橋梁附加變形對高速列車運(yùn)行安全影響的研究.pdf

1、修筑于軟土地基的高速鐵路混凝土橋梁投入運(yùn)營以后，受列車循環(huán)加載及混凝土徐變特性的影響，橋梁會(huì)發(fā)生基礎(chǔ)不均勻沉降及梁體變形，從而引起橋上軌道結(jié)構(gòu)的附加變形，影響橋上列車的運(yùn)行安全。本文在國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃“973”項(xiàng)目“基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)性能演變對高速行車安全平穩(wěn)性的影響及其控制研究(2013CB036203)”的資助下，研究了由橋梁基礎(chǔ)沉降及混凝土徐變引起的橋上軌道結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)演變規(guī)律及其對橋上高速列車運(yùn)行性能的影響。主要研究內(nèi)容及成果如下:<

2、br>　　(1)綜述了世界高速鐵路發(fā)展現(xiàn)狀，說明了研究橋上線路條件惡化對列車運(yùn)行安全性影響的必要性;簡述了國內(nèi)外車輛-橋梁系統(tǒng)動(dòng)力問題的主要研究內(nèi)容及方法;總結(jié)了軟土地基附加沉降和混凝土橋梁徐變等引起的附加變形及車體柔性對車輛-橋梁系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)影響的研究現(xiàn)狀，說明了本文的選題意義及立項(xiàng)依據(jù)。
　　(2)推導(dǎo)了簡支梁在移動(dòng)恒定荷載及移動(dòng)簡諧荷載作用下位移響應(yīng)的精確解，并通過引入三個(gè)無量綱參數(shù)，分析了荷載移動(dòng)速度、橋梁阻尼、簡諧荷載的

3、荷載頻率及荷載間距等因素對橋梁動(dòng)力響應(yīng)的影響規(guī)律，研究了簡支梁在單個(gè)及多個(gè)移動(dòng)荷載作用下的共振及消振現(xiàn)象。
　　(3)假定車體為等截面歐拉梁，建立了柔性車體車輛模型，將車體位移用剛體位移及自由邊界歐拉梁振型表示，推導(dǎo)了柔性車體的運(yùn)動(dòng)方程，進(jìn)而得到了車輛模型的運(yùn)動(dòng)方程。利用改進(jìn)的Penzien模型建立了能夠考慮樁-土相互作用的橋梁子模型，并給出了土彈簧剛度的求解方程?；谲囕v子模型和橋梁子模型建立了柔性車體車輛-橋梁耦合系統(tǒng)動(dòng)力分析

4、模型。
　　(4)基于理論推導(dǎo)和數(shù)值計(jì)算，對比研究了柔性/剛性車體車輛-橋梁系統(tǒng)在軌道不平順激勵(lì)下的動(dòng)力響應(yīng)，給出了柔性/剛性車體車輛模型在不同波長簡諧不平順激勵(lì)下輪重減載率、橫向輪軌力和車體加速度等指標(biāo)的響應(yīng)規(guī)律，分析了柔性車體在某些列車速度和不平順波長組合下的共振現(xiàn)象。
　　(5)基于黃茂松等人提出的循環(huán)荷載作用下軟土累積變形及累積孔壓計(jì)算模型，研究了利用分層總合法求解列車循環(huán)荷載作用下橋梁基礎(chǔ)附加沉降的實(shí)用計(jì)算方法。以

5、德國ICE3高速列車通過一座高速鐵路(48+80+48)m三跨預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)梁橋?yàn)槔?，研究了列車循環(huán)荷載作用下橋梁基礎(chǔ)的附加沉降規(guī)律，及沉降引起的橋上軌道附加變形的線型特點(diǎn)及頻譜特性。利用柔性/剛性車體車輛模型對比研究了橋梁基礎(chǔ)附加沉降對橋上列車走行性的影響規(guī)律。通過假定隨機(jī)不平順激勵(lì)下車輛各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)計(jì)算值符合正態(tài)分布，給出了不同列車速度及橋梁基礎(chǔ)附加沉降工況下置信度為95％的列車運(yùn)行安全性與舒適性閾值。
　　(6)以高速鐵路

6、線上跨徑32 m和24 m多跨簡支梁和CRTSⅢ型無砟軌道結(jié)構(gòu)為例，利用有限元軟件MIDAS/CIVIL研究了養(yǎng)護(hù)時(shí)間和鋪軌時(shí)間等施工條件對簡支梁徐變的影響規(guī)律及由徐變引起的附加扣件力沿梁體的分布特性，分析了梁體徐變引起的橋上軌道附加變形的線型特點(diǎn)及頻譜特性。以德國ICE3高速列車通過10×32 m和10×24 m簡支梁橋?yàn)槔?，利用柔?剛性車體車輛-橋梁系統(tǒng)動(dòng)力分析模型對比分析了梁體徐變對橋上列車走行性的影響規(guī)律。通過假定隨機(jī)不平順激