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內容簡介

　　高速鐵路是我國科技創(chuàng)新領域的一張亮麗名片，確保其安全運行是高速鐵路可持續(xù)健康發(fā)展的根本要求和重要前提。本書詳細介紹了筆者團隊多年來在高速鐵路列車-軌道-橋梁系統(tǒng)地震災變方面的研究成果，涵蓋了系統(tǒng)災變數值模擬、物理試驗與混合試驗模擬、地震災變機理和減震防控技術等內容。本書特色在于強調協(xié)同開源模擬、重視災變物理復現、計入軌道結構損壞、建立行車安全映射等方面。希望本書可為同行研究和應用提供參考。

作者簡介

　　國巍，中南大學教授，博士生導師?，F任高速鐵路工程結構抗震研究所所長，教工高鐵國家工程實驗室黨支部書記。國家“優(yōu)青”項目、湖南省青年科技獎、中國交通運輸協(xié)會科技創(chuàng)新青年獎獲得者。致力于高速鐵路工程結構抗震減震、智慧實驗室與智能建造領域相關研究，主持國家自然科學基金、高速磁浮重大攻關項目等50余項。成果應用于我國高鐵橋梁、高鐵客站、國際首套地震下橋上行車試驗系統(tǒng)、國際首套600公里時速高速磁浮走行性能測試系統(tǒng)。獲國家技術發(fā)明二等獎、中國鐵道學會科學技術特等獎、湖南省科技進步一等獎、湖南省科學技術創(chuàng)新團隊獎等科技獎勵。余志武，中南大學教授，博士生導師?，F任高速鐵路建造技術國家工程研究中心主任。首批湖南省科技領軍人才，湖南省先進工作者，全國優(yōu)秀科技工作者，享受政府特殊津貼。長期致力于列車與地震作用下軌道-橋梁體系隨機振動與服役安全科學研究、工程實踐和人才培養(yǎng)。在列車與地震作用下軌道-橋梁系統(tǒng)動力性能高精度分析、軌道結構高品質建造和軌道-橋梁體系服役狀態(tài)高性能保持等方面取得了一系列創(chuàng)新成果。主持獲國家技術發(fā)明二等獎2項，參與獲國家科技進步二等獎3項，主持獲省部級特等獎和一等獎6項。蔣麗忠，中南大學教授，博士生導師?，F任中南大學副校長，高速鐵路建造技術國家工程研究中心常務副主任。教育部長江學者特聘教授，國家重點領域創(chuàng)新團隊帶頭人，享受政府特殊津貼。多年來一直從事結構工程學科教學、科研與技術開發(fā)工作。圍繞我國鐵路提升工程建設需求，針對高速鐵路橋梁減震隔震技術、地震作用下列車-橋梁耦合動力作用、鋼-混凝土組合結構抗震性能及結構與基礎的共同作用等領域的關鍵科學問題和技術難題開展了攻關研究，獲國家技術發(fā)明二等獎1項、國家科技進步二等獎2項、省部級特等、一等、二等獎9項。

圖書目錄

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值模擬研究現狀 / 36
    2.2.1 列車-軌道-橋梁系統(tǒng)動力學數值分析方法 / 36
    2.2.2 地震下列車-軌道-橋梁耦合振動數值模擬方法 / 36
    2.2.3 列車-軌道-橋梁系統(tǒng)精細數值模擬方法 / 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 / 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 試驗數據采集 / 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