1、路基是鐵路線路工程中薄弱和不穩(wěn)定的環(huán)節(jié)。長期以來，列車運行條件下路基的動態(tài)沉降變形及服役安全性，一直受到工程界的廣泛關(guān)注。隨著高速鐵路的迅速發(fā)展，高速度和高密度行車引發(fā)的輪軌系統(tǒng)的動力作用、行車的安全性和舒適性以及線路結(jié)構(gòu)的運用安全性問題會越來越突出，而這在我國尚缺乏深入的理論研究。因此，列車、軌道、路基動態(tài)相互作用問題已成為高速鐵路工程中的亟需開展的力學(xué)問題之一。
　　此外，中國地震活動頻度高、強度大、震源淺、分布廣，是一個地震

2、災(zāi)害嚴重的國家。隨著大規(guī)模建設(shè)高速鐵路，并且許多高速鐵路穿越多個地震帶，地震發(fā)生時地震波會通過線路結(jié)構(gòu)的傳遞而威脅行車安全。因此，地震條件下的行車安全性問題也是亟需開展的研究課題之一。
　　本文針對列車-軌道-路基耦合振動問題和地震條件下行車安全性問題，開展了如下研究工作：
　　1.對國內(nèi)外在列車-軌道-路基動力相互作用問題和地震條件下鐵路行車安全性問題方面的研究工作進行了簡要的回顧，同時指出了值得借鑒之處和有待進一步研究的

3、問題。
　　2.以四軸機車車輛為例建立了車輛動力學(xué)模型，并參考相關(guān)文獻給出了車輛各部件的運動方程。建立了有砟軌道、單元板式軌道、框架型板式軌道、縱連板式軌道、雙塊式無砟軌道、浮置板軌道和梯子形軌道的動力學(xué)模型和運動方程。
　　3.建立了路基的三維空間動力學(xué)模型，建模時采用動態(tài)子結(jié)構(gòu)法，先根據(jù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特點將其拆分成各子結(jié)構(gòu)，然后對各子結(jié)構(gòu)的三維粘彈性體偏微分動力學(xué)方程采用Galerkin法進行離散化，接著利用位移協(xié)調(diào)條件，對

4、各子結(jié)構(gòu)的方程進行總裝，最后得到了整體結(jié)構(gòu)關(guān)于廣義模態(tài)坐標(biāo)的常微分振動方程。
　　4.介紹了輪軌相互作用和軌道-路基相互作用原理、列車-軌道-路基的數(shù)值求解方法和列車-軌道-路基動力學(xué)仿真軟件TTSDYNA，其中對輪軌相互作用原理進行了較詳細的介紹，包括輪軌接觸坐標(biāo)系的定義及坐標(biāo)變換、輪軌靜態(tài)單點和兩點接觸幾何關(guān)系、輪軌動態(tài)單點和兩點接觸幾何關(guān)系、輪軌法向力和蠕滑力的計算。
　　5.在不考慮路基參振的情況下，運用商業(yè)軟件對車

5、輛.軌道耦合動力學(xué)模型進行了驗證，基于輪軌動態(tài)單點接觸的車輛-軌道耦合動力學(xué)模型主要與SIMPACK軟件驗證?；谳嗆墑討B(tài)兩點接觸的車輛-軌道耦合動力學(xué)模型主要與ADAMS/Rail軟件驗證。
　　6.對列車-有砟軌道-路基耦合系統(tǒng)的振動特性進行分析，并結(jié)合秦沈客運專線的實測結(jié)果進行了對比驗證。對列車-無砟軌道-路基耦合系統(tǒng)的振動特性進行分析，并與京津城際鐵路實測結(jié)果進行了對比驗證。
　　7.分析了有砟軌道與路基結(jié)構(gòu)參數(shù)、無

6、砟軌道與路基結(jié)構(gòu)參數(shù)對車軌路耦合系統(tǒng)動力響應(yīng)的影響規(guī)律，并對兩種軌道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)進行了對比。
　　8.以縱連板式無砟軌道為例建立了地震下的列車-軌道-路基動力相互作用模型。接著，對直接法、擬靜力位移法和大質(zhì)量法這三種常用的地震動輸入方法進行了介紹，對列車-軌道-路基動力相互作用模型中地震動輸入方法的適用性進行了分析。然后，基于直接法求解了列車-軌道-路基系統(tǒng)的地震動響應(yīng)，并與相關(guān)文獻的計算結(jié)果進行了對比，驗證了直接法的正確性和可

7、靠性。此外，在相同計算條件下，基于大質(zhì)量法進行了地震動響應(yīng)分析并與直接法的計算結(jié)果進行了對比，最后分析了軌道不平順的影響。
　　9.開展了地震條件下的行車安全性分析。首先，對分析中選取的典型輸入地震波及規(guī)格化方法進行了介紹。接著，運用得到驗證的地震作用下的列車-軌道-路基耦合動力學(xué)模型，分析了地震動強度和行車速度對地震動響應(yīng)的影響規(guī)律，得出了列車的運行安全域。然后，開展了曲線線路條件下的地震動力響應(yīng)分析。最后對地震時列車脫軌的主要

8、形式進行了概述，并給出了地震中的兩點接觸和脫軌算例。
　　10.敘述了單自由度隔震系統(tǒng)的隔震原理，同時借鑒日本建筑結(jié)構(gòu)的橫向隔震思路，參考實際工程中所使用的在垂向有良好隔振效果的浮置板軌道結(jié)構(gòu)，提出了三種板長的隔震軌道結(jié)構(gòu)型式。接著，基于簡化車輛.軌道模型對比分析了不同軌道結(jié)構(gòu)的地震動傳遞率，還用簡化模型分析了隔震軌道隔震器橫向剛度和軌道板長度對地震動傳遞率的影響。其次，運用地震作用下完整的列車-軌道-路基耦合動力學(xué)空間模型，對不