基于车-线-桥耦合系统的跨断层高铁简支梁桥地震下行车安全及抗震优化研究

摘要

由于地震时断层地表破裂和近断层脉冲的强破坏能力,跨越活动断层桥梁更易遭受严重损伤甚至倒塌。以跨越某走滑型活动断层的八跨高铁简支梁桥为对象,基于ABAQUS有限元平台建立了高速列车-CRTS III型板式无砟轨道-桥梁的精细化耦合系统动力学模型,并对其合理性进行了讨论。模拟断层区水平向地震动,开展了三向地震下车-线-桥耦合系统的瞬态动力分析。基于列车横向轮轨力、脱轨系数、轮重减载率等轮轨动力指标,以及钢轨错位、平行转角、折转角等钢轨变形指标,探讨了多遇、设计、罕遇地震水平下高铁列车安全行车的速度限值,并从钢轨扣件刚度和轨道隔离层摩擦因数角度讨论了轨道结构的参数优化。研究结果表明,从列车轮轨响应角度,多遇和设计地震下,列车安全行车的速度限值分别约为200 km/h和80 km/h,罕遇地震下则无法保障安全行车;从钢轨变形角度,多遇、设计和罕遇地震下,分别可满足列车以250 km/h、100 km/h和50 km/h速度行车的变形要求。从列车轮轨响应角度得出的速度限值更小,这是由于考虑了线路不平顺条件下车-线-桥系统的复杂耦合效应。列车行车安全性随扣件刚度和隔离层摩擦因数的提高有所提升,当扣件横向刚度为60 kN/mm,隔离层摩擦因数分别调整为0.9和0.8时,多遇和设计地震下的行车速度限值可分别提高到250 km/h和100 km/h。