汽車撞擊荷載及其作用下高速列車與橋梁系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)與列車運(yùn)行安全研究.pdf

1、隨著國(guó)內(nèi)外交通事業(yè)的迅速發(fā)展，鐵路橋梁跨度不斷增大，列車速度不斷提高，橋梁的振動(dòng)問(wèn)題日趨突出。與此同時(shí)，隨著交通事務(wù)日益繁忙，汽車撞擊橋梁結(jié)構(gòu)的事故也越發(fā)頻繁。本文在國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃“973”項(xiàng)目“高速鐵路基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能演變及服役安全基礎(chǔ)研究(2013CB036203)”、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“汽車撞擊引起的橋梁振動(dòng)對(duì)高速列車運(yùn)行安全的影響研究(51308035)”的資助下，針對(duì)汽車撞擊荷載引起的橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)以及由此引發(fā)的橋上高速

2、列車的運(yùn)行安全問(wèn)題，展開了較深入的研究，主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括:
　　(1)對(duì)國(guó)內(nèi)外橋梁遭受汽車撞擊而引發(fā)重大事故的情況和相關(guān)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，闡述了研究汽車撞擊荷載引起的橋梁振動(dòng)和列車運(yùn)行安全問(wèn)題的必要性，總結(jié)了一般情況下車橋動(dòng)力相互作用問(wèn)題的研究?jī)?nèi)容及主要研究方法，說(shuō)明了論文的選題意義和立項(xiàng)依據(jù)。
　　(2)結(jié)合國(guó)內(nèi)外鐵路、公路設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)研究成果，參考船舶、流冰等撞擊橋梁過(guò)程中撞擊荷載的既有研究，總結(jié)了汽車撞擊

3、荷載的設(shè)計(jì)方法（總體平均法、局部平均法、簡(jiǎn)化荷載脈沖法、等效位移法）以及理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果。分析了汽車撞擊荷載的持時(shí)、最大幅值、作用位置等特點(diǎn)，為確定列車-橋梁系統(tǒng)動(dòng)力分析模型中的汽車撞擊荷載取值方法提供了依據(jù)。
　　(3)建立了汽車撞擊荷載作用下的車橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析模型，編制了相關(guān)的計(jì)算程序。車輛模型采用多剛體動(dòng)力學(xué)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(jiǎn)化的Ka

4、lker蠕滑理論定義，汽車撞擊力作用時(shí)程以節(jié)點(diǎn)動(dòng)荷載模擬。提出了一種適用于快速評(píng)估汽車撞擊作用下橋上列車行車安全評(píng)估的簡(jiǎn)化模型，經(jīng)對(duì)比發(fā)現(xiàn)簡(jiǎn)化模型能大大提高計(jì)算效率且計(jì)算結(jié)果總體上偏于安全。
　　(4)利用車—軌—橋耦合動(dòng)力試驗(yàn)平臺(tái)，通過(guò)模型試驗(yàn)定性研究了橫向撞擊力對(duì)橋梁及橋上車輛運(yùn)行安全的影響規(guī)律。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)撞擊過(guò)程中橋墩底部動(dòng)應(yīng)變、墩頂動(dòng)位移、墩頂加速度，梁的橫向動(dòng)位移和加速度，以及車輛的三向車體加速度等動(dòng)力響應(yīng)大幅提高，影

5、響行車安全。
　　(5)選取現(xiàn)役鐵路線路上典型橋梁進(jìn)行試驗(yàn)，鑒于實(shí)際撞擊的昂貴性和破壞性，采用力錘橫向敲擊力代替汽車橫向撞擊力，對(duì)橋梁及橋上車輛運(yùn)行安全的影響規(guī)律進(jìn)行初步探討。結(jié)果表明，橫向撞擊使橋梁的動(dòng)力響應(yīng)大幅度增加，并對(duì)車輛運(yùn)行安全有潛在隱患。根據(jù)試驗(yàn)響應(yīng)和輸入量進(jìn)行拉普拉斯變化求得墩梁的傳遞函數(shù)，將汽車撞擊力時(shí)程在頻域內(nèi)與傳遞函數(shù)相乘后的結(jié)果進(jìn)行IFFT變化，假設(shè)撞擊過(guò)程中橋梁處于線形狀態(tài)，求出的響應(yīng)在工程領(lǐng)域內(nèi)作為汽車撞