不同頻譜特性地震動對高速鐵路橋梁-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為例，建立了精細化高速鐵路橋梁-軌道系統有限元模型。針對不同類型頻譜特性選取了近場脈沖型、近場無脈沖型、遠場長周期型和普通型地震動。輸入不同頻譜特性的地震動，對結構進行非線性時程響應分析，探究不同頻譜特性地震動對軌道殘余變形的影響規律及變形特點。結果表明：不同類型地震動對軌道殘余變形的影響程度不同，軌道結構對近場脈沖型地震動的作用最為敏感；不同類型地震動作用下，軌道橫向殘余變形規律相似，均表現為全橋中間部分變形最大；每跨橋梁跨中豎向殘余變形遠大于橋墩（橋臺）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PGAgt;0.2 g時，不同類型地震動作用下的軌道變形均隨著PGA的增大而增大；當PGA=0.38 g時，橋梁已經進入塑性狀態，地震動類型對于軌道殘余變形的影響程度降低。

關鍵詞：高速鐵路橋梁-軌道；殘余變形；頻譜特性；非線性時程分析

中圖分類號：U212.35"""文獻標識碼：A"""文章編號：1000-0666（2024）01-0027-10

doi：10.20015/j.cnki.ISSN1000-0666.2024.0027

0"引言

鐵路作為國民經濟大動脈是國家最重要的基礎設施之一，在我國經濟社會發展中具有重要作用。截至2021年底，全國鐵路營業里程突破15萬千米，其中高速鐵路運營里程超過4萬千米。為保證行車穩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”高速鐵路網中有“三縱兩橫”鐵路網位于高烈度地震區，西部地區有大量在建以及已規劃的高速鐵路網也不可避免地需要穿越大量斷層和高烈度區（張凡等，2017）。列車高密度運行必然面臨震時或震后行車問題，因此我國高速鐵路橋梁安全受到嚴重的地震威脅（蔣麗忠等，2020）。高速鐵路橋梁-軌道系統在地震作用下會產生殘余位移和剛度退化等問題，該類問題的出現是不可避免的（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作用下軌道變形的規律，為震后列車限速通行提供理論依據。

國內外許多學者采用理論分析、有限元模擬和振動臺試驗等方法對地震作用下軌道變形特點進行了系統研究，如Miura（1996）研究發現軌道的變形特征主要與地震烈度、發生位置、震中距離和軌道下部結構支護條件有關；勾紅葉等（2019）建立了橋梁豎向變形與軌面幾何形態的通用映射解析模型；蔣麗忠等（2022）通過振動臺試驗，探究了橫向地震作用后軌道殘余不平順的分布規律，構造了震致軌道幾何不平順樣本。不少學者研究了特定地震動對于橋梁-軌道系統的影響，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-軌道系統的動力響應規律；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化模型，并分析了近斷層脈沖型地震動對高速鐵路橋梁-軌道系統動力響應的影響；張樹強（2018）對地震作用下軌道變形特征和原因進行了分析，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（2019）以一座三跨高速鐵路簡支梁橋為研究對象，通過非線性時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-橋耦合振動模型的附加變形，研究了不同地震動、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、地震強度和橋墩高度下的軌道動力響應，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項指標的影響，并對其安全性做出了評價。

考慮到高速鐵路橋梁-軌道系統的復雜性，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對于橋梁的動力響應研究，缺乏對梁-軌道板-軌道間非線性連接構件的考慮，并且缺少在震后橋梁未產生明顯破壞時軌道殘余變形對列車運行的影響分析，而有關不同頻譜特性的地震動對軌道幾何不平順的影響規律的研究也比較少。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作用下軌道殘余變形的形式與規律，為震后列車運行軌道維護及震后列車運行提供參考。

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Ⅱ類場地（地震設計基本加速度為0.2 g），橋跨布置為5 m×32.6 m的高速鐵路雙線簡支梁橋為例，橋梁全長163.4 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、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《混凝土結構設計規范》（GB 50010—2010）對混凝土性能相關參數進行取值。

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計的減隔震支座等。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。通過對扣件阻力進行的大量試驗和現場測試，發現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。非線性連接構件本構關系見表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為背景，在Opensees平臺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構，采用Steel02材料本構模擬縱筋，Concrete02材料本構模擬混凝土。橋墩截面劃分為保護層混凝土、核心混凝土和縱向鋼筋3種結構。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下的單元力平衡方程都不會產生有限元離散誤差。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構總自由度更少，計算效率和計算效果也更優。因此本文采用柔度法單元為防止應變集中，采納Calabrese 等（2010）和Kashani等（2016）的建議，墩底單元采用3個截面積分點，其余單元采用5個高斯積分點。

軌道板、底座版、主梁和橋墩等結構均采用非線性纖維梁單元進行模擬。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向擋塊、扣件、剪切鋼筋、CA砂漿、滑動層和滑動齒槽等非線性連接構件。高速鐵路橋梁-軌道系統有限元模型如圖2所示。對所建立的有限元模型進行模態分析，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屬于短周期結構。

2"地震動的選取

目前國內外主要以5%阻尼比加速度反應譜卓越周期Tg來反應地震動的頻譜特征（沈紹建等，2013）；將斷層距不超過20 km作為近場地震動的選擇依據。張凡等（2017）在研究近斷層脈沖效應和土-結構相互作用（SSI效應）對大跨斜拉橋地震響應的影響規律時，將PGV/PGA作為表征速度脈沖效應的脈沖參數，認為PGV/PGA＞0.2 s時速度脈沖較為顯著，反之則無明顯脈沖現象。

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

采用90%能量持時作為地震動持續時間，以地震動總能量的5%時刻t0.05為開始，地震動總能量的95%時刻t0.95為結束（Trifunac，Brady，1975）。為保證能夠得到準確的軌道震后變形，在每一條地震波輸入的結束時刻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構的自由振動。為節省篇幅，本文從4類地震動中各選一條為例，對其進行傅立葉變換得到頻域信息（圖3）。

近場脈沖型地震動加速度時程表現出峰值大、持時短的特點（圖3a）。遠場長周期型地震動加速度時程呈現峰值較小、持時較長的特點（圖3b）。近場無脈沖型地震動加速度時程峰值較大，且持時較近場脈沖型地震動更長（圖3c）。普通型地震動加速度時程峰值加速度相對遠場長周期較大，但其持時很短（圖3d）。近場脈沖型地震動的速度脈沖為主要由破裂方向效應引起速度脈沖和滑沖效應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。

近場脈沖型與遠場長周期型地震動低頻成分豐富，主頻均較小，主要分布在0～1 Hz，均小于普通型地震動。近場無脈沖型地震動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相對其它兩種地震動頻帶分布更為廣泛。

3"地震動作用下軌道殘余變形分析

3.1"軌道殘余變形

為了探究地震強度對軌道結構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條地震動的峰值加速度分別調整為0.05 g、0.1 g、0.15 g、0.2 g、0.3 g、0.38 g，并將地震動輸入到有限元模型中，進行非線性時程響應分析，得到軌道的殘余變形。參考《鐵路工程抗震設計規范》（GB 50111—2006），本文模型在設計地震作用下需要達到抗震性能要求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到抗震性能要求Ⅲ，即震后結構可能產生較大破壞，但不會出現整體倒塌，經搶修后可限速通車，結構處于彈塑性工作階段。

圖4a～c為PGA=0.3 g時的震后軌道橫向、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。假設軌道初始狀態為直線，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。位置坐標以第一跨簡支梁最左側的梁端為原點。

從圖4a可見，在各類型地震動作用后，軌道的橫向殘余變形幅值較大且變形規律相似，均呈現出在全橋中間部分最大，越靠近橋臺路基位置越小，并逐漸趨近于0的趨勢，說明在靠近橋臺路基區域軌道相對變形較小。這是由于橋臺及路基相對跨中部分剛度更大，且對軌道板有更強的約束力，在地震作用下位于橋梁結構上的軌道響應更為顯著。在越靠近橋臺的位置，不同頻譜特性地震動導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，這會大大影響行車安全。不同頻譜特性地震動對軌道殘余變形的影響程度不同，軌道結構對近場脈沖型地震動的作用最為敏感（圖4a）。近場脈沖型地震動有較大的速度脈沖，瞬時的能量輸入很大，在同一方向上的慣性力持續作用的時間增加，大大增加了軌道的位移，相比于其它地震動，軌道在近場脈沖地震作用下會更早產生橫向殘余變形，這對軌道的塑性變形能力提出了更高的要求。

由于豎向地震動的作用，軌道產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；在邊跨梁與橋臺路基連接位置產生的軌道豎向殘余變形遠大于中跨梁縫位置。近場脈沖型地震動會放大豎向地震動對豎向殘余變形的影響，在靠近橋臺路基位置，近場脈沖型地震動作用下軌道豎向殘余變形分別為其它3種地震動作用下的1.12、1.26和1.49倍。

地震動對于軌距殘余變形的影響區別不大，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調，在跨中部分梁體與梁體直接結構相似剛度相近，從而產生的突變更小，整體呈現越靠近橋臺路基方向突變越大，而向中跨部分減小的趨勢。

從圖4d可以看出，當PGA=0.3 g時，近場脈沖型、近場無脈沖型、遠場長周期型和普通型地震動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，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PGAlt;0.2 g時，在不同地震動作用下軌道橫向最大殘余變形并無明顯差別。當PGAgt;0.2 g時，各類型地震動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，橋梁已經進入塑性狀態，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，在地震動作用下，由于橋墩的運動和支座的變形會導致相鄰梁體發生明顯錯位，梁體的錯位會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，均在橋臺與路基交界處出現極值，橋梁兩端橫向相對殘余位移遠大于中跨位置，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不同，因此在兩者交界處需要更大的變形來協調這兩部分結構。

近場脈沖型地震動造成的軌道橫向相對位移大于其它類型地震動的影響。對在不同類型地震動作用下的軌道橫向相對位移取平均值，發現相比于近場無脈沖型、遠場長周期型與普通型地震動，在近場脈沖型地震動作用下，橋臺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，受不同類型地震動作用后差異明顯。而在跨中位置，遠場長周期型與近場無脈沖型地震動作用下的軌道橫向相對位移并未無明顯差異。

綜上所述，近場脈沖型地震動會顯著增大軌道相對殘余位移，在橋臺位置與地基交界處，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導致軌道失穩，影響行車安全。

4"結論

本文建立了精細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，通過非線性時程響應分析得到了震后軌道殘余變形，得出以下主要結論：

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

（2）在不同類型地震動作用下，軌道橫向殘余變形規律相似，均為在全橋中間部分最大。當PGA=0.3 g時，相比于近場無脈沖地震動、遠場長周期地震動和普通型地震動，在近場脈沖型地震動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）受豎向地震動的作用時，軌道會產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種地震動作用下的1.12、1.26和1.49倍。

（4）不同類型地震動對于軌距殘余變形的影響區別不大，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、遠場長周期型地震動與普通型地震動，在近場脈沖型地震動作用下，橋臺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PGAgt;0.2 g時，不同類型地震動作用下的軌道變形均隨著PGA的增大而增大；當PGA=0.38 g時，橋梁已經進入塑性狀態，地震動類型對于軌道殘余變形的影響程度降低。

參考文獻：

馮玉林，高鴿，蔣麗忠，等.2022.高鐵軌道-橋梁系統地震損傷軌道不平順譜述評［J］.鐵道標準設計，66（10）：1-8.Feng Y L，Gao G，Jiang L Z，et al.2022.Review on track irregularity spectrum of high-speed railway track-bridges system damage by earthquake［J］.Railway Standard Design，66（10）：1-8.（in Chinese）

勾紅葉，冉智文，蒲黔輝，等.2019.高速鐵路橋梁豎向變形與軌面幾何形態的通用映射解析模型研究［J］.工程力學，36（6）：227-238.Gou H Y，Ran Z W，Pu Q H，et al.2019.Study on mapping relationship between bridge vertical deformation and track geometry of high-speed railway［J］.Engineering Mechanics，36（6）：227-238.（in Chinese）

蔣麗忠，余建，周旺保，等.2022.橫向地震作用下震致軌道幾何不平順研究［J］.工程力學，39（2）：1-13.（in Chinese）Jiang L Z，Yu J，Zhou W B，et al.2022.Study on geometrical irregularity of rail induced by transverse earthquake［J］.Engineering Mechanics，39（2）：1-13.（in Chinese）

蔣麗忠，周旺保，魏標，等.2020.地震作用下高速鐵路車-軌-橋系統安全研究進展［J］.土木工程學報，53（9）：1-13.Jiang L Z，Zhou W B，Wei B，et al.2020.Research progress of train-track-bridge system safety of high-speed railway under earthquake action［J］.China Civil Engineering Journal，53（9）：1-13.（in Chinese）

呂佳偉.2021.近斷層脈沖地震作用下高速鐵路簡支梁橋梁-軌系統動力性能研究［D］.重慶：重慶交通大學.Lyu J W.2021.Research on dynamic performance of bridge-track system with simple supported beam on high-speed railway under pulsed near fault ground motion［D］.Chongqing：Chongqing Jiaotong University.（in Chinese）

沈紹建，劉偉慶，杜東升，等.2013.地震動頻譜特性對隔震結構非線性地震響應的影響［J］.南京工業大學學報（自然科學版），35（3）：1-5.Shen S J，Liu W Q，Du D S，et al.2013.Effects of nonlinear seismic response of isolated structures on spectrum characteristics of ground motions［J］.Journal of Nanjing University of Technology（Natural Science Edition），35（3）：1-5.（in Chinese）

孫遜.2020.橋上無砟軌道地震響應分析及軌道變形對行車安全性影響研究［D］.哈爾濱：中國地震局工程力學研究所.Sun X.2020.Earthquake response analysis of ballastless track on bridge and influence of track deformation on running safety of high-speed train［D］.Harbin：Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration.（in Chinese）

喻梅，呂佳偉，賈宏宇，等.2021.近斷層脈沖型地震作用下高速鐵路橋梁-軌道系統響應分析［J］.湖南大學學報（自然科學版），48（9）：138-146.Yu M，Lyu J W，Jia H Y，et al.2021.Response analysis of high-speed railway bridge-rail system subjected to near-fault pulse-type earthquake［J］.Journal of Hunan University（Natural Sciences），48（9）：138-146.（in Chinese）

張凡，李帥，顏曉偉，等.2017.近斷層脈沖型地震動作用下大跨斜拉橋地震響應分析［J］.振動與沖擊，36（21）：163-172.Zhang F，Li S，Yan X W，et al.2017.Effects of near-fault pulse-type ground motions on the seismic responses of a long-span cable-stayed bridge［J］.Journal of Vibration and Shock，36（21）：163-172.（in Chinese）

張強.2019.地震作用下簡支梁橋橫向變形對高速鐵路行車安全影響研究［D］.成都：西南交通大學.Zhang Q.2019.Study on the influence of lateral deformation of simple supported girder bridge on high-speed railway driving safety under earthquake［D］.Chengdu：Southwest Jiaotong University.（in Chinese）

張樹強.2018.震后軌道變形對列車行車安全性影響研究［D］：北京：中國地震局工程力學研究所.Zhang S Q.2018.Study on the influence of track deformation on train driving safety after earthquake.［D］：Beijing：Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration.（in Chinese）

GB 50010—2010，混凝土結構設計規范（2015年版）［S］.GB 50010—2010，Code for design of concrete structures（2015 Edition）［S］.（in Chinese）.

GB 50111—2006.鐵路工程抗震設計規范［S］.GB 50111—2006，Code for seismic design of railway engineering［S］.（in Chinese）

Calabrese A，Almeida J P，Pinho R.2010.Numerical issues in distributed inelasticity modeling of RC frame elements for seismic analysis［J］.Journal of Earthquake Engineering，14（S1）：38-68.

Jiang L，Yu J，Zhou W，et al.2020.Applicability analysis of high-speed railway system under the action of near-fault ground motion［J］.Soil Dynamics and Earthquake Engineering，139：1-19.

Kashani M M，Lowes L N，Crewe A J，et al.2016.Nonlinear fibre element modelling of RC bridge piers considering inelastic buckling of reinforcement［J］.Engineering Structures，116：163-177.

Mander J，Priestley M.1988.Theoretical stress-strain model for confined concrete［J］.Journal of Structural Engineering，114（8）：1804-1826.

Miura S.1996.Deformation of track and the safety of train in earthquake［J］.Quarterly Report of RTRI，37（3）：139-146.

Trifunac M D，Brady A G.1975.A study on the duration of strong earthquake ground motion［J］.Bulletin of the Seismological Society of America，65（3）：581-626.

Yu J，Jiang L，Zhou W，et al.2020.Study on the dynamic response correction factor of a coupled high-speed train-track-bridge system under near-fault earthquakes［J］.Mechanics Based Design of Structures and Machines，50（9）：1-20.

Yu J，Jiang L，Zhou W，et al.2021.Study on the influence of trains on the seismic response of high-speed railway structure under lateral uncertain earthquakes［J］.Bulletin of Earthquake Engineering，19（7）：2971-2992.

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.

基金項目：中國地震局地震工程與工程振動重點實驗室重點專項（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.