撞擊荷載作用下車橋系統(tǒng)的動力響應及高速列車運行安全研究.pdf

1、隨著科學技術(shù)的發(fā)展和新型材料的應用，鐵路橋梁跨度不斷增大，列車速度不斷提高，橋梁的振動問題日趨突出。與此同時，隨著水運、鐵路、公路交通的日益繁忙，船舶、流冰、車輛撞擊橋梁結(jié)構(gòu)的事故也越發(fā)頻繁。本文在國家自然科學基金項目“撞擊荷載作用下車橋系統(tǒng)的動力響應及列車運行安全控制研究(51178025)”和“河冰物理力學性能及其對橋梁撞擊作用機理的研究(50878020)”的資助下，針對撞擊荷載引起的橋梁結(jié)構(gòu)振動以及由此引發(fā)的橋上高速列車的運行安

2、全問題，展開了較深入的研究。主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括：
　　(1)對國內(nèi)外橋梁遭受船舶、汽車和流冰等撞擊而引發(fā)重大事故的情況和相關(guān)的研究現(xiàn)狀進行了綜述，闡述了研究撞擊荷載引起的橋梁振動和列車運行安全問題的必要性，總結(jié)了一般車橋動力相互作用問題的研究內(nèi)容及主要研究方法，說明了論文的選題意義和立項依據(jù)。
　　(2)結(jié)合國內(nèi)外鐵路、公路設計規(guī)范和相關(guān)研究成果，總結(jié)了船舶、車輛和流冰撞擊荷載的設計方法以及理論分析、數(shù)值模擬和試驗結(jié)果

3、。分析了各種撞擊荷載的持時、最大幅值、作用位置等特點，為確定列車-橋梁系統(tǒng)動力分析模型中的撞擊荷載取值方法提供了依據(jù)。
　　(3)在佳木斯松花江公路大橋、通河松花江公路大橋等地進行了河冰溫度場及流冰撞擊荷載現(xiàn)場試驗。通過河冰溫度場試驗，得到了流冰期氣溫、水溫與河冰溫度的相關(guān)關(guān)系。通過流冰撞擊荷載試驗，得到了流冰撞擊橋墩的撞擊力時程益線，為撞擊荷載作用下的車橋耦合振動分析提供了實測撞擊力數(shù)據(jù)。采用快速傅立葉變換對實測流冰撞擊力時程進

4、行了頻譜分析，獲得了撞擊力的離散頻譜并對其特性進行了分析。
　　(4)建立了撞擊荷載作用下的車橋耦合系統(tǒng)動力分析模型，編制了相關(guān)的計算程序，其中車輛模型采用多剛體動力學方法建立，橋梁模型采用振型疊加法建立，輪軌垂向作用力按照輪軌密貼假定定義，輪軌橫向作用力按照簡化的Kalker蠕滑理論定義，撞擊力作用時程以節(jié)點動荷載模擬。提出了一種適用于車橋動力耦合系統(tǒng)時程積分的全過程迭代法，通過算例說明了其計算效率。
　　(5)利用所建立

5、的計算模型和自編程序，以九江長江大橋為實例，按照我國普通旅客列車和美國五級譜軌道不平順條件，通過模擬計算，考慮有無船舶撞擊兩種情況，對橋梁墩頂和跨中的橫向位移和加速度響應以及列車的脫軌系數(shù)等運行安全指標進行了時程分析，并將橋梁位移響應的計算結(jié)果與2007年現(xiàn)場實測的一些數(shù)據(jù)進行了比較，部分地驗證了本文方法。在此基礎上，按照德國ICE3高速列車和秦沈客運專線軌道不平順條件進行了計算，并與普通列車的計算結(jié)果進行了綜合分析比較，結(jié)果表明荷載撞

6、擊橋梁對高速列車的影響比普通列車大。
　　(6)以哈大高速鐵路(32+48+32)m預應力混凝土連續(xù)箱梁橋為分析對象，考慮佳木斯流冰、通河流冰、船舶三種類型的撞擊荷載，對橋梁墩頂、主跨跨中的位移和加速度響應以及ICE3高速列車的脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軌橫向力等運行安全指標進行了時程分析。在此基礎上，通過進一步的參數(shù)分析，系統(tǒng)地研究了撞擊荷載類型、撞擊強度、列車速度、列車類型等對橋上列車運行安全指標的影響規(guī)律。
　　(7)對