列车－线路－桥梁动力相互作用理论及工程应用

本项研究是在我国铁路跨越式发展工程背景下提出的。针对铁路列车速度不断提高、列车载重日益加大所导致的列车与桥梁动力相互作用加剧问题，联合我国该领域优势力量组成跨学科联合课题组。

在“铁路大系统动力学理论的研究与应用”（编号：59525511）等6项国家自然科学基金项目和“列车－线路－桥梁动力学仿真通用软件的研究”（编号：2001G40）等12项铁道部重点科技计划项目及重大工程项目资助下，历经12年研究，取得了以下主要研究成果：

1. 将机车车辆、轨道、桥梁结构作为一个整体大系统，建立了列车－线路－桥梁动力相互作用理论；
2. 首次将精确的轮轨动态耦合关系模型引入车桥系统动力分析，详细考虑了机车车辆非线性特性，并考虑桥上轨道结构参振影响，建立了完整的列车－线路－桥梁动力相互作用模型；
3. 提出了一种显－隐式混合数值积分模式，实现了列车－线路－桥梁复杂大系统非线性动力响应的快速数值计算；
4. 研制了列车－线路－桥梁动力学仿真分析大型综合软件TTBSIM及系列专用软件，并通过现场试验验证；
5. 完成了多项列车通过桥梁动力相互作用现场试验及评估。

本项研究共发表学术论文102篇，其中被SCI收录17篇、EI(WEB)收录44篇次；出版专著2部；取得软件著作权2项；研究成果被用于制订我国时速200～350km铁路桥梁设计通用标准图共计29种。

近十年来，本项目理论及仿真技术已被广泛应用于我国铁路提速、重载及高速客运专线铁路桥梁工程领域，几乎涵盖了我国铁路提速工程及高速客运专线铁路重大工程中所有关键性桥梁，主要包括：

• 沪宁线、京九线、京秦线、陇海线、哈长线、京山线、丰沙线、西延线、拉滨线、襄渝线、宝成线、成昆线、内昆线等主要提速铁路关键桥梁；
• 京津、京沪、武广、郑西、石太、哈大、福厦、合宁、合武、广深港、秦沈等10余条客运专线及高速铁路的近百座桥梁；
• 其中还包括南京大胜关长江大桥、武汉天兴洲长江大桥、万州长江大桥、九江长江大桥、济南黄河大桥、郑州黄河大桥、衡阳湘江大桥、芜湖长江大桥等一系列特大型桥梁。

在提速铁路桥梁加固改造工程及高速铁路、客运专线桥梁重大工程设计与安全评估方面，发挥了积极作用，被实践证明具有很强的实际应用价值及效果。

当前，我国正在大规模建设高速客运专线铁路。到2020年，我国将要建设高速客运专线铁路12000km，超过世界上所有其它高速铁路总长。其中桥梁占我国高速铁路里程比例甚高，如京沪高速铁路桥梁占线路总长的85%以上，新结构大型复杂桥梁甚多，建设重，难度大。因此，本项目理论与技术在中国铁路跨越式发展中应用前景十分广阔。

本项研究是在我国铁路跨越式发展工程背景下提出的，针对铁路列车速度不断提高、列车载重日益加大所导致的列车与桥梁动力相互作用加剧问题，联合我国该领域优势力量组成跨学科联合课题组，在“铁路大系统动力学理论的研究与应用”(编号：59525511)、“高速列车与线桥结构动态相互作用理论分析与试验研究”(编号：50178061)等6项国家自然科学基金项目和“列车－线路－桥梁动力学仿真通用软件的研究”(编号：2001G40)、“客运专线典型桥梁列车走行性研究”(编号：2005K002-C-3)、“既有线提速200km/h关键技术的试验研究(B)-桥梁安全性评估”(编号：2004G002-B)、“武汉天兴洲公铁两用长江大桥关键技术研究-桥梁动力特性分析研究”(编号：2004G028-B)等12项铁道部重点科技计划项目及重大工程项目资助下，历经12年研究，取得了以下主要研究成果：(1)将机车车辆、轨道、桥梁结构作为一个整体大系统，建立了列车－线路－桥梁动力相互作用理论；(2)首次将精确的轮轨动态耦合关系模型引入车桥系统动力分析，详细考虑了机车车辆非线性特性，并考虑桥上轨道结构参振影响，建立了完整的列车－线路－桥梁动力相互作用模型；(3)提出了一种显－隐式混合数值积分模式，实现了列车－线路－桥梁复杂大系统非线性动力响应的快速数值计算；(4)研制了列车－线路－桥梁动力学仿真分析大型综合软件TTBSIM及系列专用软件，并通过现场试验验证；(5)完成了多项列车通过桥梁动力相互作用现场试验及评估。本项研究共发表学术论文102篇，其中被SCI收录17篇、EI(WEB)收录44篇次；出版专著2部；取得软件著作权2项；研究成果被用于制订我国时速200～350km铁路桥梁设计通用标准图共计29种。近十年来，本项目理论及仿真技术已被广泛应用于我国铁路提速、重载及高速客运专线铁路桥梁工程领域，几乎涵盖了我国铁路提速工程及高速客运专线铁路重大工程中所有关键性桥梁，主要包括：沪宁线、京九线、京秦线、陇海线、哈长线、京山线、丰沙线、西延线、拉滨线、襄渝线、宝成线、成昆线、内昆线等主要提速铁路关键桥梁；京津、京沪、武广、郑西、石太、哈大、福厦、合宁、合武、广深港、秦沈等10余条客运专线及高速铁路的近百座桥梁，其中还包括南京大胜关长江大桥、武汉天兴洲长江大桥、万州长江大桥、九江长江大桥、济南黄河大桥、郑州黄河大桥、衡阳湘江大桥、芜湖长江大桥等一系列特大型桥梁。在提速铁路桥梁加固改造工程及高速铁路、客运专线桥梁重大工程设计与安全评估方面，发挥了积极作用，被实践证明具有很强的实际应用价值及效果。当前，我国正在大规模建设高速客运专线铁路，到2020年，我国将要建设高速客运专线铁路12000km，超过世界上所有其它高速铁路总长，其中桥梁占我国高速铁路里程比例甚高，如京沪高速铁路桥梁占线路总长的85%以上，新结构大型复杂桥梁甚多，建设重，难度大。因此，本项目理论与技术在中国铁路跨越式发展中应用前景十分广阔。