高速鐵路列車：軌道-橋梁系統(tǒng)地震災變模擬、機理與防控

目  錄
 
第1章  緒  論  / 1
1.1  概述  / 1
    1.1.1  我國高速鐵路發(fā)展歷程  / 1
    1.1.2  我國高速鐵路建設特點  / 1
1.2  地震對高速鐵路運營安全的影響  / 3
1.3  高速鐵路列車、 軌道和橋梁  / 3
    1.3.1  電力動車組  / 3
    1.3.2  無砟軌道  / 7
    1.3.3  高速鐵路橋梁結構  / 10
1.4  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)計算模型及其動力耦合  / 12
    1.4.1  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)計算模型  / 12
    1.4.2  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)動力耦合及求解方法  / 15
    1.4.3  輪軌幾何接觸關系  / 16
    1.4.4  輪軌力接觸關系  / 21
1.5  高速鐵路橋上行車動力性能  / 22
    1.5.1  行車性能研究現(xiàn)狀  / 22
    1.5.2  動力性能評估標準  / 26
1.6  本章小結  / 34
第2章  地震下高速鐵路橋上行車性能數(shù)值模擬方法  / 35
2.1  概述  / 35
2.2  地震下高速鐵路橋上行車數(shù)值模擬研究現(xiàn)狀  / 36
    2.2.1  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)動力學數(shù)值分析方法  / 36
    2.2.2  地震下列車-軌道-橋梁耦合振動數(shù)值模擬方法  / 36
    2.2.3  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)精細數(shù)值模擬方法  / 40
2.3  輪軌接觸法向找點法  / 41
    2.3.1  法向找點法的原理  / 41
    2.3.2  輪軌接觸點求解  / 42
    2.3.3  法向找點法計算步驟  / 42
    2.3.4  空間輪軌接觸關系可視化  / 43
    2.3.5  算例及驗證  / 43
2.4  地震下列車-軌道-橋梁系統(tǒng)仿真CS技術  / 45
    2.4.1  CS技術原理  / 45
    2.4.2  耦合計算流程  / 46
2.5  基于OpenSees平臺的地震下列車-軌道-橋梁系統(tǒng)仿真  / 48
    2.5.1  OpenSees簡介  / 49
    2.5.2  原理闡述  / 49
    2.5.3  數(shù)值算例  / 51
2.6  基于Simpack平臺的地震下列車-軌道-橋梁系統(tǒng)仿真  / 55
    2.6.1  SOTTB程序框架  / 55
    2.6.2  列車學分析模型  / 58
    2.6.3  橋梁與軌道模型  / 59
    2.6.4  數(shù)值算例  / 60
2.7  基于移動單元模型的地震下列車-軌道-橋梁系統(tǒng)仿真  / 63
    2.7.1  移動單元模型  / 63
    2.7.2  輪軌移動單元集成到OpenSees平臺  / 63
    2.7.3  數(shù)值算例  / 65
2.8  本章小結  / 67
第3章  地震下高速鐵路列車-軌道-橋梁系統(tǒng)物理試驗模擬方法  / 69
3.1  概述  / 69
3.2  高速鐵路列車-軌道-橋梁系統(tǒng)模型試驗相似設計  / 70
    3.2.1  相似設計理論  / 70
    3.2.2  相似設計參數(shù)  / 71
    3.2.3  相似設計有效性驗證  / 73
3.3  高速鐵路橋上行車試驗系統(tǒng)架構  / 77
    3.3.1  模型車設計  / 77
    3.3.2  橋梁模型等效設計  / 80
    3.3.3  試驗系統(tǒng)組成  / 84
3.4  高速鐵路橋上行車試驗系統(tǒng)測試  / 91
    3.4.1  試驗工況  / 91
    3.4.2  軌道不平順測量  / 91
    3.4.3  試驗數(shù)據(jù)采集  / 96
    3.4.4  試驗與仿真對比分析  / 99
3.5  本章小結  / 105
第4章  高速鐵路橋上行車實時混合模擬試驗  / 106
4.1  概述  / 106
4.2  高速鐵路橋上行車混合試驗方法  / 107
    4.2.1  高速鐵路橋上行車實時混合試驗框架  / 107
    4.2.2  高速鐵路橋上行車實時混合試驗  / 112
    4.2.3  高速鐵路橋上行車離線迭代混合試驗  / 115
4.3  實時混合試驗算法  / 125
    4.3.1  SSMEDV算法  / 125
    4.3.2  SSMEDV算法特性  / 127
    4.3.3  算法的混合試驗應用  / 131
4.4  數(shù)值模型實時計算技術  / 133
    4.4.1  移動荷載積分法  / 134
    4.4.2  移動荷載積分法非線性修正  / 136
    4.4.3  其他實時計算技術  / 137
    4.4.4  實時混合試驗中的移動荷載積分法驗證  / 137
4.5  時滯補償技術  / 143
    4.5.1  自適應狀態(tài)反饋控制  / 144
    4.5.2  插值-預測算法  / 145
    4.5.3  試驗驗證  / 146
4.6  混合試驗數(shù)值算法評估平臺  / 148
    4.6.1  平臺簡介  / 148
    4.6.2  計算流程  / 149
    4.6.3  軟件架構  / 149
    4.6.4  有限元分析模塊  / 151
    4.6.5  評估指標  / 152
    4.6.6  應用實例  / 154
4.7  本章小結  / 159
第5章  高速鐵路列車-軌道-橋梁系統(tǒng)地震災變機理  / 160
5.1  概述  / 160
5.2  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)數(shù)值模型  / 160
    5.2.1  列車模型  / 160
    5.2.2  軌道-橋梁模型  / 161
    5.2.3  自振特性分析  / 163
5.3  軌道-橋梁系統(tǒng)主要構件的力學性能  / 164
    5.3.1  橋墩  / 164
    5.3.2  主梁與摩擦板  / 165
    5.3.3  支座  / 165
    5.3.4  滑動層與CA砂漿層  / 166
    5.3.5  剪力齒槽和剪切鋼筋  / 166
    5.3.6  扣件  / 167
    5.3.7  底座板、 軌道板、 鋼軌  / 167
5.4  高速鐵路橋墩震致破壞彎剪強度模型  / 168
    5.4.1  抗剪承載力理論公式  / 168
    5.4.2  三折線抗剪強度模型  / 171
5.5  高速鐵路橋墩震致破壞分析  / 172
    5.5.1  Pushover分析方法  / 172
    5.5.2  橋墩損傷評估指標  / 174
    5.5.3  橋墩易損性評估方法  / 174
    5.5.4  不同高度橋墩易損性分析  / 175
    5.5.5  不同場地橋墩易損性分析  / 176
5.6  遠場地震下軌道-橋梁系統(tǒng)災變機理  / 177
    5.6.1  有限元模型  / 177
    5.6.2  震致破壞機理  / 178
    5.6.3  基礎失效造成的附加軌道不平順  / 182
    5.6.4  軌道結構等效非線性彈簧模型  / 182
5.7  近斷層地震下軌道-橋梁系統(tǒng)災變機理  / 184
    5.7.1  近斷層地震動記錄選取  / 184
    5.7.2  順橋向損傷特征及原因分析  / 186
    5.7.3  橫橋向損傷模式與損傷特征  / 187
5.8  地震下列車-軌道-橋梁系統(tǒng)災變機理  / 189
    5.8.1  列車-軌道-橋梁系統(tǒng)模型  / 189
    5.8.2  地震下列車-軌道-橋梁系統(tǒng)動力響應  / 191
    5.8.3  橋梁破壞對震后行車安全的影響  / 193
5.9  本章小結  / 197
第6章  地震下高速鐵路橋上行車性能評估指標  / 198
6.1  概述  / 198
6.2  地震下大跨度鐵路橋橋上行車安全評估指標  / 199
6.3  地震下高速鐵路橋上行車安全評估  / 200
    6.3.1  地震下鐵路簡支梁橋橋上行車  / 200
    6.3.2  地震下大跨度鐵路橋橋上行車  / 208
6.4  基于譜強度指標地震下橋上行車安全評估  / 224
    6.4.1  譜強度指標定義  / 224
    6.4.2  SI指標限值  / 225
    6.4.3  SI指標有效性驗證  / 237
    6.4.4  行車安全性影響因素  / 244
6.5  本章小結  / 252
第7章  地震下高速鐵路列車-軌道-橋梁系統(tǒng)減震防控技術  / 254
7.1  概述  / 254
7.2  基于RFD的軌道-橋梁減震技術  / 255
    7.2.1  RFD的基本原理  / 255
    7.2.2  RFD的力學性能  / 256
    7.2.3  設置RFD的高速鐵路簡支梁橋抗震性能擬動力混合試驗  / 259
7.3  基于組合耗能限位支座的軌道-橋梁減震技術   / 266
    7.3.1  組成及工作原理  / 266
    7.3.2  力學模型及滯回特性  / 269
    7.3.3  組合耗能限位支座的減隔震性能  / 271
7.4  基于TMD的列車-軌道-橋梁系統(tǒng)減震技術  / 273
    7.4.1  TMD模型及優(yōu)化方法  / 274
    7.4.2  TMD參數(shù)設計及布置  / 277
    7.4.3  TMD減震效果  / 279
    7.4.4  橋上行車安全性影響  / 282
7.5  基于能量平衡的高速鐵路橋梁性能設計方法  / 283
    7.5.1  能量設計方法原理  / 284
    7.5.2  性能設計方法驗證  / 292
7.6  本章小結  / 299
第8章  研究結論與展望  / 300
8.1  研究結論  / 300
8.2  研究展望  / 302
參考文獻  / 304