曾海凌 于来波 郭雪岩
西南交通大学，四川 成都 610031
摘要：地震是高速铁路运营安全的重要隐患，开展地震作用下高速铁路桥梁上列车安全性研究具有重要的现实意义。以物理模型试验和数值仿真试验相结合，振动台试验表明ALS波的地震动峰值达到0.25g时，轮对与钢轨彻底分离，车辆发生脱轨；提出地震作用下列车运行安全性标准，即地震动加速度在40gal-60gal之间，高速列车在桥上允许最大运行速度为150km/h；地震动加速度≥60gal，高速列车应停车。
1 引言
地震是高速铁路运营安全的重要隐患，能在极短时间内造成巨大的财产损失和极其严重人员伤亡，特别当列车运行速度达到或超过200km/h时，地震对路基、桥梁、轨道等结构的冲击及高速列车与下部结构物之间的相互作用都可能危害列车运行的安全性、引起重大事故。已有的地震历史资料表明我国的地震活动频度高、强度大、震源浅、分布广，50%以上的国土面积位于VII度以上的地震高烈度区，而“四纵四横”高速铁路网也有近万公里穿越高地震烈度区域，因此开展地震作用下高速铁路桥梁上列车安全性研究具有重要的现实意义[1-3]。本文以物理模型试验和数值仿真试验相结合，提出了高速列车在桥上运行的速度阈值，对保障高速列车的安全、正常运行具有指导作用。
2 物理模型试验
物理模型试验是对于地震作用下结构稳定分析的典型方法[4-5]，也是目前来说最符合实际的研究手段，因此本文使用原型与模型为10：1的相似比来进行模型试验。试验以相似理论为基础，通过设计制作模型桥墩、支座、主梁和车轨结构来进行模拟，制作过程见图1，地震模拟手段为振动台试验模拟，振动台为两个尺寸为6m（长）×3m（宽）台面的台阵，并布设传感器监测轮对应变。
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图1 模型制作图
在进行地震波加载时，采用不同地震波类型、不同幅值地震波分析在桥梁上高速列车的安全性。根据双目成像高频数字化摄像测量系统所拍摄的影像资料和数据，得知在地震过程中，轮轨会出现暂时的分离，之后再回落至钢轨上，当ALS波的地震动峰值达到0.25g时，轮对与钢轨彻底分离，车辆发生脱轨，时程图见图2所示。
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图2 脱轨轮对应变时程
3 数值仿真试验
在以往通过建立地震动作用下高速铁路车辆-轨道-桥梁耦合分析模型的基础上，以京沪高铁上运行CRH380BL和线路不平顺为计算条件，建立桥梁结构动力分析模型，见图3所示，数值模拟结果和振动台试验结果基本一致，其中在ALS地震波作用下的结构动力响应见表1。
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参考前期研究成果和国内外资料[6-7]，以行车安全性满足要求为判定标准，即以减载率0.60、脱轨系数0.8、横向轮轨力50.8kN为评判标准，可以提出：地震动加速度在40gal-60gal之间，高速列车在桥上允许最大运行速度为150km/h；地震动加速度≥60gal，高速列车应停车。
4 结论
使用物理模型试验和数值仿真试验对地震作用下高速铁路桥梁上列车安全性进行研究，主要有以下结论：
（1）设计制作了原型与模型为10：1相似比的试验模型，振动台试验表明ALS波的地震动峰值达到0.25g时，轮对与钢轨彻底分离，车辆发生脱轨。
（2）建立数值仿真试验模型，结果和振动台试验结果基本一致，提出地震作用下列车运行安全性标准，即地震动加速度在40gal-60gal之间，高速列车在桥上允许最大运行速度为150km/h；地震动加速度≥60gal，高速列车应停车。
5 基金支持
[1] 四川省科技计划项目苗子工程，地震作用下高速铁路桥梁上列车运行安全性试验研究，2019JDRC0134.
参考文献
[1]王少林,翟婉明.地震作用下高速列车-线路-桥梁系统动力响应[J].西南交通大学学报,2011,46(01):56-62+67.
[2]李小珍,强士中.列车-桥梁耦合振动研究的现状与发展趋势[J].铁道学报,2002(05):112-120.
[3]张楠,夏禾.地震对多跨简支梁桥上列车运行安全的影响[J].世界地震工程,2001(04):93-99.
[4]宋晋东,余聪,李山有.地震预警现地PGV连续预测的最小二乘支持向量机模型[J].地球物理学报,2021,64(02):555-568.
[5]刘汉云,余志武,国巍,蒋丽忠.双向地震下高铁客站抗震性能的振动台试验研究[J].土木工程学报,2016,49(S2):69-74.
[6]李雪红,程梦梦,孙磊,徐秀丽,李枝军,张建东.基于行车安全性的高铁桥梁横桥向减隔震体系研究[J].振动与冲击,2021,40(03):117-124.
[7]王少林. 地震作用下高速列车—轨道—桥梁耦合振动及行车安全性分析[D].西南交通大学,2013.