汽车撞击引起的桥梁振动对高速列车运行安全的影响研究

The project is a part of the series study on dynamic interaction of train-bridge system. Based on the dynamic interaction theory of train-track-bridge system, it studies the dynamic interaction mechanism, analysis algorithm and vehicle running safety control principle for the train-bridge system subjected to collision loads, through theoretical analysis, numerical simulation and field test verification. The time-space distribution of vehicle collision load on bridge structures will be analyzed, and the dynamic analysis model and the method for the train-bridge system under collision loads will be established, to realize the whole-process simulation of a train passing through the bridge when it is subjrcted to vehicle collision action, and to evaluate the operation safety of bridge structure and vehicles. The purpose of this study is to provide an evaluation method on the train runnability for the bridge anti-vehicle collision design, and to establish regular indices for evaluating running safety of trains on the bridge subjected to collision. The proposed menthod will be combined with the actual engineering works of current bridges, especially high-speed railway bridges, to provide basis for enhancing the anti-collision capability of bridges and ensuring running safety of trains on the bridge subjected to vehicle collision loads, as well as to provide foundations for further theoretical study and determination of vehicle collision design loads for high-speed railway bridges.

作为车桥系统动力相互作用系列研究的一部分，基于车-线-桥耦合振动理论，采用理论分析、数值模拟计算和部分试验验证相结合的方法，研究汽车撞击荷载作用下列车-轨道-桥梁系统动力相互作用机理和分析方法。分析汽车撞击桥梁荷载作用的时空分布形式，建立列车-轨道-桥梁系统动力分析模型，实现汽车撞击时列车过桥全过程的动力仿真，对汽车撞击荷载的作用下车桥系统的振动响应做出估计，对桥梁结构和列车的运行安全进行评估，为桥梁抗撞击设计提供车辆走行安全评定方法，建立评价桥梁受到汽车撞击时桥上车辆运行安全性的规范性指标。所提出的分析方法将与现有的桥梁，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、保证不同类型汽车撞击荷载作用下桥上列车高速运行安全提供依据，并为进一步的理论研究和合理确定高速铁路桥梁车辆撞击设计荷载提供基础。

本项目基于汽车撞击桥墩机理和车桥耦合振动理论，采用理论分析、数值模拟和现场试验、实验室模型试验相结合的方法，系统地研究了汽车撞击桥墩作用下列车-桥梁系统耦合振动及高速列车运行安全评价这一桥梁工程领域的前沿课题。在总结国内外研究工作的基础上，分析了不同类型汽车撞击荷载的时空分布形式和特点，并通过数值计算和实验室模型试验研究了汽车撞击荷载的等效静力计算方法。提出了用于车桥系统耦合振动分析的汽车撞击荷载模型。建立了撞击荷载作用下的“列车－桥梁系统耦合振动分析模型”，并编制了相应的分析程序，实现了汽车撞击作用下列车过桥时的全过程动力仿真，计算了典型高速铁路桥梁在不同汽车撞击荷载冲击力作用下的动力响应，并分析了桥上高速列车的运行安全指标。通过桥梁现场的敲击试验，分析了汽车冲击荷载对车-桥系统动力响应的影响。在传统车桥耦合计算求解方法的基础上，提出了一种计算车辆动力响应及安全性指标的简化算法，计算结果偏于安全，可用于工程快速评估。采用有限元方法，模拟了冲击荷载引起的混凝土桥墩损伤，分析了对其使用性能的影响。与比利时鲁汶大学、英国基尔大学、美国里海大学进行了有效的合作，通过完成国际合作项目、学术互访、联合培养研究生等方式，合作研究了汽车撞击荷载作用下桥梁结构的动力响应及列车运行安全。在国内外发表论文11篇，其中SCI检索3篇，EI检索5篇；培养博士1名、硕士3名（其中，博士毕业1名、硕士毕业1名）。研究成果进一步丰富了车桥耦合动力学的研究领域，扩展了其基础理论和工程应用。