撞擊荷載作用下車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)及高速列車(chē)運(yùn)行安全研究.pdf

1、隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和新型材料的應(yīng)用，鐵路橋梁跨度不斷增大，列車(chē)速度不斷提高，橋梁的振動(dòng)問(wèn)題日趨突出。與此同時(shí)，隨著水運(yùn)、鐵路、公路交通的日益繁忙，船舶、流冰、車(chē)輛撞擊橋梁結(jié)構(gòu)的事故也越發(fā)頻繁。本文在國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“撞擊荷載作用下車(chē)橋系統(tǒng)的動(dòng)力響應(yīng)及列車(chē)運(yùn)行安全控制研究(51178025)”和“河冰物理力學(xué)性能及其對(duì)橋梁撞擊作用機(jī)理的研究(50878020)”的資助下，針對(duì)撞擊荷載引起的橋梁結(jié)構(gòu)振動(dòng)以及由此引發(fā)的橋上高速列車(chē)的運(yùn)行安

2、全問(wèn)題，展開(kāi)了較深入的研究。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)包括：
　　(1)對(duì)國(guó)內(nèi)外橋梁遭受船舶、汽車(chē)和流冰等撞擊而引發(fā)重大事故的情況和相關(guān)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了綜述，闡述了研究撞擊荷載引起的橋梁振動(dòng)和列車(chē)運(yùn)行安全問(wèn)題的必要性，總結(jié)了一般車(chē)橋動(dòng)力相互作用問(wèn)題的研究?jī)?nèi)容及主要研究方法，說(shuō)明了論文的選題意義和立項(xiàng)依據(jù)。
　　(2)結(jié)合國(guó)內(nèi)外鐵路、公路設(shè)計(jì)規(guī)范和相關(guān)研究成果，總結(jié)了船舶、車(chē)輛和流冰撞擊荷載的設(shè)計(jì)方法以及理論分析、數(shù)值模擬和試驗(yàn)結(jié)果

3、。分析了各種撞擊荷載的持時(shí)、最大幅值、作用位置等特點(diǎn)，為確定列車(chē)-橋梁系統(tǒng)動(dòng)力分析模型中的撞擊荷載取值方法提供了依據(jù)。
　　(3)在佳木斯松花江公路大橋、通河松花江公路大橋等地進(jìn)行了河冰溫度場(chǎng)及流冰撞擊荷載現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)。通過(guò)河冰溫度場(chǎng)試驗(yàn)，得到了流冰期氣溫、水溫與河冰溫度的相關(guān)關(guān)系。通過(guò)流冰撞擊荷載試驗(yàn)，得到了流冰撞擊橋墩的撞擊力時(shí)程益線，為撞擊荷載作用下的車(chē)橋耦合振動(dòng)分析提供了實(shí)測(cè)撞擊力數(shù)據(jù)。采用快速傅立葉變換對(duì)實(shí)測(cè)流冰撞擊力時(shí)程進(jìn)

4、行了頻譜分析，獲得了撞擊力的離散頻譜并對(duì)其特性進(jìn)行了分析。
　　(4)建立了撞擊荷載作用下的車(chē)橋耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析模型，編制了相關(guān)的計(jì)算程序，其中車(chē)輛模型采用多剛體動(dòng)力學(xué)方法建立，橋梁模型采用振型疊加法建立，輪軌垂向作用力按照輪軌密貼假定定義，輪軌橫向作用力按照簡(jiǎn)化的Kalker蠕滑理論定義，撞擊力作用時(shí)程以節(jié)點(diǎn)動(dòng)荷載模擬。提出了一種適用于車(chē)橋動(dòng)力耦合系統(tǒng)時(shí)程積分的全過(guò)程迭代法，通過(guò)算例說(shuō)明了其計(jì)算效率。
　　(5)利用所建立

5、的計(jì)算模型和自編程序，以九江長(zhǎng)江大橋?yàn)閷?shí)例，按照我國(guó)普通旅客列車(chē)和美國(guó)五級(jí)譜軌道不平順條件，通過(guò)模擬計(jì)算，考慮有無(wú)船舶撞擊兩種情況，對(duì)橋梁墩頂和跨中的橫向位移和加速度響應(yīng)以及列車(chē)的脫軌系數(shù)等運(yùn)行安全指標(biāo)進(jìn)行了時(shí)程分析，并將橋梁位移響應(yīng)的計(jì)算結(jié)果與2007年現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)的一些數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，部分地驗(yàn)證了本文方法。在此基礎(chǔ)上，按照德國(guó)ICE3高速列車(chē)和秦沈客運(yùn)專(zhuān)線軌道不平順條件進(jìn)行了計(jì)算，并與普通列車(chē)的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了綜合分析比較，結(jié)果表明荷載撞

6、擊橋梁對(duì)高速列車(chē)的影響比普通列車(chē)大。
　　(6)以哈大高速鐵路(32+48+32)m預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋?yàn)榉治鰧?duì)象，考慮佳木斯流冰、通河流冰、船舶三種類(lèi)型的撞擊荷載，對(duì)橋梁墩頂、主跨跨中的位移和加速度響應(yīng)以及ICE3高速列車(chē)的脫軌系數(shù)、輪重減載率和輪軌橫向力等運(yùn)行安全指標(biāo)進(jìn)行了時(shí)程分析。在此基礎(chǔ)上，通過(guò)進(jìn)一步的參數(shù)分析，系統(tǒng)地研究了撞擊荷載類(lèi)型、撞擊強(qiáng)度、列車(chē)速度、列車(chē)類(lèi)型等對(duì)橋上列車(chē)運(yùn)行安全指標(biāo)的影響規(guī)律。
　　(7)對(duì)