【摘 要】
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随着我国高速铁路修建技术的提高,高速铁路网正通往地势更复杂,气候条件更恶劣的地区。成贵铁路被誉为“世界首条山地高速铁路”,项目的修建难点在于地处复杂艰险山区,受近断层地震、深切峡谷、强紫外线、大温差等复杂环境影响。桥梁结构在温度荷载的作用下会产生变形,从而导致轨道的跟随变形,引起轨道的附加不平顺,进而影响行车安全与舒适性。本文以成贵铁路沿线的西溪河大桥为研究对象,研究了温度作用下桥梁-轨道结构的变
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随着我国高速铁路修建技术的提高,高速铁路网正通往地势更复杂,气候条件更恶劣的地区。成贵铁路被誉为“世界首条山地高速铁路”,项目的修建难点在于地处复杂艰险山区,受近断层地震、深切峡谷、强紫外线、大温差等复杂环境影响。桥梁结构在温度荷载的作用下会产生变形,从而导致轨道的跟随变形,引起轨道的附加不平顺,进而影响行车安全与舒适性。本文以成贵铁路沿线的西溪河大桥为研究对象,研究了温度作用下桥梁-轨道结构的变形规律,以及列车-轨道-桥梁振动系统的动力响应,从行车舒适性和安全性两方面,分析了桥上行车各项动力响应指标。主要研究内容及结论如下:（1）阐述了成贵铁路受气候影响的现状。在综述了高速铁路桥梁附加变形对列车安全性与舒适性影响的研究现状的基础上,指出温度作用下大跨度钢管混凝土拱桥附加变形对轨道附加不平顺影响的重要性,由此引出研究温度作用下桥上行车安全性与舒适性的意义。（2）介绍了基于多体动力学的车-轨-桥动力系统模拟方法。在此基础上,采用ANSYS建立了西溪河大桥及钢轨精细化有限元模型。根据成贵铁路气候特征,通过ANSYS APDL循环定义的方式模拟了温度荷载作用下的桥梁结构变形,分析了在不同温度荷载作用下的桥梁结构变形规律。结果表明,整体升（降）温对桥梁结构变形影响较大;钢管混凝土拱截面温度梯度相较于主梁的温度梯度作用更明显。加设腹板可以有效增大拱肋的刚度,改善拱肋的变形。（3）利用最小竖曲线半径和弦测法评估了不同温度荷载作用下桥梁结构变形产生的轨道附加不平顺。结果表明,在历史最高温度工况下,轨道的附加不平顺满足以10m弦长测量的弦测值,而不满足以最小竖曲线半径和30m弦长测量的弦测值。（4）在SIMPACK中建立了车辆模型,并与ANSYS建立的桥梁和钢轨模型进行联合仿真,搭建了列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型。运用德国低干扰轨道谱密度模拟轨道随机不平顺,将温度作用下的轨道附加不平顺和轨道随机不平顺叠加作为系统激扰源,研究了不同温度荷载作用（不同车速）下列车过桥时桥梁结构的动力响应以及列车车辆的舒适性与安全性。桥梁结构动力响应的计算结果表明,在历史极端温度条件下,桥梁结构在列车过桥时的动力响应中表现良好,最大振动加速度与动挠度均处于安全限值内。（5）根据列车-轨道-桥梁耦合振动计算结果,对列车的动力响应指标进行了全面分析。舒适性的评估,主要利用平稳性指标和车体振动加速度。结果表明,垂向sperling指标相较于横向sperling指标更为敏感,且受整体升（降）温的作用影响较大。车体振动加速度在不同温度荷载作用下评定等级皆为优秀。安全性的评估,主要依据列车的脱轨系数、轮重减载率和轮对横向力。结果表明,温度荷载作用下的桥梁上拱引起的轨道高低不平顺比下挠引起的轨道高低不平顺更易导致列车脱轨系数增大。轮重减载率在各项指标中最为敏感,该指标可作为高速铁路拱桥动力响应控制限值的主要评判指标。温度梯度的作用会加剧列车行走时的振动,从而引起列车动力响应指标增大。
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