撞击荷载作用下车桥系统的动力响应及列车运行安全控制研究

作为车桥动力相互作用系列研究的一部分，基于车-线-桥动力相互作用理论，采用理论分析、试验室试验和现场试验相结合的方法，研究撞击荷载作用下列车-桥梁系统动力相互作用机理、分析方法及行车安全控制原理。建立撞击荷载作用下的列车-桥梁系统动力分析模型，实现撞击荷载作用下列车过桥时的全过程动力仿真，对流冰、漂流物、船舶、车辆等不同类型撞击荷载的作用下车桥系统的振动响应做出估计，对结构和车辆的运行安全进行评估，最终目的是为桥梁抗撞击设计提供车辆走行安全评定方法，建立评价桥梁受到撞击时桥上车辆运行安全性的规范性指标，研究并提出通过合理设计桥梁动力参数、设立减隔振支座等方式控制撞击荷载作用下桥梁的振动，保证列车运行安全的方法。所提出的分析方法与现有的桥梁，特别是高速铁路桥梁的工程实例相结合，为提高桥梁整体抗撞击能力、保证各种撞击荷载作用下列车高速运行安全提供依据，并为进一步的理论研究和工程应用提供基础。

本项目基于车桥动力相互作用理论，采用理论分析、数值模拟和现场试验相结合的方法，系统地研究了撞击荷载作用下列车-桥梁系统动力相互作用机理及列车运行安全评价方法这一桥梁工程领域的前沿课题，完成了计划的研究目标和研究内容。在参考国内外已有的不同撞击荷载计算模型的基础上，研究了流冰、船舶、车辆等不同类型撞击荷载的时空分布形式和特点，提出了用于车桥动力相互作用分析的撞击荷载模型，建立了撞击荷载作用下的“列车－桥梁耦合系统动力分析模型”，该模型能够考虑不同类型撞击荷载激励的时程和频率特性、轮轨间的非线性相互作用及位移衔接条件、撞击荷载作用下桥梁的振动和位移对高速运行列车的脱轨安全性问题等。编制了撞击荷载作用下车辆与桥梁动力相互作用分析软件，实现了撞击荷载作用下列车过桥时的全过程动力仿真。针对船舶、流冰等撞击荷载对铁路桥墩的撞击过程进行了数值模拟，计算了典型高速铁路桥梁在撞击荷载冲击力作用下的位移和加速度响应，分析了桥上高速运行列车的脱轨系数、轮重减载率等行车安全指标。提出了各种撞击荷载作用下桥梁上车辆运行安全性评价方法，分析了不同形式的桥梁受到撞击时桥上高速运行车辆的安全。所提出的方法与现有的桥梁，特别是高速铁路桥梁的工程实例相结合，可为提高桥梁整体抗撞击能力、保证各种撞击荷载作用下列车高速运行安全提供依据，并为进一步的理论研究和工程应用提供基础。与比利时鲁汶大学、瑞典皇家理工大学、美国里尔大学进行了有效的合作，通过完成国际合作项目、学术互访、互派学者、共享试验数据、联合培养研究生等方式，合作研究了撞击荷载作用下桥梁结构的动力响应及列车运行安全。基于研究成果，出版了学术专著《车桥耦合振动工程》；在国内外发表论文16篇，其中SCI检索5篇，EI检索10篇；培养博士研究生3名、硕士研究生1名。研究成果丰富和完善了桥梁振动与控制的基础理论，并为进一步的理论研究和工程应用奠定了基础。