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原文传递地震作用下铁路车桥耦合系统安全性分析

论文题名：	地震作用下铁路车桥耦合系统安全性分析
关键词：	铁路桥梁;车桥耦合;地震响应;安全性分析
摘要：	铁路运输在我国交通领域中占据着中流砥柱的作用，随着中国特色社会主义进入新时代期间，铁路行业将在交通强国中再当先行。由于经济社会的快速发展和人民生活水平的提高，人们对于出行的便捷性和时效性也提出了更高的要求，因此高速铁路应用而生，但由于占地、环保、工后沉降等诸多因素的制约，我国新建铁路的桥梁占比逐年增加，加上最近几年地壳板块运动活跃，而我国已建成或正在规划的客运专线线路都位于或者毗邻活跃地震带，地震作用下列车的行车安全面临重大挑战。这使得地震作用下铁路车桥耦合系统的安全性分析这一课题具有很高的研究意义，通过对它的深入研究，能够有益于提早建立适合于我国铁路系统的地震报警和紧急处置系统，为人民的生命财产保驾护航。　　本文基于最新的大型有限元桥梁分析软件Midas-civil和多刚体软件Simpack2018的铁道模块开展仿真研究，模拟了基于我国高速铁路有砟轨道的CRH2型客车在地震力的作用下运行于10跨32m简支箱梁桥的各种工况，分别计算了桥梁和列车的动力学响应并根据相应规范给出了安全性评价。文章最后还计算出了不同强度地震作用下对应的列车安全运行时速，即地震作用下行车安全阈值。其中，得出的主要结论如下: 　　(1)车桥耦合系统的自由振动特性分析。车桥耦合模型的各阶自振频率相比于单桥模型稍为偏小，说明了车桥耦合模型较单桥模型的整体刚度较弱;不论是单桥模型还是车桥耦合模型，桥梁墩高的增大会使结构的自振频率降低，究其原因是墩高增大会使系统刚度降低;随着墩高的增加，单桥模型和车桥模型主振型参与质量占比也越来越小，高阶模态的影响会越来越明显，桥梁振动形式越发复杂。　　(2)地震作用下的车桥耦合系统动力响应分析。通过选取8种地震波输入到模型对比分析后，发现32m铁路简支箱梁桥结构具有明显的地震放大效应，其中地震横向加速度被放大了2～3倍，竖向加速度被放大了1～2倍;列车动荷载过桥时产生的桥梁动力响应横向加速度小于竖向加速度，但相比于地震力产生的动力效应还很小;桥梁墩高的增大也会对地震波产生放大效应;我国高速铁路32m简支箱梁桥在设防烈度下具有很高的安全冗余度。　　(3)地震作用下列车的行车安全性分析。基于多刚体软件Simpack的铁道专业模块建立了桥面上部车辆-轨道-道床模型，把有限元软件计算出的地震作用下桥面动力响应激励输入到此模型中，同时考虑了轨道不平顺的影响，经计算分析后得出如下几项结论:横向轮轨力、脱轨系数、轮重减载率三项安全指标均会随着列车运行时速的增大而增大;列车在一定的速度下，随着地震强度的增加，三项安全指标也会增大;三项指标中横向轮轨力安全限值要求最为严格;三项指标在列车时速大于250km/h后增长迅速很快超限;最后还求出了不同车速下的地震加速度限值。　　(4)日本铁路地震报警和紧急处置系统最为先进，发展经历了从S波检测到P波预警最后发展成综合监测报警系统，中国在此领域的研究还有待加强。
作者：	李雨泽
专业：	建筑与土木工程
导师：	李斌;叶丙昀
授予学位：	硕士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2018
正文语种：	中文