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研究生:謝翔宇
研究生(外文):Hsiang-YuHsieh
論文名稱:地震對於高架軌道車輛之影響
論文名稱(外文):The Influences of Earthquake on Elevated Trains
指導教授:郭振銘
指導教授(外文):Chen-Ming Kuo
學位類別:碩士
校院名稱:國立成功大學
系所名稱:土木工程學系
學門:工程學門
學類:土木工程學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2020
畢業學年度:108
語文別:中文
論文頁數:66
中文關鍵詞:橋梁響應鐵路橋梁CSiBridge有限元素分析地震力
外文關鍵詞:Responses of bridgesRailway bridgesFinite element analysisCSiBridgeAbaqus/CAEEarthquake
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本研究主要探討橋梁遭受地震時之傳遞特性及列車行為,首先確立橋梁之型式以及高鐵之橋梁種類,再藉由模型驗證確立建模之流程與模型之可靠性,模型驗證完後,再利用CSiBridge軟體進行有線元素分析,主要選定高鐵主線上三種預力混凝土箱型梁之橋梁結構,分別為簡支梁、等梁深連續梁與變梁深連續梁,模擬之橋梁參數主要依據交通部高速鐵路工程局出版之高速鐵路土建工程相關書籍設定。透過有限元素軟體的分析,求得高鐵橋梁遭受地震力時橋版各處之地震響應歷時。
根據分析結果作後續深入探討,透過傅立葉轉換得到頻譜,並利用歷時與頻譜了解地震力之傳遞特性,由分析結果顯示地震力對於橋梁側向及垂向有明顯的放大作用。在轉換函數的部分,藉由轉換函數計算出另一地震來臨時,橋梁中點之響應頻譜圖,並藉由計算與模擬之比較,了解轉換函數的正確性。再來根據橋梁的模態頻率與列車車輛之轉向架頻率與蛇行動頻率作最後探討,由結果顯示,在簡支梁橋部分,可能使得轉向架產生垂向共振,對於安全性存在風險,而在最後針對蛇行動頻率做計算,並注意側向可能產生之共振行為,確保列車安全性,避免脫軌現象發生。
This research mainly discusses the transmission characteristics of the bridge and behavior of trains when subjected to an earthquake. First, the type of Taiwan High Speed Rail’s bridge are established, and then the modeling process and the reliability of the model are established through model verification. After the model is verified, the CSiBridge is used to wire Finite element analysis, selected three types of pre-stressed concrete box girder bridge structures on the main line of the high-speed railway, namely simply supported beams, continuous beams with constant beam depth and continuous beams with variable beam depth. The bridge parameters are mainly based on the publication of the Taiwan High Speed Rail Corporation. Through the analysis of finite element method, the seismic response duration of various parts of the bridge plate when the high-speed railway bridge is subjected to seismic force is obtained.
Through the Fourier transform to obtain the frequency spectrum, and use the time and frequency spectrum to understand the transmission characteristics of the seismic force, the analysis results show that the seismic force has a significant amplification effect on the lateral and vertical directions of the bridge. In the part of the transfer function, the transfer function is used to calculate the response spectrum of the midpoint of the bridge when another earthquake comes, and the correctness of the transfer function is understood by comparing the calculation with the simulation.
Next, a final discussion is made according to the modal frequency of the bridge, the frequency of the bogie or train and the frequency of the Hunting Movement, and the results show that in the simply supported beam bridge part, the bogie may have vertical resonance, which is a risk to safety. Finally, calculate the frequency of the Hunting Movement, and pay attention to the possible resonance behavior in the lateral direction to ensure the safety of the train and avoid derailment.
摘要 I
EXTENDED ABSTRACT II
致謝 XI
目錄 XIII
圖目錄 XVI
表目錄 XIX
第1章 緒論 1
1.1 前言 1
1.2 動機與目的 2
1.3 文獻回顧 3
1.4 研究流程 5
第2章 橋梁簡介與相關理論 6
2.1 橋梁型式 6
2.1.1 上部結構 6
2.1.2 下部結構 7
2.2 高鐵橋梁型式 7
2.2.1 橋梁配置與材料參數 7
2.3 橋梁結構動力學 10
2.3.1 動力方程式 10
2.3.2 等效地震力 12
2.4 快速傅立葉轉換 14
第3章 模型建立與驗證 15
3.1 模型建立 15
3.1.1 材料參數 15
3.1.2 地震力 16
3.1.3 橋梁配置 18
3.2 分析結果 19
3.2.1 橋梁模態頻率與振型 19
3.2.2 彎矩分析結果 22
3.2.3 位移分析結果 23
第4章 地震引致高架軌道橋梁響應 25
4.1 模型建立 25
4.1.1 橋梁配置與元素 25
4.1.2 地震歷時 26
4.1.3 建模流程 29
4.2 等斷面簡支梁橋 30
4.2.1 基本資料 30
4.2.2 鋼腱配置 30
4.2.3 分析結果 31
4.3 等梁深連續梁橋 34
4.3.1 基本資料 34
4.3.2 鋼腱配置 35
4.3.3 分析結果 36
4.4 變梁深連續梁橋 39
4.4.1 基本資料 39
4.4.2 鋼腱配置 40
4.4.3 分析結果 41
4.5 綜合探討 45
4.5.1 整體比較 45
4.5.2 傳遞特性 48
4.5.3 加速度放大效應 49
4.6 橋梁轉換函數 50
4.6.1 建立關係式 50
4.6.2 計算流程 51
4.6.3 計算與模擬結果 52
4.6.4 結果比較 55
4.7 列車安全性初步探討 57
4.7.1 列車與轉向架 57
4.7.2 列車運動特性 61
第5章 結論與建議 65
5.1 結論 65
5.2 建議 65
參考文獻 66
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