世界铁路发展状况及其关键力学问题

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1、世界铁路发展状况及其关键力学问题一全国结构工程学术会议特邀报告一   摘 要：论述了世界部分发达国家和我国铁路发展情况、铁路运输的优点及其在经济建设中所发挥的作用。介绍了世界发达国家和我国铁路发展历史和未来轨道交通发展方向。详细讨论了现有铁路运输存在的问题和未来高速铁路亟待解决的关键力学问题。它们主要是：(1)弓网/列车/轨道(桥梁)大系统耦合动力学；(2)车辆结构强度和可靠度问题：(3)轮轨关系(脱轨、粘着、滚动接触疲劳和波浪形磨损、轮轨噪声)：(4)高速列车弓网动力学和高速受流条件下摩擦磨损：(5)轨道结构关键力学和严酷环境下轨道工程破坏问题。

2、这些问题直接危及到行车的安全和运行品质。并提出今后解决这些问题的主要方向。    关键词：高速铁路安全轮轨滚动接触轨道弓网系统力学    1世界铁路发展历史和未来   1825年9月27日，世界上第一条铁路在英国Stockton和Darlington之间开通，利用蒸汽机车牵引列车，最初的速度为4.5hl/h，后来达到24l(m/h，运行距离为36km。铁路运输远远早于汽车运输。到了191世纪末20世纪初，铁路运输业进入第一个兴旺发达时期。全球铁路总长超过120万公里［1］。进入20世纪以后，汽车、航空、水运和管道运输迅速发展，汽车的短途客货运输量逐

3、渐超过了铁路运输量。尤其是高速公路网的形成，不仅吸引了大量的中短途旅客，而且大型集装箱的运输能快捷方便的达到目的地。各国铁路客货运输量逐年下降趋势，尤其是发达国家出现了大幅度下降，连年经营亏损。当然，这里不排除国家统管铁路机制条件下的管理不善和过于将铁路作为全社会福利和公益性利益的原因。到了20世纪50年代，在发达国家铁路运输业成了夕阳产业。   1964年10月，日本建成世界第一条现代化高速铁路——东海新干线，运营速度为210-230km/h。这条高速线在几十年的运营中，吸引了东京至大阪90％的乘客，列车运行时间误差低于1分钟，耗能为汽车的1/5

4、，无废气排放，取得了举世瞩目的成就［1］。由此，铁路运输尤其高速铁路运输引起世界各国的高度重视。近二十年来，一些经济技术发达国家相继修建了高速铁路。日本继东海新干线后，又建成山阳、上越、东北等新干线，总长度达1835公里。目前，日本高速列车客运量为世界之最，2000年客运周转量为712亿人公里。1983年法国开通第一条现代化高速铁路--巴黎东南新干线，最大运营速度为270km/h，1989年建成大西洋干线，最高运营速度300km/h。法国现已建成高速铁路1281公里，高速列车TGV运行速度为300050公里，最高试验速度为515.3公里，他们计划修

5、建连接邻国的高速铁路网．总长达4500公里以上：意大利的高速铁路已初步形成网；德国从1985年开始研究ICE高速列车，1991年投入运营，已有高速铁路700多公里，ICE高速列车最高运行速度达330km/h。1991年瑞典开通了X2000摆式列车，1992年，西班牙引进法、德两国的技术建成了471公里长的马德里至塞维利准高速铁路。1994．年英吉利海峡隧道把法国与英国连接在一起，开创了第一条高速铁路国际联接线。1997年，从巴黎开出的“欧洲之星”又将法国、比利时、荷兰和德国连接在一起，很快对该区间的航空运输形成了强大的竞争力，“欧洲之星”的客运份额

6、就占了60％［2］。2001年开通巴黎至马赛740km的TGV高速线，旅行时间只要3小时。穿越法意边界的阿尔卑斯山的长达52.7km隧道，已于2002年五月开工，预计2012年建成开通，则阿尔卑斯山就不再成为发展欧洲高速铁路网的障碍。 在西欧国家，目前初步形成了高速铁路网，到2000年，欧洲高速客运量已接近日本的水平。西欧国家计划在1500—2000km范围内夜间开行高速货运列车。到2010年，西欧铁路将超过6000km，2020年增加到10000km[2]。   目前世界20多个经济技术发达国家正在修建和筹建高速铁路线总共46条［3］'总长约80

7、00公里。 所以铁路世界运输业又进入了新的高峰发展时期。   高速铁路速度目标值一直在提高。过去运营速度已上了两个台阶［4］。20世纪60年代到80年代初，列车速度由2lOkm/h提高到250kn4h以上，80年代中到90年代末，列车速度由250km/h提高到300km/h。到现在为止，国际上高速列车和线路运行速度达到350km/h已是成熟的技术。许多国家即将修建的高速铁路大多瞄准这个目标值。   铁路运输另一个发展方向是：货物重载［5］。在高速客运取得成功不久，世界许多国家发展铁路重载运输技术。20世纪70年代，美国、加拿大和墨西哥三国进行了大规

8、模路网合理化改造和建设，消除运营壁垒，完成一体化进程，同时开始发展以提高轴重、加大列车编组数量为特征的重载技术。通过开行了