高速铁路列车-轨道-桥梁系统地震灾变模拟、机理与防控

本书主要介绍高速铁路列车-轨道-桥梁系统地震灾变的研究成果，具有以下特点：第一、采用开源共享、综合利用成熟计算平台的策略，开发了多平台协同计算的列车-轨道-桥梁系统仿真平台，区别于当前研究所开发的程序往往局限于各课题组内部、重复性工作较多的特点：第二，提出了在实验室内实现地震下高速铁路桥上行车性能测试的试验方法，分别开发了缩尺模型的物理模拟试验方法、可完成足尺模型试验的混合模拟试验技术；第三，在列车-轨道-桥梁系统地震研究中纳入了轨道结构，避免了以往研究和设计中将其视为惯性质量从而无法考虑轨道结构本身破坏的问题；第四，考虑到现有设计方法中很难直接考虑高速行驶的列车，本书建立了列车脱轨状态和结构速度响应的动态映射关系，提出了速度谱强度指标，可通过控制结构响应指标来保障行车安全，从而在结构设计层面考虑了高速行驶的列车安全性能。

余志武，1955年生。中南大学教授。长期从事土木工程教学与科研工作。现任高速铁路建造技术国家工程实验室主任，中国钢结构协会钢一混凝土组合结构分会副理事长， 《铁道科学与工程学报》主编。先后主持和参加国家自然科学基金重点项目、国家高科技计划项目（863）、国家科技支撑计划项目、国家自然科学基金项目和省部级重点科研项目等20余项。率领研究团队形成了现代钢一混凝土组合结构设计理论、高性能混凝土结构设计理论和工程结构动力学理论及工程应用三个稳定的研究方向。先后获得国家科技进步二等奖2项，国家技术发明二等奖1项，湖南省科技进步一等奖3项，湖南省教学成果二等奖2项，发表学术论文200多篇。

第1章 绪论
1.1 概述
1.1.1 我国高速铁路发展历程
1.1.2 我国高速铁路建设特点
1.2 地震对高速铁路运营安全的影响
1.3 高速铁路列车、轨道和桥梁
1.3.1 电力动车组
1.3.2 无砟轨道
1.3.3 高速铁路桥梁结构
1.4 列车-轨道-桥梁系统计算模型及其动力耦合
1.4.1 列车-轨道-桥梁系统计算模型
1.4.2 列车-轨道-桥梁系统动力耦合及求解方法
1.4.3 轮轨几何接触关系
1.4.4 轮轨力接触关系
1.5 高速铁路桥上行车动力性能
1.5.1 行车性能研究现状
1.5.2 动力性能评估标准
1.6 本章小结
第2章 地震下高速铁路桥上行车性能数值模拟方法
2.1 概述
2.2 地震下高速铁路桥上行车数值模拟研究现状
2.2.1 列车-轨道-桥梁系统动力学数值分析方法
2.2.2 地震下列车-轨道-桥梁耦合振动数值模拟方法
2.2.3 列车-轨道-桥梁系统精细数值模拟方法
2.3 轮轨接触法向找点法
2.3.1 法向找点法的原理
2.3.2 轮轨接触点求解
2.3.3 法向找点法计算步骤
2.3.4 空间轮轨接触关系可视化
2.3.5 算例及验证
2.4 地震下列车-轨道-桥梁系统仿真CS技术
2.4.1 CS技术原理
2.4.2 耦合计算流程
2.5 基于OpenSees平台的地震下列车-轨道-桥梁系统仿真
2.5.1 OpenSees简介
2.5.2 原理阐述
2.5.3 数值算例
2.6 基于Simpack平台的地震下列车-轨道-桥梁系统仿真
2.6.1 SOTTB程序框架
2.6.2 列车学分析模型
2.6.3 桥梁与轨道模型
2.6.4 数值算例
2.7 基于移动单元模型的地震下列车-轨道-桥梁系统仿真
2.7.1 移动单元模型
2.7.2 轮轨移动单元集成到OpenSees平台
2.7.3 数值算例
2.8 本章小结
第3章 地震下高速铁路列车-轨道-桥梁系统物理试验模拟方法
3.1 概述
3.2 高速铁路列车～轨道一桥梁系统模型试验相似设计
3.2.1 相似设计理论
3.2.2 相似设计参数
3.2.3 相似设计有效性验证
3.3 高速铁路桥上行车试验系统架构
3.3.1 模型车设计
3.3.2 桥梁模型等效设计
3.3.3 试验系统组成
3.4 高速铁路桥上行车试验系统测试
3.4.1 试验工况
3.4.2 轨道不平顺测量
3.4.3 试验数据采集
3.4.4 试验与仿真对比分析
3.5 本章小结
第4章 高速铁路桥上行车实时混合模拟试验
4.1 概述
4.2 高i速铁路桥上行车混合试验方法
4.2.1 高速铁路桥上行车实时混合试验框架
4.2.2 高速铁路桥上行车实时混合试验
4.2.3 高速铁路桥上行车离线迭代混合试验
4.3 实时混合试验算法
4.3.1 SSMEDV算法
4.3.2 SSMEDV算法特性
4.3.3 算法的混合试验应用
4.4 数值模型实时计算技术
4.4.1 移动荷载积分法
4.4.2 移动荷载积分法非线性修正
4.4.3 其他实时计算技术
4.4.4 实时混合试验中的移动荷载积分法验证
4.5 时滞补偿技术
4.5.1 自适应状态反馈控制
4.5.2 插值一预测算法
4.5.3 试验验证
4.6 混合试验数值算法评估平台
4.6.1 平台简介
4.6.2 计算流程
4.6.3 软件架构
4.6.4 有限元分析模块
4.6.5 评估指标
4.6.6 应用实例
4.7 本章小结
第5章 高速铁路列车-轨道-桥梁系统地震灾变机理
5.1 概述
5.2 列车-轨道-桥梁系统数值模型
5.2.1 列车模型
5.2.2 轨道一桥梁模型
5.2.3 自振特性分析
5.3 轨道一桥梁系统主要构件的力学性能
5.3.1 桥墩
5.3.2 主梁与摩擦板
5.3.3 支座
5.3.4 滑动层与CA砂浆层
5.3.5 剪力齿槽和剪切钢筋
5.3.6 扣件
5.3.7 底座板、轨道板、钢轨
5.4 高速铁路桥墩震致破坏弯剪强度模型
5.4.1 抗剪承载力理论公式
5.4.2 三折线抗剪强度模
5.5 高速铁路桥墩震致破坏分析
5.5.1 Pushover分析方法
5.5.2 桥墩损伤评估指标
5.5.3 桥墩易损性评估方法
5.5.4 不同高度桥墩易损性分析
5.5.5 不同场地桥墩易损性分析
5.6 远场地震下轨道-桥梁系统灾变机理
5.6.1 有限元模型
5.6.2 震致破坏机理
5.6.3 基础失效造成的附加轨道不平顺
5.6.4 轨道结构等效非线性弹簧模型
5.7 近断层地震下轨道-桥梁系统灾变机理
5.7.1 近断层地震动记录选取
5.7.2 顺桥向损伤特征及原因分析
5.7.3 横桥向损伤模式与损伤特征
5.8 地震下列车-轨道-桥梁系统灾变机理
5.8.1 列车-轨道-桥梁系统模型
5.8.2 地震下列车-轨道-桥梁系统动力响
5.8.3 桥梁破坏对震后行车安全的影响
5.9 本章小结
第6章 地震下高速铁路桥上行车性能评估指标
6.1 概述
6.2 地震下大跨度铁路桥桥上行