地震作用下高速列車—軌道—橋梁耦合振動(dòng)及行車安全性分析.pdf

1、橋梁是鐵路的重要基礎(chǔ)設(shè)施之一，也是鐵路建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著中國(guó)高速鐵路的大規(guī)模發(fā)展，橋梁在高速鐵路中所占比例大幅度提高，地震發(fā)生時(shí)，高速列車運(yùn)行于橋上的幾率增大。高速行車條件下，車軌橋系統(tǒng)的動(dòng)力作用突出，加上中國(guó)地震活動(dòng)的頻度高、強(qiáng)度大、震源淺、分布廣，車輛在地震作用下發(fā)生橋上脫軌和傾覆的可能性大大增加，地震對(duì)橋上高速列車的行車安全性產(chǎn)生了嚴(yán)重的威脅。因此，為保證高速鐵路的安全運(yùn)營(yíng)，建立和完善高速鐵路地震預(yù)警系統(tǒng)，開(kāi)展地震作用下的高速列

2、車—軌道—橋梁系統(tǒng)耦合振動(dòng)研究和行車安全性評(píng)價(jià)是十分必要的。
　　本文從橋梁抗震和鐵路大系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的角度出發(fā)，結(jié)合列車—軌道—橋梁動(dòng)力學(xué)聯(lián)合攻關(guān)研究組的相關(guān)研究成果，建立了地震作用下高速列車—軌道—橋梁耦合振動(dòng)分析模型，編制了計(jì)算分析軟件，并將其應(yīng)用于地震作用下高速列車—軌道—橋梁相互作用系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)特征、影響因素和影響規(guī)律分析以及列車過(guò)橋安全性分析和評(píng)價(jià)等方面，為高速鐵路橋梁的抗震設(shè)計(jì)及運(yùn)營(yíng)列車的地震預(yù)警系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。

3、
　　首先依據(jù)列車—軌道—橋梁耦合系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模思路與原則，分別建立了機(jī)車車輛、軌道結(jié)構(gòu)及橋梁結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析模型，并詳細(xì)給出各子系統(tǒng)的振動(dòng)微分方程。車輛針對(duì)四軸高速車輛建模，共包含35個(gè)自由度，詳細(xì)考慮車輛的非線性環(huán)節(jié);軌道分別針對(duì)雙塊式無(wú)砟軌道、單元板式無(wú)砟軌道和有砟軌道進(jìn)行建模;橋梁結(jié)構(gòu)采用有限元方法建模，包含空間梁?jiǎn)卧?、板殼單元等常用單元類型。在耦合振?dòng)模型中，依據(jù)地震作用下列車—軌道—橋梁動(dòng)態(tài)相互作用原理，考慮完善的輪軌相

4、互作用關(guān)系橋軌相互作用關(guān)系，將車輛、軌道和橋梁子系統(tǒng)耦合起來(lái)，將地震荷載視為系統(tǒng)的外部激勵(lì)，采用加速度輸入模式將地震荷載直接施加于橋墩底部的支承點(diǎn)處，并通過(guò)影響矩陣作用于橋跨結(jié)構(gòu)，然后借助于輪軌相互作用關(guān)系和橋軌相互作用關(guān)系影響整個(gè)耦合系統(tǒng)的振動(dòng)。
　　然后，針對(duì)地震作用下高速列車—軌道—橋梁系統(tǒng)相互作用的特點(diǎn)，選用顯隱式混合積分的模式，編制了地震作用下的車軌橋計(jì)算分析軟件VTBDYNA，并利用商用軟件SIMPACK對(duì)VTBDYN

5、A進(jìn)行了分析對(duì)比，借助于京津城際高速鐵路和武廣高速鐵路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了計(jì)算軟件的可靠性和有效性。
　　在此基礎(chǔ)上，詳細(xì)描述了一致地震作用下，高速列車—軌道—橋梁相互作用系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)特征，對(duì)比分析了行車速度、軌道不平順激勵(lì)、地震強(qiáng)度、地震幅頻特性、橋梁結(jié)構(gòu)類型等多個(gè)因素對(duì)耦合系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律，并重點(diǎn)從輪軌相互作用關(guān)系和橋軌相互作用關(guān)系來(lái)解釋這些變化規(guī)律。
　　最后，針對(duì)高速鐵路大跨度連續(xù)橋梁，應(yīng)用VTBDYNA著重分