考虑激励随机的高速铁路桥梁竖向刚度研究
竖向刚度对保证高速铁路桥上行车安全性和乘坐舒适性具有重要意义，随着客运轮轨交通系统设计车速的不断提升，车-桥耦合振动响应愈加明显，竖向刚度不足可能引发桥面坡度超限、乘坐不适甚至列车脱轨等问题。考虑到《铁路桥涵设计规范》未规定车速350km/h以上的刚度限值标准，轨道随机不平顺使车辆动力响应变异系数较大，行车性能与桥梁变形的量化关系不足等情况。本文采用数值仿真手段，基于ARMAX代理模型考虑随机激励的影响，以舒适性超越概率处的车体竖向加速度评价竖向刚度，提出铁路桥梁竖向刚度统计分析方法，并分析不同车辆、桥梁因素对竖向刚度的影响，给出时速400公里级高速铁路桥梁的竖向刚度限值建议值。主要研究内容如下： （1）针对车-桥垂向耦合系统，采用ARMAX（AutoRegressionandMovingAveragewitheXogenous）代理模型代替车-桥耦合振动方程以预测车辆竖向加速度，对代理模型进行MCS（Monte-Carlosimulation）计算，并与车-桥耦合振动系统的直接MCS计算进行对比，验证了代理模型的准确性和计算效率。结果表明，代理模型较直接MCS计算的单次、总体计算效率高出约3个数量级，误差不超1%，由此说明代理模型用于车-桥系统小失效概率分析时的可行性。 （2）以车体竖向加速度1.3m/s2为乘坐舒适性限值，采用列车日运行对数、线路检查周期、轨道预防性打磨周期确定舒适性超越概率水平为1/70000，并建立适用于桥梁刚度下降后的ARMAX代理模型，计算舒适性超越概率水平下的车体竖向加速度直至超过限值规定，再对相应刚度的桥梁模型按规范要求加载，获得桥梁竖向刚度限值。经验证，桥梁刚度下降至车体加速度超限，由代理模型MCS计算的车体加速度相较于直接MCS计算，误差不超过5%，可用于计算激励随机性影响下的桥梁竖向挠度限值和梁端转角限值。 （3）车辆轴重越小、车速越大、桥梁跨度越大，桥梁竖向刚度限值会变小（限值更严格）；设计车速较低的车型较设计车速较高的车型，限值更小（更严格），且随车速增加限值的减小速度更快；桥墩高度和梁端悬出长度对桥梁竖向刚度基本无影响。针对跨度不超过40m的预应力混凝土简支梁桥，采用400km/h高速列车模型建立行车性能与桥梁竖向刚度之间的关系，并考虑激励随机性的影响时，建议竖向挠度限值可按规范挠度限值拟合外推值L/1700进行取值（L为桥梁跨度），梁端转角限值仍然按现行规范规定进行取值。
高速铁路桥梁;竖向刚度;车-桥耦合振动;ARMAX;代理模型;舒适性指标;超越概率
西南交通大学
硕士
桥梁与隧道工程
向活跃
2022
中文
U448.13;U441.7
2022-12-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）