汽车撞击荷载及其作用下高速列车与桥梁系统动力响应与列车运行安全研究

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1、汽车撞击荷载及其作用下高速列车与桥梁系统动力响应与列车运行安全研究-->1绪论1.1研究背景1.1.1高速铁路的发展高速铁路具有速度快、能耗少、安全、舒适等特点，是当代科技发展的必然产物。1964年世界第一条高速铁路日本东海道新干线建成开通之后，以日本、德国、法国、西班牙和意大利等一些国家为代表的高速铁路技术不断提高和完善，并在20世纪末以来得到了迅速发展。我国高速铁路从20世纪90年代以来发展迅速，截至2014年底，在全国11万公里铁路运营总里程中，高速铁路已经超过1.6万公里。2014年12月26円，兰新、

2、贵广和南广三条高速铁路同F1开通，成为历年来高铁幵通最多的一天，使得时速250km以上的高铁运营总里程一下增加了3210km。根据规划，到2015年底，我国大陆高铁运营里程总计将达到19915km，再加上台湾省（台）北（高）雄高铁345km,中国高速铁路总营业里程将达到20260km。“一带一路”经济发展战略中，高速铁路是从路上贯穿欧亚大陆的代表性交通工具，这也必将进一步促进高铁的发展，图1.1给出了截止统计日期为2015年2月4日的中国高速铁路最新运营线路图。桥梁是构建高速铁路的重要基础设施的咽喉，也是铁路建

3、设的关键性技术，特别是对于时速200km以上的高速铁路（包括客运专线、城际铁路），通常采用全封闭的行车模式，要求轨道的高平顺性，线路平纵面参数限制格外严格，直接导致了线路中桥梁所占比例大幅增加例如在沪宁杭等人口稠密地区和西南、西北等地质不良基础地段，为了跨越既有交通路网，节约国家土地资源，避免高路堤出现的不均勻沉降，大量采用高架线路。图1.2和图1.3分别列出了国外和中国的高速铁路及其对应线路中的桥梁工程概况，图中数字表示各条线路桥梁总长度占线路总长度的百分比。从图1.2中不难看出国外高速铁路桥梁比例最高的是日

4、本，其上越新干线和东北新干线桥梁累计长度占全线总长的比例分别高达61.5%和58.1%，法国TVG东南延长线也占32.3%，韩国的汉城一爸山高速铁路占27.1%。从图1.3中可以看出，在我国高速铁路中桥梁比例更高：武广高速铁路桥梁长度占全线正线总长的比例为48.1%，哈大客运专线则为714%，京沪高速铁路占80.5%，京津城际铁路所占比例高达87.7%,沪杭城际铁路为90%，广珠城际铁路更是历史性达到了94.2%。1.1.2汽车撞击引起的桥梁破坏对跨越河流、海湾以及其他公路、铁路等线路来说，桥梁是一种必要和可行

5、的结构形式。反过来看，桥梁也可以被看成是一种人为的交通障碍。随着桥梁建设的快速发展，以及公路、铁路交通的R益繁忙，在现役桥梁中，发生了多起因由于车辆撞击而影响线路交通甚至是桥梁直接倒塌的事故。有诸多原因会导致桥梁倒塌，其大致可以归为两类：人为因素和自然因素。人为因素可再分为设计失误、施工失误、船舶撞击、火车撞击、汽车撞击、超载、设计（知识）水平限制、故意破坏等；自然因素又可再分为地震、风雨、洪水、漂流物撞击、环境恶化以及其他未知因素等。文献[16]对世界上66个国家502座桥梁倒塌事故进行了分类统计，如图1.4

6、所示。可以看出，船舶、火车、汽车、漂流物等撞击引起的桥梁倒塌事故合计近90起，其中汽车掩击近20起，是我们不可忽视的一种诱因。在我国大陆，汽车撞击铁路桥梁事故也时有发生。2008年10月15日,新疆一辆重型自卸车在河滩快速公路上行驶至跨线铁路桥时，不慎将翻斗升起，撞在梁上，事故使铁路桥梁前移约0.5m，有一列货运列车因此停在桥头等待线路修复，如图1.11(3)所示；2009年2月8日，新菏下行线古固寨至新乡东站间K12+031桥的限高架及桥栏杆托架被附加拖挂车辆的斯堪尼亚集装箱式卡车掩坏，下行桥南侧第一道限高架

7、横梁撞飞，横梁将桥梁部分栏杆、托架及步行板硒坏，第二道限高架也被撞坏，对过往列车运行安全造成巨大隐患，如图1.11（b）所示。1.2车桥耦合振动问题基本研究方法车激桥梁振动问题的研究通常分为古典理论研究和现代理论研究两个阶段。20世纪60~70年代属于古典理论研究阶段，在这之前由于计算机普遍率较低，简化的模型理论分析是车辆和桥梁的锅合振动研究的主要手段，此方法基本上不考虑车辆和桥梁之间的耦合关系，车辆的模拟也先后经历了移动常量力、移动简谐力、移动质量和移动黃上质量等几种简化阶段，研究过程中基本上是以给出简支梁结

8、构的竖向动力响应的解析解和半解析解为主。由于模型简化过多，计算手段受限制，古典理论的计算结果在实际应用中存在很多不完善的地方。20世纪60、70年代以后，被称之为现代理论研究阶段，这个阶段中伴随着计算机技术和有限元分析理论的发展，加之试验测试技术和试验方法的不断进步，车辆和桥梁锅合振动的研究有了飞速的发展，车辆和桥梁的力学模型更为精细、车辆和桥梁的耦合关系、激励源的模拟生成以及计算方法