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| 內容簡介： |
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本书阐述了作者及其研究组在列车轨道-桥梁动力相互作用理论与应用研究领域所取得的系统性成果。全书共十章，前五章论述列车-轨道桥梁动力相互作用理论基础，包括理论模型、动力学方程、系统激励、数值仿真方法及其试验验证；第6章介绍列车-轨道-桥梁相互作用系统动力响应的基本特性；第7章讨论列车过桥动力性能评估方法与评价标准；后三章（第8、9、10章）通过选取有代表性的若干重点工程应用实例，介绍列车-轨道-桥梁动力相互作用理论与安全评估方法在中国铁路提速工程及高速铁路工程中的应用实践。本书不仅理论性强，而且极具工程实用性，适合于铁路工程特别是桥梁工程领域的研究、设计人员及工程技术人员阅读参考，并可作为高等院校铁道工程、桥梁工程、载运工具运用工程等专业方向的博士、硕士研究生教学用书。
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| 目錄：
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序
前言
第1章 绪论
1.1 铁路桥梁及其动力学问题
1.2 列车-轨道-桥梁动力相互作用研究历史演进
1.3 列车-轨道-桥梁动力相互作用研究内容
1.4 列车-轨道-桥梁动力相互作用研究方法
参考文献
第2章 列车-轨道-桥梁动力相互作用模型
2.1 列车-轨道-桥梁系统动力相互作用原理
2.2 列车-轨道-桥梁系统动力学建模方法
2.3 机车车辆振动分析模型
2.3.1 四轴机车车辆模型及运动方程
2.3.2 六轴机车模型及运动方程
2.4 轨道结构振动分析模型
2.4.1 轨道结构振动模型
2.4.2 轨道结构振动方程
2.5 桥梁结构有限元模型
2.5.1 基本单元模型
2.5.2 总体刚度矩阵和质量矩阵
2.5.3 总体阻尼矩阵
2.6 轮轨相互作用分析模型
2.6.1 轮轨接触几何关系
2.6.2 轮轨法向力计算模型
2.6.3 轮轨蠕滑力计算模型
2.7 桥轨相互作用分析模型
2.8 列车-轨道-桥梁大系统动力学方程
参考文献
第3章 列车-轨道-桥梁振动系统激励
3.1 桥上轨道系统激励
3.1.1 轨道几何不平顺的描述
3.1.2 典型轨道谱
3.1.3 轨道随机不平顺的数值模拟
3.2 桥梁系统激励
3.2.1 桥梁徐变上拱
3.2.2 桥梁预拱度
3.2.3 梁体温度变形
3.2.4 墩台基础工后沉降
3.3 环境激励
3.3.1 地震激励
3.3.2 风荷载激励
参考文献
第4章 列车-轨道-桥梁动力相互作用仿真技术
4.1 列车过桥动力学仿真技术
4.2 列车-轨道-桥梁系统动力学仿真算法
4.2.1 新型快速显式数值积分法
4.2.2 Newmark-β积分法
4.3 列车-轨道-桥梁系统动力学仿真综合软件TTBSIM
4.3.1 TTBSIM软件的结构
4.3.2 TTBSIM软件的功能
参考文献
第5章 列车-轨道-桥梁动力相互作用仿真软件的试验验证
5.1 用于验证TTBSIM软件的列车过桥动力学试验概况
5.1.1 秦沈客运专线高速试验列车通过桥梁动力学现场试验
5.1.2 京津城际铁路高速列车通过桥梁动力学现场试验
5.2 基于秦沈客运专线高速试验列车过桥动力学试验的验证
5.3 基于京津城际铁路高速列车过桥动力学试验的验证
参考文献
第6章 列车-轨道-桥梁相互作用系统动力响应特性
6.1 列车-轨道-桥梁相互作用系统动力响应的基本特征
6.1.1 列车过桥时车辆动力响应特征
6.1.2 列车过桥时轨道动力响应特征
6.1.3 列车过桥时桥梁动力响应特征
6.2 桥梁刚度对高速列车-轨道-桥梁系统动力特性的影响
6.2.1 分析对象
……
第7章 列车-轨道-桥梁动力相互作用性能评估与优化
第8章 列车-轨道-桥梁动力相互作用理论在铁路提速工程中的应用
第9章 列车-轨道-桥梁动力相互作用理论在高速铁路桥梁工程中的应用
第10章 列车-轨道-桥梁动力相互作用理论在特大型桥梁工程中的应用
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| 內容試閱：
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第1章 绪论
1.1 铁路桥梁及其动力学问题
在当今社会，大力发展轨道交通运输，建立四通八达的铁路交通网，对国民经
济的发展和人民生活水平的提高具有非常重要的意义。在铁路线路中，桥梁是重
要的组成部分。我国幅员辽阔，大小山脉众多，江河湖泊纵横，需要修建大量的铁
路桥梁。
中国过去由于经济和技术力量相对薄弱，铁路交通的发展比较缓慢，直到20
世纪90年代以后，才加速了其现代化发展进程。截至2010年底，全国铁路营业里
程达到91000km，跃居世界第二位。近年来，中国在提高既有铁路客、货列车速度
的同时，把建设快速和高速客运专线作为铁路发展的新目标。2004年，国务院审
议通过了?中长期铁路网规划?，规划建设“四纵四横”高速客运专线网和三个城际
快速客运系统，客车速度目标值为200kmh及以上，线路总长12000km；而2008
年调整后的铁路网规划进一步将高速客运专线规划目标由12000km调整为
16000km，并将城际客运系统由环渤海城市群、长江三角洲城市群、珠江三角洲城
市群扩展到长株潭城市群、成渝城市群、中原城市群、武汉城市圈、关中城镇群、海
峡西岸城市群等经济发达和人口稠密地区。中国第一条客运专线铁路是2003年
开通运营的秦沈（秦皇岛―沈阳）快速客运专线，设计运营速度200kmh，试验列
车在高速试验段内最高试验速度达到321.5kmh。中国第一条城际快速客运专
线是京津城际铁路（图1.1），于2008年7月北京奥运会前投入运营，使得北京到
天津的列车运行时间缩短为半小时，最高运营速度为350kmh，最高试验速度达
到394.3kmh。全长1068.6km的武广客运专线是世界上第一条运营速度达到
350kmh的长距离高速铁路，于2009年12月26日正式投入运营（图1.2），使武
汉到广州的列车运行时间缩短为3小时。2010年6月底即将开通运营的京沪高
速铁路全长1318km，设计时速350kmh，将成为世界上一次建成线路最长、技术
标准最高的高速铁路。
在提高列车速度的同时，重载运输也在越来越多的国家得到了发展。各国通
过发展大功率机车，开发大轴重、轻自重的大型货车等高新技术，使重载列车牵引
重量不断增加，铁路运输能力不断增强。早在20世纪70年代末，美国一级铁路就
开始了重载运输。2001年6月，澳大利亚BHP铁矿集团公司在纽曼山―海德兰
图1.1 京津城际高速列车运行在高架桥上（见彩图）
图1.2 高速列车在武广客运专线汀泗河特大桥上（见彩图）
重载铁路上创造了列车牵引总重99734t的世界纪录，列车长度达7353m。2004
年，巴西CVRD铁矿集团的重载列车平均牵引重量已达39000t。美国的UP铁路
公司经营的列车平均牵引重量已达14900t。目前，不仅美国、加拿大、澳大利亚等
幅员辽阔的大陆性国家大量开展重载运输，而且在欧洲传统以客运为主的客货混
运干线铁路上也开始开行重载列车。美国、加拿大、澳大利亚重载列车已普遍采用
35.4t轴重，巴西、瑞典已采用30t轴重，俄罗斯也已将重载列车轴重提高到27t，欧
洲铁路重载列车也已向轴重25t迈进。
中国第一条重载铁路是大秦（大同―秦皇岛）铁路（图1.3），1992年全线开通
运营，为了满足紧张的煤炭运输需求，逐步开行了5000t、10000t乃至20000t重载
列车。运量逐年上升，2002年超过1亿t，2007年总运量突破3亿t，2008年达到
3.4亿t。20000t重载列车由五台SS4G电力机车（总功率为43300马力①）牵引
204辆C80型80t运煤专用敞车，全长2658m。另一条重载铁路是朔黄铁路，1997
年开始运营，2006年运量超过1亿t，2008年达到1.4亿t。2009年底，朔黄铁路
正式开行了载重达10000t的组合列车，从而使2010年总运量超过了1.6亿t。目
前，我国重载列车轴重正从23t逐渐提高到25t，与此同时，正在进行将轴重进一步
提升至30t及以上的研究工作。
图1.3 大秦铁路万吨重载列车运行在高架桥上（见彩图）
桥梁是构建铁路的重要基础设施之一，也是铁路建设的关键技术。从节约土
地资源和环境保护出发，并根据技术需要，时速200km以上的高速铁路（包含客运
专线、城际铁路）线路中，桥梁所占比例要比普通铁路线路高得多。表1.1和
表1.2分别列出了国外和中国高速铁路桥梁工程概况。国外高速铁路桥梁比例最
高的是日本，其上越新干线和东北新干线桥梁累计长度占全线总长的比例分别为
61.5%和58.1%。中国京津城际高速铁路桥梁比例高达87.7%，京沪高速铁路桥
梁比例为80.5%，哈大客运专线为73.4%，而广珠城际铁路则达到了94.2%（表
1.2）。高速铁路列车运行速度快，由轨道不平顺引起的轮轨动力响应及其对行车
①1马力（hp）＝745.7W。
安全性、平稳性和乘车舒适性的影响均随行车速度的提高而显著增大，因此要求高
速铁路的线路必须具有高平顺性、高稳定性和高可靠性等特点，桥梁作为轨道的下
部基础结构，主要功能是为高速列车提供平顺、稳定的桥上线路，确保列车运营安
全和乘坐舒适。
表1.1 世界上已建成的高速铁路桥梁工程概况
国别高速铁路名称线路全长km桥梁总长km桥梁比例%
德国
科隆―法兰克福1774.82.7汉诺威―维尔茨堡3274112.5曼海姆―斯图加特9966.1法国
TGV东南线417256.0TGV大西洋线2823612.8TGV北方线3307221.8东南延伸线1213932.2日本
东海道新干线51517333.6山阳新干线55421138.1上越新干线27016661.5东北新干线49334458.1北陆新干线1173933.3西班牙马德里―塞维利亚471153.2意大利罗马―佛罗伦萨2543212.6韩国首尔―釜山412111.827.1表1.2 中国高速铁路桥梁工程概况
线路名称线路全长km桥梁总长km桥梁比例%备注
京沪高速铁路13181060.980.5石太客运专线189.9339.220.6京津城际铁路115.2100.287.7郑西客运专线484.52289.559.8武广客运专线1068.8401.2441.4甬台温铁路282.491.432.4客、货兼运温福铁路298.477.125.8客、货兼运合武客运专线359.4115.932.2福厦城际铁路274.984.830.8广深港高速铁路104.459.256.7广珠城际铁路142.3134.194.2夏深客运专线502.4204.1440.6?4?列车轨道桥梁动力相互作用理论与工程应用
续表
线路名称线路全长km桥梁总长km桥梁比例%备注
哈大客运专线903.9663.373.4海南东环铁路308.11102.9533.4长吉城际铁路96.2630.331.5昌九城际铁路91.5831.9634.9台北―高雄高速铁路34525774.5台湾省据统计，截至2009年中国铁路运营桥梁47850余座，184060余孔，总延米长
度约3707km。其中，混凝土桥45990余座，177480余孔，延米长约3516.5km；钢
梁桥（含混合桥）1860余座，6580余孔，延米长约190.5km。跨度32m及以下的混
凝土简支梁142430余孔，约占混凝土梁总数的80%；跨度40m以下的简支钢梁
5290余孔，约占钢梁总数的80%。中小跨度简支梁约占桥梁总孔数的80%。
作为交通枢纽及生命线工程的铁路桥梁是承受动荷载的结构物。在车辆运行
荷载以及风力、地震等外力作用下，桥梁结构产生的振动会增大按结构静力计算的
内力，引起杆件的局部疲劳损伤，或会形成影响桥上行车舒适与安全的振动变形和
加速度，甚至使桥梁完全破坏。例如，英国在1830年修建了世界上第一座公路铁
路两用悬索桥，但当列车过桥时，桥面出现波浪起伏的振动变形，以至必须在桥面
梁下打桩支承才能使用，不久即拆除改建；德国于1830年建成的纳索兰河链杆悬
索桥在1833年的一次大风中，12根链杆及加劲梁断裂；1847年英国的Chester铁
路桥在列车通过时因振动过大而折断；1878年，英国ThomasBouch建成了当时
世界上最长的横跨敦提的泰河海湾大桥，建成不到两年，大桥在一场暴风雪中倒塌
了，当时正好有一列承载着75人的列车经过，列车上的人员全部遇难，酿成了一场
巨大的工程灾难；1940年11月7日，历时19个月耗资640万美元建成的美国华
盛顿州的TacomaNarrows大桥开通仅4个月就因风振致毁（图1.4）；2004年10
月23日，日本新?县发生里氏6.8级的强烈地震，一列以200kmh速度行驶在上
越新干线浦佐至长冈间的“朱?325”号高速列车，在制动后仍行进了约1.6km，10
节车厢中有8节在高架桥上脱轨（图1.5）。
可见桥梁结构的振动是影响桥梁使用与安全的重要因素之一。
铁路桥梁振动的种类很多，按照引起桥梁振动的原因，大体可以分成两大类四
种形式，如图1.6所示。第一类振动是由于风荷载、地震作用以及船舶、漂流物等
撞击桥墩引起的桥梁振动，属于外力作用产生的振动。第二类振动是由于列车通
过桥梁引起的振动，属于铁路运输系统自身产生的振动，是列车正常运营过程中不
可避免的基本振动形式，也是我们研究的重点。第二类振动与第一类振动叠合在
一起同时发生时，会使问题变得更加复杂。
图1.4 美国华盛顿州TacomaNarrows大桥风振致毁（见彩图）
图1.5 日本新?地震时新干线高速列车在高架桥上脱轨（见彩图）
桥梁振动
第一类振动
风荷载引起的振动
地震引起的振动
船舶及飘浮物撞击引起的振动
第二类振动――列车运行引起的振动
图1.6 铁路桥梁振动的种类
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