近断层脉冲型地震动下U形耗能装置对高速铁路轨桥系统抗震响应的控制效应研究

本文针对中国西南地区高速铁路(HSR)桥梁面临的近断层速度脉冲效应威胁，创新性地研发了U形耗能装置(UEDD)。研究通过选取14条具有场地特征的脉冲型地震记录（含7条前向性F-D脉冲和7条滑冲F-S脉冲），结合记录分解重构(RDI)方法模拟变参数人工脉冲，系统分析了UEDD对高速铁路轨桥系统(HSRTBS)在不同脉冲特性下的抗震控制效果。研究发现UEDD能显著降低系统整体响应，但会增大墩顶位移，且控制效果随脉冲幅值增大而增强。研究为近断层区高铁桥梁抗震设计提供了重要理论依据。

　　

Highlight

本研究创新性地揭示了U形耗能装置(UEDD)在近断层脉冲型地震动中对高速铁路轨桥系统(HSRTBS)的抗震控制机制，为特殊地质条件下高铁桥梁的抗震设计提供了突破性解决方案。

Conclusions

通过系统研究可得出以下结论：

1. 滑冲(F-S)脉冲记录引发的轨桥系统地震响应显著强于前向性(F-D)脉冲

2. UEDD能有效降低系统整体响应，但会适度增大墩顶位移（这种"牺牲局部保全整体"的特性值得设计者权衡）

3. 控制效果与脉冲幅值呈正相关，当脉冲幅值增大时，UEDD就像"抗震安全阀"一样发挥更显著的耗能作用

4. 梁体和墩顶变形会随着脉冲周期延长而增大，而轨道滑动层变形则呈现有趣的递减趋势

5. 含奇数个脉冲峰值的记录通常比偶数个的引发更剧烈响应（这可能与结构共振特性有关）

Section snippets

Pulse-like ground motion selection

根据桥梁场地特性，从PEER NGA-West²数据库中精选14条近断层脉冲型地震记录（就像为实验量身定制的"地震指纹"），包含7条F-D和7条F-S脉冲，震级范围6.53-7.62，破裂距离(R_rup)0.5-15km。

HSRTBS information

研究对象基于中国西南某实建高铁桥梁，这个"5跨简支梁桥+CRTS II轨道系统"组合体就像精密的抗震实验室，位于8度设防区，具有I类场地条件（剪切波速>500m/s），特征周期0.25s。

Effects of pulse types on HSRTBS

数据分析显示，F-S脉冲作用下第三跨主梁跨中最大横向变形达19.34mm，比F-D脉冲高30.3%，就像给桥梁做了场"地震应力测试"，清晰揭示了两种脉冲的特性差异。