简单链型接触网系统地震响应分析方法研究

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接触网系统是一种特殊形式的大跨结构。简单链式接触网系统,主要由支持结构、悬挂结构以及补偿结构组成,因造型简单、性能可靠,在国内高速铁路和普速电气化铁路中得到了广泛的应用。然而,在遭遇地震灾害后,接触网系统容易发生损害,目前国内外对于接触网的抗震性能研究成果较少,且大多是有限元分析,缺乏试验验证,尚未考虑悬挂结构与支撑结构之间的耦合作用关系。因此,需要进一步探讨两者之间的响应机理及相互作用,建立合理的地震响应分析方法。本文以重庆东环线庙坝至龙盛区间的接触网系统的现场试验为基准,主要利用SAP2000有限元软件建立接触网系统四柱三跨的动力分析模型,从接触网系统的动力特性、地震响应特征、地震响应分析方法等方面展开了系统的研究。主要研究内容及结论如下:(1)通过接触网系统现场试验得到结构在重锤激励下各部件的动力响应,对接触网各部件的运动特点及形成原因做一些规律性的认识。(2)以现场试验的接触网系统结构建立了两种不同支柱形式,不同跨距的接触网系统三跨模型,分析整体模型及悬挂结构、支撑结构的动力特性,并与现场试验测得的各构件的自振频率对比,探索结构真实的自振特性。接触网整体系统处于低频状态,模态数目多,振型为正对称反对称振型交替出现。(3)对两种不同支柱的接触网系统三跨模型进行地震时程分析,研究接触网模型在8度中震0.3g作用下的结构动力响应及规律,探究接触网结构在不同跨距,不同激励方向上响应的差异,重点关注悬挂结构位移,结果表明,横向地震输入对接触网悬挂系统影响较大。(4)以两自由度为例,研究了全时程迭代方法在不同质量比、不同刚度比下的运动迭代规律;对五自由度结构进行两种地震波的激励,验证全时程迭代对于五自由度结构的适用性。并基于全时程迭代,建立接触网系统横向地震响应分析方法,考察接触网系统张力、跨距、地震动幅值对接触线跨中动力响应和分析方法收敛性的影响。结果表明:增大地震动幅值,在相同的迭代次数下差值比率增大。地震动幅值增大,接触网系统的非线性反应加剧,因此,需要更多迭代次数;增大张力会减小迭代的速率;增大接触网跨距时,横向与竖向位移误差和差值比率都有显著的降低。接触网跨距较大时,收敛更快,更容易逼近整体计算结果。采用全时程迭代法进行动力分析可以满足一定的精度要求。
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