详情

原文传递自然灾害作用下山区铁路桥上列车走行性能研究

论文题名：	自然灾害作用下山区铁路桥上列车走行性能研究
关键词：	山区铁路;列车-轨道-桥梁动力相互作用;自然灾害;行车安全阈值;调谐质量阻尼器;振动控制
摘要：	我国西部山区面积广阔，地形地貌复杂，气候恶劣，冰害、泥石流和地震等自然灾害频发，而由地震引起的泥石流灾害链、凌汛和冰湖溃决等多灾害共同作用也常有发生。随着山区铁路的快速发展，铁路桥梁占比与日俱增，自然灾害发生时列车行驶在桥上的概率大大增加，严重威胁着桥上列车走行性能。因此，评估自然灾害和多灾害共同作用下桥上列车走行性和安全性，建立和完善山区铁路多灾害预警系统，探究自然灾害发生时桥上列车的振动控制是保证山区铁路安全运营的一项重要研究课题。　　本文从铁路大系统动力学、桥梁防灾减灾和桥梁振动控制等角度出发，建立了流冰、泥石流和地震作用下列车-轨道-桥梁动力相互作用模型，研究了自然灾害作用下列车-轨道-桥梁系统动力学行为特征和影响规律，评估了桥上列车行车安全性，并探究了桥上安装调谐质量阻尼器（TMD）对列车-轨道-桥梁系统耦合振动的控制效果，分析了极端灾害发生时TMD对桥上列车行车安全性的影响，为山区铁路桥梁防灾减灾和完善多灾害预警系统提供理论依据。　　本文主要开展了如下研究工作：　　1.基于列车-轨道-桥梁动力相互作用理论，建立了考虑自然灾害影响的列车-轨道-桥梁系统耦合振动模型，其中车辆子系统采用35自由度经典模型，轨道-桥梁子系统采用有限元方法建模，并考虑了详细的轮轨动态相互作用和桥轨相互作用。模型中冰击荷载采用基于流固耦合理论建立的考虑冰-水-桥墩相互作用的撞击模型计算获得；泥石流冲击荷载采用基于光滑粒子流体动力学理论（SPH）建立的泥石流冲击桥墩模型计算获得。将计算得到的流冰和泥石流荷载作为外激励施加到桥墩相应位置处，地震采用加速度方式施加于桥墩底部的支承点处；最后基于TMD振动控制理论，通过计算确定TMD的最优参数和最佳安装位置，建立了外荷载作用下列车-轨道-桥梁系统振动控制模型。　　2.针对山区冰害、泥石流和地震灾害威胁桥上动车组行车安全性的问题，系统分析了有、无流冰、泥石流和地震作用6种工况下桥梁和车辆动力学在时域和频域的响应，揭示了不同行车速度下列车脱轨系数和轮重减载率随荷载强度的变化规律，分析了列车过桥的行车安全阈值。　　3.开展了多灾害共同作用下列车-轨道-桥梁系统动力学行为特性研究及其对桥上动车组走行性和安全性的影响。详细研究了地震-泥石流和地震-流冰共同作用对列车-轨道-桥梁系统动力学响应的影响，探讨了不同行车速度下地震-泥石流和地震-流冰共同作用对车体横向加速度、车体横向平稳性指标、脱轨系数和轮重减载率的影响规律。　　4.基于外荷载作用下列车-轨道-桥梁系统振动控制模型，探明了TMD对流冰、泥石流和地震作用下桥梁结构动力学响应的减振控制效果，揭示了行车速度和TMD质量比对列车行车安全指标的影响规律，研究了极端流冰、泥石流和地震荷载发生时TMD对桥上列车行车安全性的影响，最后提出了采用多重调谐质量阻尼器（MTMD）来抑制多灾害共同作用下桥梁结构振动和桥上列车振动的策略。
作者：	李鹏浩
专业：	车辆工程
导师：	翟婉明;石广田
授予学位：	博士
授予学位单位：	兰州交通大学
学位年度：	2022