【摘 要】
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桥梁作为铁路的重要基础设施之一,也是铁路建设中的关键工程,其在跨越复杂地形和实现线路封闭等方面展现出独特优势,因此桥梁结构在我国高速铁路建设中所占比例越来越大。使得地震发生时,高速列车行驶于桥梁上的概率不断增大,同时列车与桥梁之间相互作用的复杂程度更高,列车运行安全性和平稳性也会受到较大影响。因此,本文以某高速铁路钢管混凝土提篮系杆拱桥为研究对象,开展地震作用下的高速铁路系杆拱桥列车-轨道-桥梁耦
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桥梁作为铁路的重要基础设施之一,也是铁路建设中的关键工程,其在跨越复杂地形和实现线路封闭等方面展现出独特优势,因此桥梁结构在我国高速铁路建设中所占比例越来越大。使得地震发生时,高速列车行驶于桥梁上的概率不断增大,同时列车与桥梁之间相互作用的复杂程度更高,列车运行安全性和平稳性也会受到较大影响。因此,本文以某高速铁路钢管混凝土提篮系杆拱桥为研究对象,开展地震作用下的高速铁路系杆拱桥列车-轨道-桥梁耦合振动分析,主要研究内容如下:（1）基于SIMPACK的地震作用下车-轨-桥耦合振动分析方法运用车桥耦合振动分析软件SIMPACK建立德国ICE-3型列车模型,单节列车包括1个车体、2个转向架和4个轮对,共计7个刚体和42个自由度;采用ANSYS软件建立轨道有限元模型,根据多体系统中的集成方法将其导入至SIMPACK软件中生成柔性轨道体;采用准弹性接触模型模拟轮轨接触关系,通过设置等间距的扣件力模拟轨梁连接方式;将德国低干扰谱转化为空间域内的轨道不平顺输入函数导入至轨道中,实现轨道不平顺激励的输入;将修正后的地震波加速度、速度和位移时程作为输入函数导入至桥梁和轨道中,实现地震激励的输入。以30米简支梁为例,分别运用SIMPACK和桥梁有限元分析软件MIDAS/civil进行地震时程反应分析,验证在SIMPACK软件中进行桥梁地震反应分析的可行性。（2）列车-轨道-系杆拱桥耦合系统振动分析模型的建立结合实际工程,运用ANSYS软件建立高速铁路系杆拱桥有限元模型,并通过数据转换至SIMPACK软件中生成柔性体;对比分析桥梁结构的自振特性,验证桥梁有限元模型导入方法的准确性;结合上述列车和轨道模型以及车-轨-桥耦合连接方式,建立列车-轨道-系杆拱桥耦合系统振动分析模型。（3）有无地震作用下车-轨-桥耦合系统动力响应评价分析根据列车和桥梁动力响应评价标准,基于上述车-轨-桥耦合系统振动分析模型,选取三种典型地震波,在横桥向+竖桥向组合方向上,计算地震波一致激励模式下的车桥动力响应,并与无地震作用下的车桥动力响应进行对比分析。结果表明:无地震作用时,列车和桥梁安全性指标具有较高冗余度,地震作用对车桥动力响应结果影响显著,不同地震波对车桥动力响应影响差别较大,地震动峰值为0.1 g时,列车能够保持安全运行。（4）地震作用下车-轨-桥耦合系统动力响应影响因素分析基于上述列车-轨道-系杆拱桥耦合系统振动分析模型,选取修正后的E1 Centro波,在横桥向+竖桥向组合方向上,以一致激励模式开展地震作用下高速铁路系杆拱桥车-轨-桥耦合振动的影响因素分析,探讨车速、地震强度、桥梁矢跨比和轨道扣件失效等因素对车-轨-桥耦合振动的影响规律。结果表明:1)地震作用下车速变化对桥梁动力响应影响不明显,列车运行安全性和平稳性各项指标均随车速的增加不断增大,但未超出其相应限值;2)地震强度对列车和桥梁动力响应影响显著,地震动峰值超过0.2 g时,列车和桥梁安全性不能得到保证;3)地震作用下桥梁矢跨比变化对拱肋动力响应影响较为明显,主梁跨中位移随矢跨比的减小逐渐增大;4)地震作用下,主梁跨中轨道扣件失效对轨道跨中动力响应影响显著,当轨道扣件失效个数达到5个时,列车行驶至主梁跨中位置处发生脱轨。
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