基于耦合系统动力学仿真的高速铁路地震监测预警阈值研究

来源 :中国铁道科学研究院 | 被引量 : 7次 | 上传用户:ldrjordan
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近年来,我国高速铁路迅速发展,运营里程也在不断增长。同时,我国是一个多地震国家,当地震发生时,行驶的列车由于地震激扰会造成列车脱轨事故,造成人员伤亡,因此要尽快建立地震预警系统,使铁路运输的安全得到更加有效的保障,而地震预警系统中报警阈值设定的合理与否,直接关系到预警的效果和系统的可靠性。本文首先对国内外己有的高速铁路地震预警阈值的现状进行了介绍,然后结合国内外的发展现状和我国高速铁路对地震预警系统的实际需求,对我国高速铁路预警系统的报警阈值,列车紧急控车原则等问题进行了分析,为运营列车的地震预警系统设计提供理论依据。针对高速铁路地震监测预警阈值相关问题进行了如下研究:(1)为了研究地震时列车的运行安全性,利用有限元软件建立了车辆-轨道-桥梁耦合系统动力学模型,无震条件下的计算结果与联调联试实测结果吻合良好,验证了模型的可靠性,并对整个桥梁进行了模态分析,获得了桥梁的频率和振型。介绍了作为系统内部激励源的轨道不平顺和外部激励的四条典型地震波。在总结分析列车走行安全评价指标的基础上,对地震作用下车辆-轨道-桥梁耦合系统进行了大量计算,得出了在不同行车速度、不同墩高、不同地震动强度、不同频谱特性地震激励下各项动力响应的影响规律。(2)建立了车辆-轨道-路基耦合系统动力学模型,无震条件下的计算结果与联调联试实测结果吻合良好,验证了模型的可靠性,可用于地震作用下系统的动力响应分析。对地震作用下车辆-轨道-路基系统进行了大量计算,得出了在不同行车速度、不同地震动强度、不同频谱特性激励下各项动力响应的影响规律。(3)建立了车辆-轨道-桥梁-接触网支柱(含腕臂)耦合动力学模型和车辆-轨道-桥梁-声屏障模型,分别分析了不同地震动强度和不同频谱特性地震激励下的系统各项动力响应。(4)基于列车运行安全性指标以及接触网受流性能、结构强度、建筑限界等方面考虑,选择四条典型地震波对各系统进行激励,提出了各条地震波激励下高速列车行车限值的建议值,得出了地震动强度和列车运行速度的安全限界图,在此基础上得到了列车遭遇四条典型地震波时的报警阈值。(5)根据不同的报警阈值,制定了相应的紧急处置原则,总共设3个控车等级,并且根据不同的控车等级采取不同的控车措施。
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