强地震下高速铁路桥上行车精细化模拟及行车安全性分析

近年来我国高速铁路线路发展迅猛,深入至中西部强地震频发地区,研究强地震下高速铁路桥上行车安全性具有重要的实际意义。该文首先基于多体动力学软件Simpack和地震仿真开源软件OpenSees编制了车辆-轨道-桥梁系统联合仿真程序(SOTTB),该程序发挥了多体动力学软件Simpack和有限元软件OpenSees各自的优势。继而,基于单跨简支梁桥的时程分析,验证了基于OpenSees与Simpack联合仿真思路的正确性和可行性。利用SOTTB程序建立地震作用下高速列车-轨道-桥梁系统精细计算模型,研究在横向地震和轨道不平顺激励下列车的运行安全性。高速列车空间振动模型采用德国ICE动车组,轮轨力计算基于非线性Hertz接触理论和简化Kaller蠕滑理论。结果表明:车辆运行安全性指标和车体的加速度随着地震强度和运行速度的提高有较为明显的增大趋势,横向轮轨力和车体横向加速度受横向地震强度和运行速度影响显著,并且随着地震强度的增大而显著提高。列车的轮重减载率和竖向加速度受地震强度的影响较小,列车的运行速度是影响轮重减载率的主要因素。