车-桥耦合效应对地震时桥上车辆安全性的影响

摘要

随着我国高速铁路不断发展，铁路线难以避免的要穿过地震活跃带。出于施工、环境、列车运行等方面的要求，我国铁路线中桥梁占有很大比重。地震下列车在桥上的运行安全性尤为重要。目前对于地震下桥上列车的运行安全性分析，大多都是建立详细的地震下车-线-桥计算模型，通过轮重减载量、脱轨系数、轮轨竖向位移和轮轨横向位移来评估列车的运行安全性。上述方法计算复杂，计算量大，不利于工程设计人员直接使用。本文研究车-桥耦合效应对桥上列车脱轨的影响，以简化地震下桥上列车运行安全评估。　　具体的研究内容包括：　　(1)研究地震激励下车-桥解耦可行性。分别采用车-线-桥耦合模型与解耦模型，通过控制变量研究了车桥质量比、桥梁频率、车速、地震动对于车桥耦合程度的影响。结果表明车桥质量比是影响车桥耦合程度的主要因素，当车桥质量比约小于0.1时，可以采用直接解耦的方式，用解耦模型来近似计算车桥反应。　　(2)分析了地震下，解耦模型中移动力、桥梁侧倾等因素对桥上列车脱轨的影响。本文采用的高墩简支梁桥算例表明，地震下桥上列车脱轨的主要激励来自于桥梁的横向位移和扭转。将桥墩看做悬臂梁，基于墩顶横向位移和扭转的关系，提出了考虑扭转的单自由解耦模型。以实测的四条地震动作为激励，在不同桥梁横向频率和质量比下，分别采用考虑扭转的单自由解耦模型和耦合模型计算列车脱轨时的临界PGA，结果表明质量比小于0.1时，近似地可以采用考虑扭转的单自由解耦模型计算列车脱轨。　　(3)分别采用考虑扭转的单自由度解耦模型、单自由解耦模型和耦合模型计算了列车脱轨时的桥面振动强度SIL限值，结果表明采用单自由度解耦模型误差较大，而考虑扭转的单自由度解耦模型精度较好。依据考虑扭转的单自由度解耦模型得到桥面振动强度SIL限值。最后通过2个算例，说明了桥面振动强度限值SIL的适用性。

目录

声明

第1 章绪论

1.1研究背景及意义

1.2 研究历史及现状

1.2.1车桥解耦的研究现状

1.2.2地震下列车行车安全性研究现状

1.3 研究内容

第2 章地震下车-线-桥计算模型

2.1地震下车-线-桥计算的耦合模型

2.2 轨道系统的简化

2.2.1轨道系统的简化原理

2.2.2算例验证

2.3地震下车-线-桥计算的解耦模型

2.4 模型参数

2.4.1 车桥系统参数

2.4.2 地震动激励

2.5 本章小结

第3 章地震激励下车-桥解耦可行性

3.1 车桥质量比的影响

3.2 车桥频率的影响

3.2.1桥梁竖向频率的影响

3.2.2 桥梁横向频率的影响

3.3 车速的影响

3.4地震动特征的影响

3.4.1地震动幅值的影响

3.4.1地震动频谱的影响

3.5 本章小结

第4 章车-桥解耦对临界脱轨地震动强度的影响

4.1列车脱轨的判定以及临界脱轨指标

4.1.1 列车脱轨的判定

4.1.2 临界脱轨地震动强度指标

4.2简化模型对临界脱轨指标的影响

4.2.1 桥梁侧倾的影响

4.2.2 考虑扭转的单自由度解耦模型

4.2.3 考虑扭转的单自由度解耦模型的适用性

4.3 本章小结

第5 章基于解耦模型的地震桥上脱轨简化判别

5.1 日本规范中的脱轨桥面振动强度SIL指标

5.2 考虑桥梁侧倾的脱轨桥面振动强度

5.3 算例

5.4 小结

结论与展望

主要结论

展望

致 谢

参考文献