地震作用下高铁连续梁桥车辆运行预警指标研究

摘要

我国高速铁路穿越多条地震带，线路中桥梁占比高，列车速度快呈现高密度运营，这使得列车过桥时较以往遭遇地震的概率大大提高。目前日本、法国及我国台湾地区分别对其高速铁路建立了地震预警系统，而我国高速铁路预警系统还处于发展阶段，需要结合我国高速铁路实际情况进一步分析来满足高速铁路运行安全性的要求。本文研究内容主要如下:
　　基于刚体动力学建立四轴车辆模型，振型叠加法建立桥梁模型，以竖向轮轨密贴、横向线性蠕滑的轮轨接触关系假定，轨道不平顺作为系统自激励，建立车-桥统一的动力方程组，采用Newmark-β法进行求解，使用FORTRAN语言编制了该算法程序。对单跨32m简支梁桥进行了无震下的车-桥响应仿真计算，将计算得到的脱轨系数、轮重减载率、车体竖向及横向振动加速度、桥梁跨中挠度及横向振幅参照相关文献关于实桥振动测试试验结果进行对比，验证了该程序的可靠性。
　　在车桥模型的基础上，将地震荷载作为系统的外部动力激励输入，建立了地震作用下车桥动力分析模型。按照场地条件在PEER网站选取五条地震波，对京沪高速铁路某60m+100m+60m三跨连续梁桥进行了地震作用下的车-桥响应计算。计算结果表明:地震作用下车桥响应各指标均有不同程度增幅，且不同地震波作用存在差异性，随着输入的地震激励增大，脱轨系数甚至超过规范限值，列车运行不安全。
　　以脱轨系数≤0.8、轮重减载率≤0.6为控制指标对60m+100m+60m三跨连续梁桥分析了车辆安全运行的地震预警阈值。不同地震波对应不同水平加速度峰值预警阈值，出于对行车安全性多方面考虑，对60m+100m+60m三跨连续梁桥的预警阈值建议取为50Gal。基于M-R判别法，得出警戒区域震中距R的范围。

目录

声明

致谢

摘要

1．1 研究背景

1．2研究现状

1．2．1车桥耦合振动研究

1．2．2地震作用下的车桥耦合振动研究

1．3本文研究工作的主要内容

2 车-桥系统动力相互作用分析

2．1．1车辆动力方程

2．1．2轮轨接触关系

2．1．3桥梁模型

2．1．4轨道不平顺

2．1．5数值求解方法

2．2车辆运行安全性及平稳性评价指标

2．2．1脱轨系数

2．2．2轮重减载率

2．2．3车体振动加速度

2．3桥梁动力性能评价指标

2．3．1桥梁自振频率

2．3．2桥梁挠度及横向振幅

2．3．3桥梁振动加速度

2．4高速列车-桥梁系统动力响应仿真计算

2．5本章小结

3 地震作用下车-桥系统动力分析

3．1地震波的特性

3．1．1 振幅

3．1．2频谱

3．1．3 持时

3．1．4地震波的传播特性

3．2地震波的选取

3．3地震作用下车-桥系统动力学模型

3．4地震作用下车-桥系统动力响应仿真计算

3．5本章小结

4 高速铁路地震预警

4．1 国内外高速铁路地震预警系统

4．1．1 我国台湾的高速铁路地震预警系统

4．1．2 日本的地震预警系统

4．1．3 法国的高速铁路地中海线地震预警系统

4．2地震预警原理

4．2．1地震动阈值预警

4．2．2地震参数预警

4．3本章小结

5．1 结论

5．2展望

参考文献

作者简历

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