高速列车运行安全性与桥梁防撞墙受力分析
合集下载
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
（４ ）从车 轮 脱 轨 几 何 准 则 及 列 车 脱 轨 全 过 程 计 算，求 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 极 限 抗 力 作 功 σｃ 及 其 增 量 Δσｃ。
（５ ）从现场实测的 车 辆 构 架 蛇 行 波，经 统 计 得 出 ＴＴＢ 系统横向 振 动 输 入 能 量σｐ 与 车 速 的 关 系 曲 线， 确定最大输入能量增量 Δσｐ。
（２ ）从失稳系统振 动 能 量 积 聚，找 到 列 车 是 否 具 备脱轨条件，脱 轨 条 件 为：ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 极 限 抗 力作功σｃ 等于 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 最 大 输 入 能 量σｐ； 不 脱 轨 条 件 为 ：σｃ＞σｐ。
（３ ）从机车车辆构架 横 向 振 动 加 速 度 波 （俗 称 车 辆构 架 蛇 行 波 ），找 到 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 的 输 入 能 量σｐ。
高速铁路桥梁上的防撞墙是考虑在意外情况发生 时防止列 车 脱 轨 后 冲 出 桥 面 而 设 置 的，是 安 全 措 施。 我国在高速铁路桥梁 设 计 中 提 出 要 设 置 防 撞 墙，在 防 撞墙的结构设计上，撞 击 力 取 值 未 能 确 定，目 前，作 用 在 防 撞 墙 上 的 荷 载 暂 按 与 轨 顶 面 平 齐 ，横 向１００ｋＮ／ｍ 考虑。但防撞墙能否 抗 撞 击，能 否 保 证 高 速 列 车 不 颠 覆 ，需 要 进 一 步 检 算 ，并 用 合 理 的 方 法 仿 真 验 证 。 有 关 公路桥梁 防 撞 墙 的 设 计 计 算 有 些 报 道 ，但 ［１０－１１］ 是，有 关高速铁路桥梁防撞墙撞击力分析未见报道。本文根 据列车脱轨能量随机 分 析 理 论，在 高 速 列 车 脱 轨 全 过 程计算的基础上，确 定 脱 轨 摇 摆 力，然 后，推 导 出 高 速 铁路桥梁防撞墙受力 计 算 公 式，并 计 算 高 速 列 车 脱 轨 后 对 防 撞 墙 的 冲 击 力 ，最 后 ，对 高 速 铁 路 桥 梁 防 撞 墙 的 设计提出建议。
本文根据列车脱轨能量随机分析理论实现了高速铁路无砟轨道桥梁高速列车脱轨全过程计算并得出设计车速下高速列车脱轨摇摆力为630kn在不考虑列车纵向冲击仅考虑脱轨摇摆力作用下推导出高速铁路桥梁防撞墙受力计算公式并计算防撞墙所受到的列车脱轨后的撞击力为330024kn鉴于高速铁路无砟轨道桥梁上的高速列车运行安全性完全有保障另一方面即使有意外情况发生防撞墙亦无法防止列车脱轨后冲出桥面
高速列车运行安全性主要是指列车车轮是否脱轨 掉道。脱轨分为两大 类：原 因 明 确 的 脱 轨 与 不 明 原 因
的脱轨。原因明确的脱轨可以根据脱轨的具体原因采
取 措 施 防 止 ；如 何 防 止 不 明 原 因 的 脱 轨 ，国 内 外 尚 不 明
收 稿 日 期 ：２０１０－０３－２５；修 回 日 期 ：２０１０－０６－２１ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（２００７ＣＢ７１４７０６）；国家自然 科 学
第 ３３ 卷 第 １２ 期 ２ ０ １ １ 年 １２ 月
铁 道 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１１
文 章 编 号 ：１００１－８３６０（２０１１）１２－００８３－０５
高速列车运行安全性与桥梁防撞墙受力分析
（６ ）根据 能 量 增 量 思 想 及 列 车 是 否 具 备 脱 轨 条 件，建立评 判 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 稳 定 性 与 列 车 是 否 脱轨的能量增量准则：当 Δσｃ≥Δσｐ 时，列车不 脱 轨；当 Δσｃ＜Δσｐ 时，列车脱轨。
（７ ）列车抗脱轨安全系数定义为：ｎ＝σｃ／（１．２σｐ）。 本文采用这一理论计算高速铁路无砟轨道桥梁上
基金项目（５０６７８１７６）；高等学校博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 项 目（２０１００１６２１１００２２）；教 育 部 新 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 （ＮＣＥＴ－０７－０８６６）；牵 引 动 力 国 家 重 点 实 验 室 开 放 课 题 （ＴＰＬ０９０１） 作 者 简 介 ：向 俊 （１９６８— ），男 ，湖 南 沅 陵 人 ，教 授 ，博 士 。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｘｉａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｃｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 高 速 列立了 一 套 列 车 脱 轨 能 量 随 机 分 析 理论，并取得了实质性应用成果。 这套理论的主要内 容包括：
（１ ）从 ＴＴＢ 系 统 运 动 稳 定 性 问 题，找 到 列 车 脱 轨的力学 机 理———ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 丧 失 稳 定。 问 题是如何判别 ＴＴＢ 系统横向振动的稳定性。
（３ ）列车 脱 轨 计 算 模 型 与 计 算 方 程 未 包 含 脱 轨 信息。单轮对在假定荷载下的理论分析和试验虽然做 出了车轮脱轨，但因 为 假 定 荷 载 和 单 轮 对 振 动 计 算 与 列车实际振动和车轮 实 际 受 力 有 很 大 的 距 离，不 能 反 映列车车轮脱轨信息，这 就 是 由 单 轮 对 脱 轨 试 验 和 分 析制定 的 脱 轨 系 数 限 值 没 有 控 制 脱 轨 作 用 的 根 本 原因。
的 高 速 列 车 脱 轨 全 过 程 ，以 确 定 脱 轨 摇 摆 力 ；同 时 还 分 析高速列车运行安全性。脱轨摇摆力 Ｈ 是桥梁防撞 墙 的 冲 击 力 计 算 中 一 个 至 关 重 要 的 参 数 ，且 只 能 计 算 ， 很难由试验测出。下面主要介绍 Ｈ 的计算方法 。 ［２，５－９］ 要计算 Ｈ，必须计算列 车 脱 轨 全 过 程。 将 列 车 从 正 常 行车状态至车 轮 轮 缘 顶 端 爬 上 钢 轨 顶 部 中 点 的 ＴＴＢ 系统空间 振 动 时 程 分 析，称 为 列 车 脱 轨 全 过 程 计 算。 这 个 计 算 只 能 依 据 车 轮 脱 轨 几 何 准 则 ，用 试 算 法 完 成 ， 即假定比正常行车 更 大 的 输 入 能 量σｐ，随 机 模 拟 出 构 架人工蛇行波，作为 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 的 激 振 源 （其 竖向振动激振源仍 为 轨 道 竖 向 不 平 顺），计 算 ＴＴＢ 系 统空间振动响应；检 查 车 轮 最 大 悬 浮 量 及 其 相 对 于 钢
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｔｒａｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｆｏｒｃｅ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ Ｗａｌｌ
ＸＩＡＮＧ Ｊｕｎ，ＧＯＮＧ Ｋａｉ，ＭＡＯ Ｊｉａｎ－ｈｏｎｇ，ＺＥＮＧ Ｑｉｎｇ－ｙｕａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７５，Ｃｈｉｎａ）
确。日本依据大量现 场 实 测 资 料 建 设 高 速 铁 路，在 高 速 列 车 运 行 中 若 出 现 列 车 较 大 晃 动 ，则 停 车 检 查 ，直 至 消除较大晃动为止。 我 国 除 采 取 同 样 措 施 外，还 很 重 视轨道的平顺性及轨 道 和 桥 梁 的 刚 度，保 证 了 高 速 列 车 的 安 全 、舒 适 运 行 ，但 国 内 外 关 于 脱 轨 的 研 究 并 没 有 改变 Ｎａｄａｌ脱轨 系 数 的 根 本 思 想———轮 轨 一 点 接 触、 车轮开始悬浮，脱轨 系 数 限 值 来 源 于 单 轮 对 在 假 定 荷 载下的计算和试验 。 ［１－２］ 透视国内外脱轨研究 的 本 质， 可以发现尚存在如下几个主要问题：
８４
铁 道 学 报
第 ３３ 卷
（１ ）轮轨一点接触、车 轮 开 始 悬 浮 没 有 反 映 车 轮 轮 缘 会 爬 上 钢 轨 顶 部 ，造 成 脱 轨 掉 道 。 大 量 实 测 表 明 ， 很大的车轮悬浮量都未发生车轮脱轨掉道 。 ［３－４］
（２ ）脱轨 系 数 及 轮 重 减 载 率 限 值 不 能 保 证 列 车 车轮脱轨系数及轮重 减 载 率 不 会 超 过 限 值，没 有 控 制 脱 轨 作 用 ，因 而 不 能 预 防 脱 轨 ，国 内 外 大 量 脱 轨 事 故 证 明了这一点 。 ［２］
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ｅｎｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｒａｉｎ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅ－ ｓｉｓｔｉｎｇ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ．Ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｉｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｎｌｙ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｓｗａｙｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｅｘｃｅｐｔ ｆｏｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｉｍｐａｃｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆ－ ｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ ａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｐｅｅｄ ｔｕｒｎｓ ｏｕｔ ｔｏ ｂｅ ｏｖｅｒ ２．０，ｔｈｅ ｄｅｒａｉｌ－ ｍｅｎｔ ｓｗａｙｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ６３０ｋＮ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ ｉｓ ３３ ００２．４ｋＮ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｗａｒ－ ｒａｎｔｅｄ ａｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｒａｉｌｅｄ ｔｒａｉｎ ｆｒｏｍ ｓｈｏｏｔｉｎｇ ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｆ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ａｎ ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｏ ａｂｏｌｉｓｈ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ；ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ；ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｓｗａｙｉｎｇ ｆｏｒｃｅ；ｈｉｇｈ－ ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ
中南大学列车脱轨研究组研究了一套列车脱轨能 量随机分析理 论，发 表 了 专 著 及 ［２］ 系 列 论 文［５－９］，取 得 了一批实质性应用成果。本文采用这一理论对高速铁 路无砟轨道桥梁列车运行安全性进行分析。此理论揭 示了不明原因 的 列 车 脱 轨 机 理 是 列 车－轨 道 （桥 梁 ）系 统（以 下 简 称 ＴＴＢ 系 统）横 向 振 动 丧 失 稳 定，所 提 出 的评判 ＴＴＢ 系统横向 振 动 稳 定 性 及 列 车 是 否 脱 轨 的 能量增量准则具有控制脱轨的功能。因为系统稳定的 运 动 状 态 能 够 持 久 ，所 以 这 种 运 动 状 态 具 有 控 制 作 用 ； 不稳定的运动状态必然破坏。保证列车始终安全运行 的条件就是 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 状 态 是 稳 定 的；此 状 态 稳 定 就 有 控 制 作 用 ，就 能 控 制 列 车 安 全 运 行 。
向 俊，龚 凯，毛建红，曾庆元
（中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 ４１００７５）
摘 要：根据列车脱轨能量随机分析理论，实现高速铁路无砟轨道桥梁上的高速列车脱轨全过程 分 析，计 算 高 速 列车抗脱轨安全系数。在不考虑列车纵向冲击，仅考虑列 车 脱 轨 摇 摆 力 作 用 下，推 导 出 高 速 铁 路 桥 梁 防 撞 墙 受 力计算公式。结果表明：高速列车在设计车速 下 的 抗 脱 轨 安 全 系 数 为 ２．０ 以 上，脱 轨 摇 摆 力 为 ６３０ｋＮ，防 撞 墙 所受到的撞击力为３３ ００２．４ｋＮ。鉴于高速铁路无砟轨道 桥 梁 上 的 高 速 列 车 运 行 安 全 性 完 全 有 保 障 ，且 即 使 有 意 外 情 况 发 生 ，防 撞 墙 亦 无 法 防 止 列 车 脱 轨 后 冲 出 桥 面 ，因 此 ，建 议 取 消 防 撞 墙 。 关键词：高速铁路桥梁；防撞墙；撞击力；脱轨摇摆力；高速列车 中 图 分 类 号 ：Ｕ４４２．５ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８３６０．２０１１．１２．０１４
（５ ）从现场实测的 车 辆 构 架 蛇 行 波，经 统 计 得 出 ＴＴＢ 系统横向 振 动 输 入 能 量σｐ 与 车 速 的 关 系 曲 线， 确定最大输入能量增量 Δσｐ。
（２ ）从失稳系统振 动 能 量 积 聚，找 到 列 车 是 否 具 备脱轨条件，脱 轨 条 件 为：ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 极 限 抗 力作功σｃ 等于 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 最 大 输 入 能 量σｐ； 不 脱 轨 条 件 为 ：σｃ＞σｐ。
（３ ）从机车车辆构架 横 向 振 动 加 速 度 波 （俗 称 车 辆构 架 蛇 行 波 ），找 到 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 的 输 入 能 量σｐ。
高速铁路桥梁上的防撞墙是考虑在意外情况发生 时防止列 车 脱 轨 后 冲 出 桥 面 而 设 置 的，是 安 全 措 施。 我国在高速铁路桥梁 设 计 中 提 出 要 设 置 防 撞 墙，在 防 撞墙的结构设计上，撞 击 力 取 值 未 能 确 定，目 前，作 用 在 防 撞 墙 上 的 荷 载 暂 按 与 轨 顶 面 平 齐 ，横 向１００ｋＮ／ｍ 考虑。但防撞墙能否 抗 撞 击，能 否 保 证 高 速 列 车 不 颠 覆 ，需 要 进 一 步 检 算 ，并 用 合 理 的 方 法 仿 真 验 证 。 有 关 公路桥梁 防 撞 墙 的 设 计 计 算 有 些 报 道 ，但 ［１０－１１］ 是，有 关高速铁路桥梁防撞墙撞击力分析未见报道。本文根 据列车脱轨能量随机 分 析 理 论，在 高 速 列 车 脱 轨 全 过 程计算的基础上，确 定 脱 轨 摇 摆 力，然 后，推 导 出 高 速 铁路桥梁防撞墙受力 计 算 公 式，并 计 算 高 速 列 车 脱 轨 后 对 防 撞 墙 的 冲 击 力 ，最 后 ，对 高 速 铁 路 桥 梁 防 撞 墙 的 设计提出建议。
本文根据列车脱轨能量随机分析理论实现了高速铁路无砟轨道桥梁高速列车脱轨全过程计算并得出设计车速下高速列车脱轨摇摆力为630kn在不考虑列车纵向冲击仅考虑脱轨摇摆力作用下推导出高速铁路桥梁防撞墙受力计算公式并计算防撞墙所受到的列车脱轨后的撞击力为330024kn鉴于高速铁路无砟轨道桥梁上的高速列车运行安全性完全有保障另一方面即使有意外情况发生防撞墙亦无法防止列车脱轨后冲出桥面
高速列车运行安全性主要是指列车车轮是否脱轨 掉道。脱轨分为两大 类：原 因 明 确 的 脱 轨 与 不 明 原 因
的脱轨。原因明确的脱轨可以根据脱轨的具体原因采
取 措 施 防 止 ；如 何 防 止 不 明 原 因 的 脱 轨 ，国 内 外 尚 不 明
收 稿 日 期 ：２０１０－０３－２５；修 回 日 期 ：２０１０－０６－２１ 基金项目：国家重点基础研究发展计划（２００７ＣＢ７１４７０６）；国家自然 科 学
第 ３３ 卷 第 １２ 期 ２ ０ １ １ 年 １２ 月
铁 道 学 报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＴＨＥ ＣＨＩＮＡ ＲＡＩＬＷＡＹ ＳＯＣＩＥＴＹ
Ｖｏｌ．３３ Ｎｏ．１２ Ｄｅｃｅｍｂｅｒ ２０１１
文 章 编 号 ：１００１－８３６０（２０１１）１２－００８３－０５
高速列车运行安全性与桥梁防撞墙受力分析
（６ ）根据 能 量 增 量 思 想 及 列 车 是 否 具 备 脱 轨 条 件，建立评 判 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 稳 定 性 与 列 车 是 否 脱轨的能量增量准则：当 Δσｃ≥Δσｐ 时，列车不 脱 轨；当 Δσｃ＜Δσｐ 时，列车脱轨。
（７ ）列车抗脱轨安全系数定义为：ｎ＝σｃ／（１．２σｐ）。 本文采用这一理论计算高速铁路无砟轨道桥梁上
基金项目（５０６７８１７６）；高等学校博 士 学 科 点 专 项 科 研 基 金 项 目（２０１００１６２１１００２２）；教 育 部 新 世 纪 优 秀 人 才 支 持 计 划 （ＮＣＥＴ－０７－０８６６）；牵 引 动 力 国 家 重 点 实 验 室 开 放 课 题 （ＴＰＬ０９０１） 作 者 简 介 ：向 俊 （１９６８— ），男 ，湖 南 沅 陵 人 ，教 授 ，博 士 。 Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｘｉａｎｇ＠ｍａｉｌ．ｃｓｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
１ 高 速 列立了 一 套 列 车 脱 轨 能 量 随 机 分 析 理论，并取得了实质性应用成果。 这套理论的主要内 容包括：
（１ ）从 ＴＴＢ 系 统 运 动 稳 定 性 问 题，找 到 列 车 脱 轨的力学 机 理———ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 丧 失 稳 定。 问 题是如何判别 ＴＴＢ 系统横向振动的稳定性。
（３ ）列车 脱 轨 计 算 模 型 与 计 算 方 程 未 包 含 脱 轨 信息。单轮对在假定荷载下的理论分析和试验虽然做 出了车轮脱轨，但因 为 假 定 荷 载 和 单 轮 对 振 动 计 算 与 列车实际振动和车轮 实 际 受 力 有 很 大 的 距 离，不 能 反 映列车车轮脱轨信息，这 就 是 由 单 轮 对 脱 轨 试 验 和 分 析制定 的 脱 轨 系 数 限 值 没 有 控 制 脱 轨 作 用 的 根 本 原因。
的 高 速 列 车 脱 轨 全 过 程 ，以 确 定 脱 轨 摇 摆 力 ；同 时 还 分 析高速列车运行安全性。脱轨摇摆力 Ｈ 是桥梁防撞 墙 的 冲 击 力 计 算 中 一 个 至 关 重 要 的 参 数 ，且 只 能 计 算 ， 很难由试验测出。下面主要介绍 Ｈ 的计算方法 。 ［２，５－９］ 要计算 Ｈ，必须计算列 车 脱 轨 全 过 程。 将 列 车 从 正 常 行车状态至车 轮 轮 缘 顶 端 爬 上 钢 轨 顶 部 中 点 的 ＴＴＢ 系统空间 振 动 时 程 分 析，称 为 列 车 脱 轨 全 过 程 计 算。 这 个 计 算 只 能 依 据 车 轮 脱 轨 几 何 准 则 ，用 试 算 法 完 成 ， 即假定比正常行车 更 大 的 输 入 能 量σｐ，随 机 模 拟 出 构 架人工蛇行波，作为 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 的 激 振 源 （其 竖向振动激振源仍 为 轨 道 竖 向 不 平 顺），计 算 ＴＴＢ 系 统空间振动响应；检 查 车 轮 最 大 悬 浮 量 及 其 相 对 于 钢
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｔｈｅ Ｒｕｎｎｉｎｇ Ｓａｆｅｔｙ ｏｆ Ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ Ｔｒａｉｎ ａｎｄ ｔｈｅ Ｆｏｒｃｅ ｏｆ Ｂｒｉｄｇｅ Ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ Ｗａｌｌ
ＸＩＡＮＧ Ｊｕｎ，ＧＯＮＧ Ｋａｉ，ＭＡＯ Ｊｉａｎ－ｈｏｎｇ，ＺＥＮＧ Ｑｉｎｇ－ｙｕａｎ
（Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｃｉｖｉｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ａｎｄ Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ，Ｃｅｎｔｒａｌ Ｓｏｕｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ ４１００７５，Ｃｈｉｎａ）
确。日本依据大量现 场 实 测 资 料 建 设 高 速 铁 路，在 高 速 列 车 运 行 中 若 出 现 列 车 较 大 晃 动 ，则 停 车 检 查 ，直 至 消除较大晃动为止。 我 国 除 采 取 同 样 措 施 外，还 很 重 视轨道的平顺性及轨 道 和 桥 梁 的 刚 度，保 证 了 高 速 列 车 的 安 全 、舒 适 运 行 ，但 国 内 外 关 于 脱 轨 的 研 究 并 没 有 改变 Ｎａｄａｌ脱轨 系 数 的 根 本 思 想———轮 轨 一 点 接 触、 车轮开始悬浮，脱轨 系 数 限 值 来 源 于 单 轮 对 在 假 定 荷 载下的计算和试验 。 ［１－２］ 透视国内外脱轨研究 的 本 质， 可以发现尚存在如下几个主要问题：
８４
铁 道 学 报
第 ３３ 卷
（１ ）轮轨一点接触、车 轮 开 始 悬 浮 没 有 反 映 车 轮 轮 缘 会 爬 上 钢 轨 顶 部 ，造 成 脱 轨 掉 道 。 大 量 实 测 表 明 ， 很大的车轮悬浮量都未发生车轮脱轨掉道 。 ［３－４］
（２ ）脱轨 系 数 及 轮 重 减 载 率 限 值 不 能 保 证 列 车 车轮脱轨系数及轮重 减 载 率 不 会 超 过 限 值，没 有 控 制 脱 轨 作 用 ，因 而 不 能 预 防 脱 轨 ，国 内 外 大 量 脱 轨 事 故 证 明了这一点 。 ［２］
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｒａｎｄｏｍ ｅｎｅｒｇｙ ａｎａｌｙｓｉｓ ｆｏｒ ｔｒａｉｎ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ，ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ ｐｒｏｃｅｓｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ａｎａｌｙｚｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅ－ ｓｉｓｔｉｎｇ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ ｉｓ ｃａｌｃｕｌａｔｅｄ ａｓ ｗｅｌｌ．Ｔｈｅ ｆｏｒｃｅ ｃａｌｃｕｌａｔｉｎｇ ｆｏｒｍｕｌａ ｏｆ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ ｉｓ ｄｅｒｉｖｅｄ ｔａｋｉｎｇ ｉｎｔｏ ｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎ ｔｈｅ ｓｉｔｕａｔｉｏｎ ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｔｒａｉｎ ｉｓ ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ａｃｔｉｏｎ ｏｆ ｏｎｌｙ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｓｗａｙｉｎｇ ｆｏｒｃｅｓ ｅｘｃｅｐｔ ｆｏｒ ｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌ ｉｍｐａｃｔｓ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｓａｆｅｔｙ ｃｏｅｆ－ ｆｉｃｉｅｎｔ ｆｏｒ ｒｅｓｉｓｔｉｎｇ ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ ａｔ ｔｈｅ ｄｅｓｉｇｎｅｄ ｓｐｅｅｄ ｔｕｒｎｓ ｏｕｔ ｔｏ ｂｅ ｏｖｅｒ ２．０，ｔｈｅ ｄｅｒａｉｌ－ ｍｅｎｔ ｓｗａｙｉｎｇ ｆｏｒｃｅ ｉｓ ６３０ｋＮ，ａｎｄ ｔｈｅ ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ ｉｓ ３３ ００２．４ｋＮ．Ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｆａｃｔ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｒｕｎｎｉｎｇ ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ ｏｎ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｂａｌｌａｓｔｌｅｓｓ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙ ｗａｒ－ ｒａｎｔｅｄ ａｎｄ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ ｗｏｕｌｄ ｂｅ ｉｎｃａｐａｂｌｅ ｏｆ ｐｒｅｖｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｄｅｒａｉｌｅｄ ｔｒａｉｎ ｆｒｏｍ ｓｈｏｏｔｉｎｇ ｏｕｔ ｏｆ ｔｈｅ ｂｒｉｄｇｅ ｉｆ ｔｈｅｒｅ ｗｅｒｅ ａｎ ａｃｃｉｄｅｎｔ，ｔｈｕｓ，ｔｈｅ ａｕｔｈｏｒ ｏｆ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ ｐｒｏｐｏｓｅｓ ｔｏ ａｂｏｌｉｓｈ ｔｈｅ ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈ－ｓｐｅｅｄ ｒａｉｌｗａｙ ｂｒｉｄｇｅ；ｃｏｌｌｉｓｉｏｎ－ｐｒｏｏｆ ｗａｌｌ；ｉｍｐａｃｔ ｆｏｒｃｅ；ｄｅｒａｉｌｍｅｎｔ ｓｗａｙｉｎｇ ｆｏｒｃｅ；ｈｉｇｈ－ ｓｐｅｅｄ ｔｒａｉｎｓ
中南大学列车脱轨研究组研究了一套列车脱轨能 量随机分析理 论，发 表 了 专 著 及 ［２］ 系 列 论 文［５－９］，取 得 了一批实质性应用成果。本文采用这一理论对高速铁 路无砟轨道桥梁列车运行安全性进行分析。此理论揭 示了不明原因 的 列 车 脱 轨 机 理 是 列 车－轨 道 （桥 梁 ）系 统（以 下 简 称 ＴＴＢ 系 统）横 向 振 动 丧 失 稳 定，所 提 出 的评判 ＴＴＢ 系统横向 振 动 稳 定 性 及 列 车 是 否 脱 轨 的 能量增量准则具有控制脱轨的功能。因为系统稳定的 运 动 状 态 能 够 持 久 ，所 以 这 种 运 动 状 态 具 有 控 制 作 用 ； 不稳定的运动状态必然破坏。保证列车始终安全运行 的条件就是 ＴＴＢ 系 统 横 向 振 动 状 态 是 稳 定 的；此 状 态 稳 定 就 有 控 制 作 用 ，就 能 控 制 列 车 安 全 运 行 。
向 俊，龚 凯，毛建红，曾庆元
（中南大学 土木工程学院，湖南 长沙 ４１００７５）
摘 要：根据列车脱轨能量随机分析理论，实现高速铁路无砟轨道桥梁上的高速列车脱轨全过程 分 析，计 算 高 速 列车抗脱轨安全系数。在不考虑列车纵向冲击，仅考虑列 车 脱 轨 摇 摆 力 作 用 下，推 导 出 高 速 铁 路 桥 梁 防 撞 墙 受 力计算公式。结果表明：高速列车在设计车速 下 的 抗 脱 轨 安 全 系 数 为 ２．０ 以 上，脱 轨 摇 摆 力 为 ６３０ｋＮ，防 撞 墙 所受到的撞击力为３３ ００２．４ｋＮ。鉴于高速铁路无砟轨道 桥 梁 上 的 高 速 列 车 运 行 安 全 性 完 全 有 保 障 ，且 即 使 有 意 外 情 况 发 生 ，防 撞 墙 亦 无 法 防 止 列 车 脱 轨 后 冲 出 桥 面 ，因 此 ，建 议 取 消 防 撞 墙 。 关键词：高速铁路桥梁；防撞墙；撞击力；脱轨摇摆力；高速列车 中 图 分 类 号 ：Ｕ４４２．５ 文 献 标 志 码 ：Ａ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－８３６０．２０１１．１２．０１４