地震作用下高速铁路桥梁的动力响应及行车安全性研究

将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程,通过桥梁子系统与车辆子系统间的非线性轮轨接触关系联系起来,建立可考虑多点激励与行波效应的车桥系统地震反应动力学分析模型。以某高速铁路连续梁桥为例,对非一致地震激励下桥梁结构的动力响应及桥上车辆运行安全性进行研究,提出确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值,可供实际工程设计时参考。

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第2卷， 3 7第期20 0 6年 5月 文章编号：1 0 6 2 (0 6 30 3—3 0 143 20 )0—1 60

中国铁道科学 CH I NA RA I AY CI I W S ENCE

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博士学位论文摘要

地震作用下高速铁路桥梁的动力响应及行车安全性研究韩艳，夏禾 (博导)10 4 ) 0 0 4 (.北方工业大学建筑工程学院，北京 1 1 0 4; .北京交通大学土木建筑工程学院，北京 00 1 2

关键词：抗震；高速铁路；桥梁结构；行波效应；轮轨接触关系；耦合振动；行车安全中图分类号：U4 12 4 .:U4 2 5 4.5文献标识码：A

将桥梁在地震作用下的运动方程和车辆振动方程，通过桥梁子系统与车辆子系统问的非线性轮轨接触关系联系起来，建立可考虑多点激励与行波效

析模型，地震荷载通过影响矩阵作用于桥跨结构， 通过动态轮轨接触关系作用到车辆上。编制相应的车桥耦合系统地震反应分析程序，并通过与实测数据对比，验证所建立的车一桥耦合系统振动分析模型和计算程序的正确性。 4提出从轮轨约束关系看，地震作用下车辆 )

应的车

桥系统地震反应动力学分析模型。以某高

速铁路连续梁桥为例，对非一致地震激励下桥梁结

构的动力响应及桥上车辆运行安全性进行研究，提出确保地震发生时高速列车在桥上安全运行的临界速度限值，可供实际工程设计时参考。 1 )以具有独立转向架的二系悬挂四轴客车为主要研究对象，建立由车体、转向架构架和轮对等刚体组成的车辆空问振动计算分析模型。每节车辆具有 3个自由度，其中车体和前、后转向架各考 1虑横移、侧滚、摇头、沉浮、点头 5自由度，每个个轮对考虑横移、侧滚、摇头、沉浮 4自由度。个 2采用空间动态轮轨关系模型求解具有任意 )轮轨型面配合的空间轮轨接触几何关系和轮轨接触力，通过计算某一时刻左、右轮轨最小垂向间距的方法确定左、右轮轨接触点坐标，从而确定接触几

脱轨和通常情况下车辆脱轨在本质上都是相同的，都是轮轨几何约束关系的破坏，理论上仍可采用脱轨几何准则进行地震作用下车辆运行安全与否的评判。

5 )以某i白速铁路连续梁桥方案为例，

利用编制的车桥系统地震响应分析程序，对高速列车在不同特征地震荷载作用下过桥的全过程进行仿真分析，系统地探讨地震波行波效应、列车运行速度、

地震动强度等对车辆走行性能的影响。结果表明， 地震波的行波速度对大跨度连续梁桥及桥上车辆的动力响应都有重要影响，计算中如忽略行波效应的 影响而按一致激励计算，可能会使计算结果偏于不安全；列车运行速度对桥梁本身的地震响应没有明 显影响，但对车辆在地震时的走行安全有重要影响，随着车速的提高，列车运行危险性增加；地震

何参数，并采用非线性赫兹接触理论计算轮轨法向力；运用 K le线性理论求解小蠕滑率情形下的 a r k蠕滑力，再用 S e— di— lis论进行非线 hnHer kEkn理 c

性修正，使之也适用于大蠕滑率的情况。 3综合运用车辆动力学理论和桥梁抗震分析 )理论，从统一大系统角度出发，建立考虑多点激励

动强度是影响车一桥系统地震响应的重要因素，桥梁与车辆的动力响应基本上均随地震动强度的增大而成线性增大。

和行波效应影响的车一桥耦合振动系统地震反应分收稿 H期：2 0 0 4 0 5 7l

6根据目前在我国高速铁路研究中普遍采用 )

基金项目：国家自然科学基金资助项 H (0 7 O 9;北工业大学科研基金资助项目 (0 5 O 6 5485 ) 2000 )作者简介：韩艳 (9 0 ) 17一，女，江苏滨海人，讲师，博士。

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