汽車撞擊荷載及其作用下高速列車與橋梁系統(tǒng)動力響應與列車運行安全研究.pdf

1、隨著國內(nèi)外交通事業(yè)的迅速發(fā)展，鐵路橋梁跨度不斷增大，列車速度不斷提高，橋梁的振動問題日趨突出。與此同時，隨著交通事務日益繁忙，汽車撞擊橋梁結(jié)構(gòu)的事故也越發(fā)頻繁。本文在國家重點基礎研究計劃“973”項目“高速鐵路基礎結(jié)構(gòu)動態(tài)性能演變及服役安全基礎研究(2013CB036203)”、國家自然科學基金項目“汽車撞擊引起的橋梁振動對高速列車運行安全的影響研究(51308035)”的資助下，針對汽車撞擊荷載引起的橋梁結(jié)構(gòu)振動以及由此引發(fā)的橋上高速

2、列車的運行安全問題，展開了較深入的研究，主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點包括:
　　(1)對國內(nèi)外橋梁遭受汽車撞擊而引發(fā)重大事故的情況和相關(guān)的研究現(xiàn)狀進行了綜述，闡述了研究汽車撞擊荷載引起的橋梁振動和列車運行安全問題的必要性，總結(jié)了一般情況下車橋動力相互作用問題的研究內(nèi)容及主要研究方法，說明了論文的選題意義和立項依據(jù)。
　　(2)結(jié)合國內(nèi)外鐵路、公路設計規(guī)范和相關(guān)研究成果，參考船舶、流冰等撞擊橋梁過程中撞擊荷載的既有研究，總結(jié)了汽車撞擊

3、荷載的設計方法（總體平均法、局部平均法、簡化荷載脈沖法、等效位移法）以及理論分析、數(shù)值模擬和試驗結(jié)果。分析了汽車撞擊荷載的持時、最大幅值、作用位置等特點，為確定列車-橋梁系統(tǒng)動力分析模型中的汽車撞擊荷載取值方法提供了依據(jù)。
　　(3)建立了汽車撞擊荷載作用下的車橋耦合系統(tǒng)動力分析模型，編制了相關(guān)的計算程序。車輛模型采用多剛體動力學方法建立，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化的Ka

4、lker蠕滑理論定義，汽車撞擊力作用時程以節(jié)點動荷載模擬。提出了一種適用于快速評估汽車撞擊作用下橋上列車行車安全評估的簡化模型，經(jīng)對比發(fā)現(xiàn)簡化模型能大大提高計算效率且計算結(jié)果總體上偏于安全。
　　(4)利用車—軌—橋耦合動力試驗平臺，通過模型試驗定性研究了橫向撞擊力對橋梁及橋上車輛運行安全的影響規(guī)律。通過觀察發(fā)現(xiàn)撞擊過程中橋墩底部動應變、墩頂動位移、墩頂加速度，梁的橫向動位移和加速度，以及車輛的三向車體加速度等動力響應大幅提高，影

5、響行車安全。
　　(5)選取現(xiàn)役鐵路線路上典型橋梁進行試驗，鑒于實際撞擊的昂貴性和破壞性，采用力錘橫向敲擊力代替汽車橫向撞擊力，對橋梁及橋上車輛運行安全的影響規(guī)律進行初步探討。結(jié)果表明，橫向撞擊使橋梁的動力響應大幅度增加，并對車輛運行安全有潛在隱患。根據(jù)試驗響應和輸入量進行拉普拉斯變化求得墩梁的傳遞函數(shù)，將汽車撞擊力時程在頻域內(nèi)與傳遞函數(shù)相乘后的結(jié)果進行IFFT變化，假設撞擊過程中橋梁處于線形狀態(tài)，求出的響應在工程領域內(nèi)作為汽車撞