對高速鐵路橋梁-軌道震后殘余變形影響分析［J］.地震研究，47（1）：027-036，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0027.

Gan L，Guo E D，Wu H L，et al.2024.Geometrical irregularity of high-speed railway bridge tracks considering seismic spectrum characteristics［J］.Journal of Seismological Research，47（1）：027-036，doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0027.

摘要：以一座典型高速鐵路五跨簡支梁橋?yàn)槔⒘司?xì)化高速鐵路橋梁-軌道系統(tǒng)有限元模型。針對不同類型頻譜特性選取了近場脈沖型、近場無脈沖型、遠(yuǎn)場長周期型和普通型地震動(dòng)。輸入不同頻譜特性的地震動(dòng)，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行非線性時(shí)程響應(yīng)分析，探究不同頻譜特性地震動(dòng)對軌道殘余變形的影響規(guī)律及變形特點(diǎn)。結(jié)果表明：不同類型地震動(dòng)對軌道殘余變形的影響程度不同，軌道結(jié)構(gòu)對近場脈沖型地震動(dòng)的作用最為敏感；不同類型地震動(dòng)作用下，軌道橫向殘余變形規(guī)律相似，均表現(xiàn)為全橋中間部分變形最大；每跨橋梁跨中豎向殘余變形遠(yuǎn)大于橋墩（橋臺(tái)）位置豎向殘余變形；梁縫位置為軌道薄弱部分，軌距殘余變形在每跨橋梁梁體連接處有明顯尖刺狀的突變。當(dāng)PGAgt;0.2 g時(shí)，不同類型地震動(dòng)作用下的軌道變形均隨著PGA的增大而增大；當(dāng)PGA=0.38 g時(shí)，橋梁已經(jīng)進(jìn)入塑性狀態(tài)，地震動(dòng)類型對于軌道殘余變形的影響程度降低。

關(guān)鍵詞：高速鐵路橋梁-軌道；殘余變形；頻譜特性；非線性時(shí)程分析

中圖分類號：U212.35"""文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A"""文章編號：1000-0666（2024）01-0027-10

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0027

0"引言

鐵路作為國民經(jīng)濟(jì)大動(dòng)脈是國家最重要的基礎(chǔ)設(shè)施之一，在我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展中具有重要作用。截至2021年底，全國鐵路營業(yè)里程突破15萬千米，其中高速鐵路運(yùn)營里程超過4萬千米。為保證行車穩(wěn)定性和旅客乘車舒適性，防止路基沉降等問題，我國高速鐵路大多采用以橋代路的方式修建（喻梅等，2021）。我國目前已建成的“四縱四橫”高速鐵路網(wǎng)中有“三縱兩橫”鐵路網(wǎng)位于高烈度地震區(qū)，西部地區(qū)有大量在建以及已規(guī)劃的高速鐵路網(wǎng)也不可避免地需要穿越大量斷層和高烈度區(qū)（張凡等，2017）。列車高密度運(yùn)行必然面臨震時(shí)或震后行車問題，因此我國高速鐵路橋梁安全受到嚴(yán)重的地震威脅（蔣麗忠等，2020）。高速鐵路橋梁-軌道系統(tǒng)在地震作用下會(huì)產(chǎn)生殘余位移和剛度退化等問題，該類問題的出現(xiàn)是不可避免的（馮玉林等，2022），因此研究震后軌道不平順問題能宏觀顯示各種頻譜特性地震動(dòng)作用下軌道變形的規(guī)律，為震后列車限速通行提供理論依據(jù)。

國內(nèi)外許多學(xué)者采用理論分析、有限元模擬和振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)等方法對地震作用下軌道變形特點(diǎn)進(jìn)行了系統(tǒng)研究，如Miura（1996）研究發(fā)現(xiàn)軌道的變形特征主要與地震烈度、發(fā)生位置、震中距離和軌道下部結(jié)構(gòu)支護(hù)條件有關(guān)；勾紅葉等（2019）建立了橋梁豎向變形與軌面幾何形態(tài)的通用映射解析模型；蔣麗忠等（2022）通過振動(dòng)臺(tái)試驗(yàn)，探究了橫向地震作用后軌道殘余不平順的分布規(guī)律，構(gòu)造了震致軌道幾何不平順樣本。不少學(xué)者研究了特定地震動(dòng)對于橋梁-軌道系統(tǒng)的影響，如喻梅等（2021）研究了近斷層脈沖型地震作用下高速鐵路橋梁-軌道系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)規(guī)律；呂佳偉（2021）建立了能考慮橋梁與無砟軌道相互作用以及路基段對軌道剛度和邊界條件影響的精細(xì)化模型，并分析了近斷層脈沖型地震動(dòng)對高速鐵路橋梁-軌道系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響；張樹強(qiáng)（2018）對地震作用下軌道變形特征和原因進(jìn)行了分析，提出了震后軌道變形的模擬方法，并將模擬的震后軌道變形與原有的軌道不平順疊加，研究軌道殘余變形對列車行車安全的影響，建立了列車行駛安全評估體系；張強(qiáng)（2019）以一座三跨高速鐵路簡支梁橋?yàn)檠芯繉ο螅ㄟ^非線性時(shí)程法分析得到主梁在橫向地震作用下的橫向變形，并以此橫向變形作為車-橋耦合振動(dòng)模型的附加變形，研究了不同地震動(dòng)、不同地震峰值加速度及列車行車速度對行車安全的影響；孫遜（2020）探究了不同地震動(dòng)、地震強(qiáng)度和橋墩高度下的軌道動(dòng)力響應(yīng)，以及不同軌道變形形式和不同軌道變形量下軌道變形弦長對行車3項(xiàng)指標(biāo)的影響，并對其安全性做出了評價(jià)。

考慮到高速鐵路橋梁-軌道系統(tǒng)的復(fù)雜性，目前對于軌道不平順的研究主要集中于橋梁幾何變形對其的影響以及近斷層地震動(dòng)對于橋梁的動(dòng)力響應(yīng)研究，缺乏對梁-軌道板-軌道間非線性連接構(gòu)件的考慮，并且缺少在震后橋梁未產(chǎn)生明顯破壞時(shí)軌道殘余變形對列車運(yùn)行的影響分析，而有關(guān)不同頻譜特性的地震動(dòng)對軌道幾何不平順的影響規(guī)律的研究也比較少。不同的地震波含有不同的頻譜特性，對軌道變形影響也不同。本文利用有限元軟件建立了一個(gè)典型高速鐵路五跨橋梁-軌道模型，分析了不同頻譜特性地震動(dòng)作用下軌道殘余變形的形式與規(guī)律，為震后列車運(yùn)行軌道維護(hù)及震后列車運(yùn)行提供參考。

1"高速鐵路橋梁-軌道模型

1.1"橋梁概況

本文以一座位于Ⅷ度區(qū)Ⅱ類場地（地震設(shè)計(jì)基本加速度為0.2 g），橋跨布置為5 m×32.6 m的高速鐵路雙線簡支梁橋?yàn)槔瑯蛄喝L163.4 m，橋面寬12.6 m，箱梁高度3.05 m；箱梁上無砟軌道板的寬度為2.8 m、厚度為0.3 m，軌道板中心線距跨中2.5 m；軌道采用CHN60型，建立于軌道板之上；CRTSⅡ型板式無砟軌道主要由底座版、CA砂漿層、凸型擋臺(tái)、軌道板、扣件以及軌道等部件組成，其中底座板與主梁采用預(yù)埋鋼筋的方式連接；底座板與軌道板之間通過CA砂漿層連接；軌道板與軌道之間通過扣件連接。橋墩高25 m，支座采用盆式橡膠支座。橋梁整體布置模型如圖1所示。

1.2"材料參數(shù)選取

橋墩以及梁體采用C50混凝土，軌道板采用C60混凝土，底座板采用C35混凝土。參考《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50010—2010）對混凝土性能相關(guān)參數(shù)進(jìn)行取值。

高鐵橋梁通常采用的支座包括板式橡膠支座、盆式橡膠支座、球型鋼支座以及特殊設(shè)計(jì)的減隔震支座等。本文研究橋梁采用的是盆式橡膠支座KTPZ7000系列。支座的豎向承載力為7 000 kN，盆式橡膠支座屈服位移一般為2～5 mm，本文取3 mm。

扣件阻力模型主要包括常阻力模型、非線性阻力模型、理想彈塑性模型。我國高速鐵路無砟軌道橋上一般使用 WJ-7型、WJ-8型扣件。通過對扣件阻力進(jìn)行的大量試驗(yàn)和現(xiàn)場測試，發(fā)現(xiàn)我國扣件的阻力模型更加符合理想彈塑性模型。本文扣件為 WJ-8型，每隔0.65 m布置一對扣件。

CA砂漿為軌道板和底座板之間水泥瀝青砂漿，主要起到支承軌道板、緩沖高速列車對軌道作用的荷載與減振等作用。砂漿與軌道板厚度相同，約為50 mm。底座板寬2.8 m、厚度200 mm。非線性連接構(gòu)件本構(gòu)關(guān)系見表1（Jiang et al，2020；Yu et al，2020；Yu et al，2021）。

1.3"有限元模型的建立

本文以高速鐵路五跨簡支梁橋?yàn)楸尘埃贠pensees平臺(tái)上建立五跨簡支梁橋-軌道一體化模型。采用纖維截面非線性梁柱單元模擬混凝土結(jié)構(gòu)，采用Steel02材料本構(gòu)模擬縱筋，Concrete02材料本構(gòu)模擬混凝土。橋墩截面劃分為保護(hù)層混凝土、核心混凝土和縱向鋼筋3種結(jié)構(gòu)。箍筋對混凝土的約束作用通過Mander和 Priestley（1988）的約束混凝土模型加以考慮。

柔度法單元在任意狀態(tài)下的單元力平衡方程都不會(huì)產(chǎn)生有限元離散誤差。與剛度法單元相比，在相同精度要求下柔度法單元需要的單元和結(jié)構(gòu)總自由度更少，計(jì)算效率和計(jì)算效果也更優(yōu)。因此本文采用柔度法單元為防止應(yīng)變集中，采納Calabrese 等（2010）和Kashani等（2016）的建議，墩底單元采用3個(gè)截面積分點(diǎn)，其余單元采用5個(gè)高斯積分點(diǎn)。

軌道板、底座版、主梁和橋墩等結(jié)構(gòu)均采用非線性纖維梁單元進(jìn)行模擬。為減小邊界條件對軌道梁端的影響，在軌道兩端分別延長50 m，模擬路基部分的軌道。不考慮樁土作用，墩底固定并施加地震動(dòng)作用。支座連接采用彈簧單元模擬支座對梁體的約束作用，采用非線性彈簧單元來模擬側(cè)向擋塊、扣件、剪切鋼筋、CA砂漿、滑動(dòng)層和滑動(dòng)齒槽等非線性連接構(gòu)件。高速鐵路橋梁-軌道系統(tǒng)有限元模型如圖2所示。對所建立的有限元模型進(jìn)行模態(tài)分析，模型前五階的自振頻率及周期見表2。由表可知，高速鐵路五跨簡支梁橋?qū)儆诙讨芷诮Y(jié)構(gòu)。

2"地震動(dòng)的選取

目前國內(nèi)外主要以5%阻尼比加速度反應(yīng)譜卓越周期Tg來反應(yīng)地震動(dòng)的頻譜特征（沈紹建等，2013）；將斷層距不超過20 km作為近場地震動(dòng)的選擇依據(jù)。張凡等（2017）在研究近斷層脈沖效應(yīng)和土-結(jié)構(gòu)相互作用（SSI效應(yīng)）對大跨斜拉橋地震響應(yīng)的影響規(guī)律時(shí)，將PGV/PGA作為表征速度脈沖效應(yīng)的脈沖參數(shù)，認(rèn)為PGV/PGA＞0.2 s時(shí)速度脈沖較為顯著，反之則無明顯脈沖現(xiàn)象。

為了研究軌道變形在不同頻譜特性地震動(dòng)作用下的響應(yīng)，本文利用上述方法選取了近場脈沖型、近場無脈沖型、遠(yuǎn)場長周期型和普通型地震動(dòng)共4種具有不同頻譜特性的地震波各5條，其詳細(xì)參數(shù)見表3。

采用90%能量持時(shí)作為地震動(dòng)持續(xù)時(shí)間，以地震動(dòng)總能量的5%時(shí)刻t0.05為開始，地震動(dòng)總能量的95%時(shí)刻t0.95為結(jié)束（Trifunac，Brady，1975）。為保證能夠得到準(zhǔn)確的軌道震后變形，在每一條地震波輸入的結(jié)束時(shí)刻t0.95之后增加一段零值到60 s截止，以充分模擬地震停止后結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)。為節(jié)省篇幅，本文從4類地震動(dòng)中各選一條為例，對其進(jìn)行傅立葉變換得到頻域信息（圖3）。

近場脈沖型地震動(dòng)加速度時(shí)程表現(xiàn)出峰值大、持時(shí)短的特點(diǎn)（圖3a）。遠(yuǎn)場長周期型地震動(dòng)加速度時(shí)程呈現(xiàn)峰值較小、持時(shí)較長的特點(diǎn)（圖3b）。近場無脈沖型地震動(dòng)加速度時(shí)程峰值較大，且持時(shí)較近場脈沖型地震動(dòng)更長（圖3c）。普通型地震動(dòng)加速度時(shí)程峰值加速度相對遠(yuǎn)場長周期較大，但其持時(shí)很短（圖3d）。近場脈沖型地震動(dòng)的速度脈沖為主要由破裂方向效應(yīng)引起速度脈沖和滑沖效應(yīng)造成地面永久位移引起的速度脈沖，但本文未考慮地震地面永久位移。

近場脈沖型與遠(yuǎn)場長周期型地震動(dòng)低頻成分豐富，主頻均較小，主要分布在0～1 Hz，均小于普通型地震動(dòng)。近場無脈沖型地震動(dòng)的傅立葉譜主要分布在1～5 Hz，頻帶分布主要集中在較高頻率的位置，近場無脈沖型與普通型地震動(dòng)相對其它兩種地震動(dòng)頻帶分布更為廣泛。

3"地震動(dòng)作用下軌道殘余變形分析

3.1"軌道殘余變形

為了探究地震強(qiáng)度對軌道結(jié)構(gòu)震后殘余變形的影響，在確保其它條件不變的情況下，所選4條地震動(dòng)的峰值加速度分別調(diào)整為0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g、0.38 g，并將地震動(dòng)輸入到有限元模型中，進(jìn)行非線性時(shí)程響應(yīng)分析，得到軌道的殘余變形。參考《鐵路工程抗震設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50111—2006），本文模型在設(shè)計(jì)地震作用下需要達(dá)到抗震性能要求Ⅱ，即震后可能損壞，整體處于非彈性工作；在罕遇地震作用下達(dá)到抗震性能要求Ⅲ，即震后結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生較大破壞，但不會(huì)出現(xiàn)整體倒塌，經(jīng)搶修后可限速通車，結(jié)構(gòu)處于彈塑性工作階段。

圖4a～c為PGA=0.3 g時(shí)的震后軌道橫向、豎向、軌距殘余變形，圖4d為不同PGA下的軌道橫向最大殘余變形。假設(shè)軌道初始狀態(tài)為直線，橫向殘余變形是震后軌道橫向偏移初始中心線的距離，豎向殘余變形是震后軌道橫向偏移初始豎向中心線的距離，軌距殘余變形是震后左右兩軌道之間距離相對于初始軌距的變化。位置坐標(biāo)以第一跨簡支梁最左側(cè)的梁端為原點(diǎn)。

從圖4a可見，在各類型地震動(dòng)作用后，軌道的橫向殘余變形幅值較大且變形規(guī)律相似，均呈現(xiàn)出在全橋中間部分最大，越靠近橋臺(tái)路基位置越小，并逐漸趨近于0的趨勢，說明在靠近橋臺(tái)路基區(qū)域軌道相對變形較小。這是由于橋臺(tái)及路基相對跨中部分剛度更大，且對軌道板有更強(qiáng)的約束力，在地震作用下位于橋梁結(jié)構(gòu)上的軌道響應(yīng)更為顯著。在越靠近橋臺(tái)的位置，不同頻譜特性地震動(dòng)導(dǎo)致的軌道橫向殘余變形量差別越小，越接近跨中位置橫向殘余變形差距越大，這會(huì)大大影響行車安全。不同頻譜特性地震動(dòng)對軌道殘余變形的影響程度不同，軌道結(jié)構(gòu)對近場脈沖型地震動(dòng)的作用最為敏感（圖4a）。近場脈沖型地震動(dòng)有較大的速度脈沖，瞬時(shí)的能量輸入很大，在同一方向上的慣性力持續(xù)作用的時(shí)間增加，大大增加了軌道的位移，相比于其它地震動(dòng)，軌道在近場脈沖地震作用下會(huì)更早產(chǎn)生橫向殘余變形，這對軌道的塑性變形能力提出了更高的要求。

由于豎向地震動(dòng)的作用，軌道產(chǎn)生了較大的豎向殘余變形，每一跨豎向殘余變形形式相近（圖4b）：在梁縫位置有較大的突變；在相同地震動(dòng)作用下中跨梁縫位置豎向殘余變形差距不大；在邊跨梁與橋臺(tái)路基連接位置產(chǎn)生的軌道豎向殘余變形遠(yuǎn)大于中跨梁縫位置。近場脈沖型地震動(dòng)會(huì)放大豎向地震動(dòng)對豎向殘余變形的影響，在靠近橋臺(tái)路基位置，近場脈沖型地震動(dòng)作用下軌道豎向殘余變形分別為其它3種地震動(dòng)作用下的1.12、1.26和1.49倍。

地震動(dòng)對于軌距殘余變形的影響區(qū)別不大，但是在每跨橋梁梁體連接處有明顯尖刺狀的突變（圖4c）。受橋臺(tái)和路基剛度影響，在梁體與路基連接處需要更大的變形來滿足變形協(xié)調(diào)，在跨中部分梁體與梁體直接結(jié)構(gòu)相似剛度相近，從而產(chǎn)生的突變更小，整體呈現(xiàn)越靠近橋臺(tái)路基方向突變越大，而向中跨部分減小的趨勢。

從圖4d可以看出，當(dāng)PGA=0.3 g時(shí)，近場脈沖型、近場無脈沖型、遠(yuǎn)場長周期型和普通型地震動(dòng)作用下的軌道橫向最大殘余變形分別為5.10、4.14、3.55和2.02 mm。相比于其它3種地震動(dòng)，近場脈沖型作用下軌道橫向殘余變形分別增大約23.16%、43.71%和149.04%。當(dāng)PGAlt;0.2 g時(shí)，在不同地震動(dòng)作用下軌道橫向最大殘余變形并無明顯差別。當(dāng)PGAgt;0.2 g時(shí)，各類型地震動(dòng)作用下的橫向最大殘余變形均隨著PGA的增大而增大。在罕遇地震（PGA=0.38 g）時(shí)，橋梁已經(jīng)進(jìn)入塑性狀態(tài)，橫向最大殘余變形分別增大約5.3%、27.3%和18.9%。

3.2"軌道橫向相對殘余位移

梁縫位置為軌道薄弱部分，在地震動(dòng)作用下，由于橋墩的運(yùn)動(dòng)和支座的變形會(huì)導(dǎo)致相鄰梁體發(fā)生明顯錯(cuò)位，梁體的錯(cuò)位會(huì)引起軌道在梁縫位置的橫向相對位移從而影響震后行車安全。橫向相對殘余位移可表示為：

δ=|y₁-y₂|" " " " " （1）

式中：y₁與y₂為梁縫位置兩側(cè)軌道橫向位移。

本文選取在遭受罕遇地震（PGA=0.38 g）作用下的梁縫處相鄰位置軌道的橫向殘余位移，利用式（1）求得其橫向相對殘余位移（表4），研究不同頻譜特性地震動(dòng)對軌道橫向相對殘余位移的影響。從圖5可以看出，在不同類型的地震動(dòng)作用下，軌道橫向相對殘余位移變化趨勢與軌道橫向殘余變形（圖4a）相反，均在橋臺(tái)與路基交界處出現(xiàn)極值，橋梁兩端橫向相對殘余位移遠(yuǎn)大于中跨位置，交界處橫向相對殘余位移為中跨部分的5～8倍。由于地基橋臺(tái)剛度比橋墩更大，高速鐵路軌道為無縫焊接軌道，其位移受到其下部相鄰構(gòu)件的約束影響較大，在相同地震作用下地基與橋墩位移響應(yīng)不同，因此在兩者交界處需要更大的變形來協(xié)調(diào)這兩部分結(jié)構(gòu)。

近場脈沖型地震動(dòng)造成的軌道橫向相對位移大于其它類型地震動(dòng)的影響。對在不同類型地震動(dòng)作用下的軌道橫向相對位移取平均值，發(fā)現(xiàn)相比于近場無脈沖型、遠(yuǎn)場長周期型與普通型地震動(dòng)，在近場脈沖型地震動(dòng)作用下，橋臺(tái)與地基交界處的橫向相對殘余位移分別增加了18%、61%和141%。橋臺(tái)與地基交界處的橫向相對殘余位移比跨中部位更為敏感，受不同類型地震動(dòng)作用后差異明顯。而在跨中位置，遠(yuǎn)場長周期型與近場無脈沖型地震動(dòng)作用下的軌道橫向相對位移并未無明顯差異。

綜上所述，近場脈沖型地震動(dòng)會(huì)顯著增大軌道相對殘余位移，在橋臺(tái)位置與地基交界處，軌道的相對殘余位移明顯大于跨中位置處的殘余位移，然而過大的相對殘余位移可能會(huì)導(dǎo)致軌道失穩(wěn)，影響行車安全。

4"結(jié)論

本文建立了精細(xì)化典型高速鐵路橋梁-軌道有限元模型，并選擇不同頻譜特性地震動(dòng)，通過非線性時(shí)程響應(yīng)分析得到了震后軌道殘余變形，得出以下主要結(jié)論：

（1）不同頻譜特性地震動(dòng)對軌道殘余變形的影響程度不同，軌道結(jié)構(gòu)對近場脈沖型地震動(dòng)的作用最為敏感，最早產(chǎn)生殘余變形，因此對軌道的塑性變形能力的要求更高。

（2）在不同類型地震動(dòng)作用下，軌道橫向殘余變形規(guī)律相似，均為在全橋中間部分最大。當(dāng)PGA=0.3 g時(shí)，相比于近場無脈沖地震動(dòng)、遠(yuǎn)場長周期地震動(dòng)和普通型地震動(dòng)，在近場脈沖型地震動(dòng)作用下軌道的橫向殘余變形分別增大約23.16%、43.71%和149.04%。

（3）受豎向地震動(dòng)的作用時(shí)，軌道會(huì)產(chǎn)生較大的豎向殘余變形。每一跨豎向殘余變形形式相近，在梁縫位置有較大的突變。靠近橋臺(tái)路基位置，近場脈沖型作用下軌道豎向殘余變形分別為其它3種地震動(dòng)作用下的1.12、1.26和1.49倍。

（4）不同類型地震動(dòng)對于軌距殘余變形的影響區(qū)別不大，但是在每跨橋梁梁體連接處軌距殘余變形有明顯尖刺狀的突變。

（5）梁縫位置為軌道薄弱部分。在橋臺(tái)位置與地基交界處軌道橫向相對殘余位移明顯大于跨中位置。相比于近場無脈沖型地震動(dòng)、遠(yuǎn)場長周期型地震動(dòng)與普通型地震動(dòng)，在近場脈沖型地震動(dòng)作用下，橋臺(tái)與地基交界處橫向相對殘余位移分別增加了18%、61%和141%。

（6）當(dāng)PGAgt;0.2 g時(shí)，不同類型地震動(dòng)作用下的軌道變形均隨著PGA的增大而增大；當(dāng)PGA=0.38 g時(shí)，橋梁已經(jīng)進(jìn)入塑性狀態(tài)，地震動(dòng)類型對于軌道殘余變形的影響程度降低。

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Geometrical Irregularity of High-speed Railway Bridge TracksConsidering Seismic Spectrum Characteristics

GAN Lin^1，2，GUO Endong^1，2，WU Houli^1，2，LI Changhong^1，2，LIU Cong^1，2

（1.Key Laboratory of Earthquake Engineering and Engineering Vibration，Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration，Harbin 150080，Heilongjiang，China）

（2.Key Laboratory of Earthquake Disaster Mitigation，Ministry of Emergency Management，Harbin 150080，Heilongjiang，China）

Abstract

Taking a typical five-span simply supported beam bridge of the high-speed railway as an example，a refined finite element model of high-speed railway bridge-track is established.According to the spectral characteristics of different types of ground motions，near-field-pulse type，near-field non-pulse type，far-field long-period type and ordinary type are selected.The ground motions with different spectral characteristics are input，and the nonlinear time-history analysis of the structure is carried out to explore the influence of different types of ground motions on the residual deformation of the track.The results show that the ground motions with different spectral characteristics have different effects on the residual deformation of the track，and the structure is most sensitive to the near-fald pulsetype ground motion.Under the action of various types of ground motion，the transverse residual deformation law of the rail is similar，and the residual deformation is the largest in the middle part of the whole bridge.The vertical residual deformation in the mid-span of each span bridge is much larger than that of the pier（abutment）position.The position of the beam joint is the weak part of the track，and the residual deformation of the gauge has an obvious sharp mutation at the connection of the beam body of each span.When PGAgt;0.2 g，the track deformation under the action of various types of ground motion increases with the increase of PGA.When PGA=0.38 g，the bridge has entered the plastic state，and the influence of ground motion type on track residual deformation is reduced.

Keywords：high-speed railway bridge tracks；residual deformation；spectral characteristics；nonlinear time history analysis

*收稿日期：2023-04-26.

基金項(xiàng)目：中國地震局地震工程與工程振動(dòng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室重點(diǎn)專項(xiàng)（2021EEEVL0204）.

第一作者簡介：甘"霖（1997-），碩士研究生在讀，主要從事生命線工程抗震研究.E-mail：lingan971018@163.com.

?通信作者簡介：郭恩棟（1966-），研究員，主要從事生命線工程抗震研究.E-mail：iemged@263.net.