地震作用下车-桥空间耦合系统动力响应分析

摘要

地震是一种严重的自然灾害，对于铁路系统而言，地震可能会引起轨道弯曲、车辆脱轨、桥梁坍塌等一系列问题。随着高速铁路的发展，桥梁在铁路线路中所占的比例不断增大，地震发生时车辆运行在桥梁上的概率也随之变大。
　　本文为探究地震对车辆和桥梁的影响，建立了车辆-桥梁空间耦合系统动力学分析模型，其中车辆模拟为多刚体系统，采用达朗贝尔原理推导车辆系统动力学方程；桥梁假定为质量均匀分布的等截面简支梁，采用模态坐标法建立桥梁广义坐标方程。将规格化的地震波作为系统激励，同时考虑轨道随机不平顺的影响，采用新型显式积分法求解系统方程，分析不同烈度地震作用下车桥耦合系统的动力响应。结果表明，地震作用车辆-桥梁空间耦合系统的响应有着显著的影响。当地震烈度在桥梁的抗震设防烈度范围内时，桥梁垂向加速度、横向加速度、垂向挠度和横向挠度均满足规范的限值要求。车辆运行平稳性的Sperling指标相对加速度指标较为宽松，当地震烈度为7度及以上时，车辆已不能平稳地运行于桥梁之上。车辆的脱轨系数随着行驶速度的增加急剧增大，当地震发生时，需要采取制动措施避免安全事故的发生。轨道随机不平顺对车辆动力响应的影响不明显，对桥梁垂向加速度响应影响相对明显。在相对较弱的地震作用下，如需详细研究桥梁的动力响应，则不应该忽略轨道随机不平顺的影响。随着地震烈度的增大，轨道随机不平顺的影响越来越小。

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第一章 绪 论

1.1 引言

1.2 研究背景

1.3 国内外研究进展

1.4 车桥相互作用问题的研究内容

1.5 车桥相互作用问题的研究方法

1.6 本文主要研究内容

第二章 车辆-桥梁空间耦合系统模型

2.1 引言

2.2 车辆振动分析模型

2.3 桥梁振动分析模型

2.4 轮轨接触模型

2.5 车辆-桥梁空间耦合系统模型

2.6 本章小结

第三章 车桥耦合系统激励模型

3.1 引言

3.2 轨道随机不平顺

3.3 地震波的规格化

3.4 本章小结

第四章 车桥耦合动力学数值求解方法

4.1 引言

4.2 经典数值求解方法

4.3 新型显式积分法[23]

4.4 新型预测-校正积分法[23]

4.5 本章小结

第五章 地震作用下车-桥耦合系统动力响应分析

5.1 引言

5.2 车桥耦合系统动力学评价指标

5.3 车桥耦合系统动力响应分析

5.4 地震对车桥系统的影响

5.5 轨道随机不平顺的影响

5.6 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 展望

参考文献

攻读学位期间公开发表的论文

附录

致谢