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设计（论文）题目：列车诱发地铁车辆段上盖住宅的动力响应分析
2019年 4月 8日
He Xia bull; Nan Zhang bull; Weiwei Guo
Dynamic Interaction of Train-Bridge Systems in High-Speed Railways
Theory and Applications
目录
4 我国高速铁路桥梁和列车车辆的振动标准 ............................................... 1
4.1 综述 .................................. ........................................................................................1
4.2 列车运行安全标准 ........................ ..........................................................................3
4.2.1脱轨系数 ............................. ...........................................................................3
4.2.2减载系数 ....................................................................................... .................5
4.2.3水平轮轨力........................ ..............................................................................6
4.2.4 倾覆系数 ....................................................................................................... 6
4.2.5车辆安全指标采样频率的探讨 .................................................................... 7
4.3 列车运行稳定性标准 ...............................................................................................7
4.3.1 车体加速度......................... ............................................................................7
4.3.2平稳舒适性指标(乘坐质量指标)...... ..............................................................9
第四章我国高速铁路桥梁和列车车辆振动标准
在这一章，总结了我国高速桥梁和列车车辆的振动标准，包括桥梁的结构安全性和耐久性，振动引起的轨道稳定性，桥梁和列车振动引起的高速列车的运行安全性，以及列车运行中乘客的乘坐舒适性。介绍了列车-桥梁系统不需要进行耦合动力分析的条件。
高速列车对桥梁产生冲击并使其发生变形，同时桥梁的振动又影响着列车运行的安全性和稳定性。列车-桥梁系统的动力相互作用是影响桥梁结构和列车车辆性能的关键因素。计算或实测的列车-桥梁系统动力响应反映了系统的动力特性和使用状态，因此应对其进行控制，以保证列车车辆的安全、乘客的舒适性、桥梁构件的疲劳损伤以及轨道结构的稳定性。为此，建立桥梁和列车车辆振动评价标准具有重要意义。
与列车-桥梁振动有关的振动问题有以下几个方面：
- 桥梁的结构安全性和耐久性，振动引起的轨道稳定性；
- 桥梁振动引起的高速列车运行安全；
- 列车运行时乘客的乘坐舒适性；
- 强风、强震或碰撞作用下高速列车在桥梁上的运行安全性；
- 列车-桥梁振动对环境的影响；
- 高速列车对桥梁结构的噪声影响。
本章介绍了问题(1)到(3)，包括桥梁结构和列车车辆的评价标准，以及相关的计算方法，问题(4)将分别在后面的章节中讨论，而问题(5)和(6)则不包括在本书中。这可以在夏荷和张南(2005)和夏荷等人(2012)中找到。
copy; Beijing Jiaotong University Press and Springer-Verlag GmbH Germany 2018 H. Xia et al., Dynamic Interaction of Train-Bridge Systems in High-Speed Railways, Advances in High-speed Rail Technology, https://doi.org/10.1007/978-3-662-54871-4_4
4.1 综述
在过去的几十年中，一系列的规范(包括标准、规范和规定)已在中国发布，用于高铁的设计、施工和安全检查。这些规范中提出的振动标准，经过多年的高铁设计、施工和维护实践的验证和更新，能满足列车-桥梁耦合动力分析的要求并且适用于评价高铁桥梁结构和列车车辆的动力性能。本文概述了铁路的主要规范和相关准则，并对普通铁路的规范进行了介绍，以提供一个完整的概念。
- 中华人民共和国国家铁路局2014年12月1日发布的“高速铁路设计规范”(TB10621-2014 2015a，b)，本章简称为HSR规范。本规范适用于设计时速250~350 km的旅客列车高速铁路，分三级运行动车组，设计速度分别为250公里/小时、300公里/小时和350公里/小时。本规范中有关混凝土桥梁的项目适用于跨度不超过96米的桥梁。
- 中华人民共和国铁道部2005年8月15日发布的200~250 km/h新客运铁路专线设计暂行规定(TJS2005-140 2005 a，b)，本章简称为暂行PR规范。 本规范适用于设计时速200~250 km的旅客列车高速铁路。本规范中有关混凝土桥梁的项目适用于跨度不超过96米的桥梁。“规范”第6.1.1条规定：“在桥梁设计中，应视需要进行列车-桥梁耦合动力分析。”
- 中华人民共和国铁道部2005年4月25日发布的“客运和货运列车200 km/h新铁路设计暂行规定”(TJS 2005-285 2005 a，b)，本章简称暂行PFR 规范。本规范适用于设计时速为250 km/h的旅客列车和120 km/h的货运列车的铁路。本规范中关于混凝土桥梁的规定适用于跨度不超过96米的桥梁。
- 铁道部2005年6月14日颁布的“铁路桥及涵洞设计基本规范”(TB10002.1-2005a，b)，本章简称为“桥梁规范”。本规范适用于旅客列车时速不超过160 km/h的一级、二级铁路客货联运桥涵设计。 货车时速不超过120公里/小时(Z8A型转向架列车为80公里/小时)。本规范适用的跨度分别为：混凝土梁不超过96米，钢梁不超过168米，钢梁不超过96米，钢板梁不超过40米。
- 中华人民共和国铁道部2004年3月9日颁布的“现有铁路桥梁评定规程”(TYH 2004-120 2004)，本章简称为“桥梁额定值规范”。此规范适用于 现有客货联运标准轨距桥梁，旅客列车最高时速为160 km/h，货运列车最高速度为80 km/h。当旅客列车最高速度为200 km/h时，也可供参考。
- 中国铁路局2014年8月19日发布的“高速铁路桥服务性能规范”(TZY2014-232 2014)，本章简称为HSR等级规范。本规范适用于高速铁路中跨度不超过100 m的双轨PC箱梁桥的评定。
- 中华人民共和国国家标准局1986年11月25日发布的“铁路车辆动态性能评定和评定试验规范”(GB 5599-85 1985)，本章简称为车辆规范。本规范适用于标准轨距铁路客车和货车的动态性能测试和认证测试。
中华人民共和国铁道部1993年11月11日发布的“铁路列车动态性能评定规范”(TB/T 2360-93 1994)，本章简称为铁路列车规范。本规范适用于标准轨距铁路电力列车和柴油列车的动态性能试验和鉴定试验。
上述八种规范给出的桥梁结构和列车车辆动力响应准则的应用可分为三类。
- 列车-桥梁耦合动力分析计算结果标准
第一类应用于列车-桥梁耦合动力分析的计算结果，涉及HSR规范、暂行PR规范和暂行PFR规范， 分别针对设计速度为250~350 km/h的高速铁路桥梁，设计速度为200~250 km/h的客运专线和最高时速200 km/h的提速线路。在这三种规范中，都需要进行列车-桥梁耦合动力分析，并给出了相应的判据，包括脱轨系数、减载系数、水平轮轨力、车辙力、车身的水平加速度、车辆的平顺性指数(平稳性舒适指数)和桥面的竖向加速度限值等。这些标准可直接用于计算桥梁结构和列车车辆的动力响应。
- 列车-桥梁系统动态响应测量标准
第二类应用是对列车-桥梁系统的动态响应进行测量，包括适用的桥梁额定值规范、HSR规范、车辆规范和列车规范，适用于指导铁路桥梁现场试验和车辆动力性能试验。虽然四种规范中给出的标准是根据实测数据提出的，但它们也适用于实际车辆、桥梁和轨道参数计算列车-桥梁系统的动力响应，因为仿真分析本质上是一种数值实验。
在桥梁额定值规范中，给出了列车运行下桥梁动力响应的限值。由于“桥梁额定值规范”主要是基于2000年前后典型铁路桥梁的试验结果，而非HSR桥梁，因此，“桥梁额定值规范”中的标准不是必要条件，但可作为评价HSR桥梁动力响应的参考。
HSR额定值规范是根据HSR桥梁大量的实验数据编写的，该规范是评价测量和计算高速铁路列车-桥梁系统动力响应的重要标准。
在车辆规范和列车规范中，给出了列车车辆运行安全性和乘坐舒适性的限制条件。在规范发布时，没有速度超过200 km/h的铁路列车，规范所涉及的车辆与高速列车在性能上和在结构上都有很大的不同。然而，由于列车运行安全指标依赖于轮轨相互作用，乘客的乘坐舒适性反映了他们的主观感受，普遍认为，对于普通车辆和高速车辆，它们应该是相似的。因此，在暂行PR规范、暂行PFR规范和HSR规范中，借鉴了车辆规范和列车法规范中的标准，提出了安全性和乘坐舒适性标准，这也适用于高速铁路列车-桥梁系统动力响应的测量和计算。
- 桥梁刚度标准
第三类应用是桥梁刚度，涉及四种设计规范，即HSR规范、暂行PR规范、暂行PFR规范和桥梁规范。在这些规范中，梁的竖向和水平变形、梁端竖向和水平角度以及梁扭转角的准则与列车-桥梁动力响应有关。 实际上，提出了静载下的计算标准，主要是为了防止设计的桥梁刚度过低。由于桥梁的静力响应与动力响应有很大的不同，上述标准只能作为评价桥梁使用性能的参考指标， 但不能直接用于列车-桥梁耦合动力分析。
在这些规范中，还提出了控制桥梁结构固有频率的标准。自振频率是指桥梁在自由振动中的频率，桥梁本身不受外界因素的影响，如车辆荷载。严格意义上说，桥梁固有频率并不是影响列车-桥梁动力响应的主要因素，但它反映了列车-桥梁的动力响应，结构刚度影响桥梁的动力性能，在桥梁设计中起着重要的作用。
目前，列车-桥梁系统的动力响应在设计上是采用HSR规范、暂行PR规范和暂行PFR规范中提出的相关指标的最大值进行评价和控制的 。然而，在这些规范中，对列车-桥梁耦合动力分析的计算条件和数据统计方法缺乏严格的规定。例如，即使列车-桥梁系统的所有其他输入数据都是相同的，计算的响应也可能随时间步长的不同而变化。这在一定程度上降低了列车-桥梁动力响应评价的客观性。 因此，本章在参考车辆规范和列车规范的基础上，对列车-桥梁系统动力响应指标的计算方法进行了研究。
4.2 列车运行安全标准
在我国现行规范中，评价列车运行安全的标准包括脱轨系数、卸荷系数、侧轮轨力和倾覆系数t (Wang 1983; Dukkipati 2000; Xia and Zhang 2005; Zhai and Xia 2011; Xia et al. 2012)。四种列车运行安全指标可通过现场测量或列车-桥梁耦合动力分析得到，其中脱轨
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