（载运工具运用工程专业论文）高速铁路列车线路桥梁耦合振动理论及应用研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 摘要 高速铁路以其速度快、运能大、能耗低、污染轻、占地少以及安全舒适 等综合优势，在世界各国得到了迅速发展。我国在跟踪研究国外高速铁路技 术、积极规划高速铁路的同时，通过新建快速客运专线、大力加强既有线的 技术改造大幅度提高了列车的运行速度。但是，随之而来的轮轨系统的动力 作用、行车的安全性和舒适性、线桥结构的运用安全性问题也越发突出，而 这在我国尚缺乏足够的理论研究和工程实践。因此，快速及高速运行条件下 的列车、线路、桥梁动念相互作用问题已成为我国铁路实现跨越式发展亟需 丌展的基础性研究课题之一。 本文在简要回顾国内外高速铁路技术发展以及车辆一轨道动力学、车桥振 动研究的历史与现状的基础上，针对高速铁路列车、线路、桥梁动力相互作 用问题，提出了将机车车辆、轨道及桥梁作为个耦合大系统，以车辆动力 学、轨道动力学、桥梁动力有限元方法为基础，以轮轨关系、线桥关系为联 系纽带，应用数值仿真的方法来研究高速行车条件下轨道及桥梁结构的动力 特性、行车的安全性和舒适性的研究思路。 列车一线路一桥梁耦合动力学模型的正确性和完善程度对仿真结果的可靠 性和准确性起着决定性的作用。为此，本文首先建立了比较完善的高速铁路 四轴机车车辆以及六轴机车的动力学分析模型。模型中将机车车辆视为多刚 体系统，充分考虑了车体、构架、轮对的横向、垂向、侧滚、摇头、点头自 出度以及车辆悬挂系统的各种非线性因素。本文在国内首次针对高速铁路桥 上有碴轨道、长枕埋入式无碴轨道、板式轨道、弹性支承块式轨道结构以及 各种轨道的路桥过渡段建立了系统全面的动力学模型。模型中将钏轨模拟成 离散弹性点支承基础上的无限长e u l e r 梁，轨道板视为弹性地基上的等厚度 矩形薄板，轨枕、支承块以及离散后的道床视为刚性质量块。同时，本文还 根据离散系统动力问题的h a m i l t o n 变分原理，建立了桥梁结构的动力有限元 方程，给出了桥梁结构动力分析中常用的空间杆单元、空问梁单元以及矩形 受弯板单元的力学特性矩阵，并简要讨论了桥梁结构的阻尼矩阵以及特征值 问题。 轮轨关系和桥轨关系是机车车辆、轨道和桥梁之间相互作用的联系纽 带。本文详细论述了应用轮轨空间接触几何关系、轮轨法向h e r t z 非线性弹 性接触理论、轮轨切向蠕滑理论、桥轨相互作用关系进行车线桥耦合动力学 分析的原理，并简要介绍了列车一线路桥梁动力学仿真通用软件t t b s i m 。 高速铁路列车、线路、桥梁的动态安全性和行车舒适性的评价标准将直 接影响线桥结构设计的质量和经济性。本文对国内外有关机车车辆、轨道及 第1 i 页西南交通大学博士研究生学位论文 桥梁的动力性能评价指标，如轮轨垂向力、轮轨横向力、轮轴横向力、脱轨 系数、轮重减载率、倾覆系数、车体振动加速度、未被平衡离心加速度、平 稳性指标、桥梁挠度、桥梁自振频率、桥梁横向振幅、桥梁加速度等进行了 详细的归纳整理。 本文应用列车线路一桥梁动力学仿真通用软件t t b s i m 对秦沈客运专线 常用跨度桥梁的车线桥动力性能进行了评估，同时通过仿真结果与综合试验 结果的对比分析，验证了t t b s i m 的功能和可靠性。 最后本文还研究分析了高速铁路桥上减振型板式轨道的动力特性，并 将其与普通型板式轨道进行了对比分析，提出了轨下胶垫及轨道板下胶垫刚 度的合理范围。 关键词：高速铁路：机车车辆：轨道结构：桥梁结构；轮轨关系；桥轨关系 耦合振动；现场试验 西南交通大学博士研究生学位论文第1 i i 页 s u m m a r y w i t hi t sc o m p r e h e n s i v ea d v a n t a g e ss u c ha st h eh i g hs p e e d ，l a r g et r a n s p o r tc a p a c i t y ， l o we n e r g yc o n s u m p t i o n ，l i g h tp o l l u t i o n ，l e s so c c u p a t i o no ft h el a n d ，h i g hs a f e t ya n d c o m f o r tp e r f o r m a n c e ，t h eh i g h s p e e dr a i l w a yh a sb e e nd e v e l o p e dr a p i d l ya l lo v e rt h e w o r l d c h i n a h a s i m p r o v e d t h e t r a i ns p e e dg r e a t l y b y f o l l o w i n g a n ds t u d y i n g t h e t e c h n o l o g yo fh i g h s p e e dr a i l w a ya b r o a d ，p o s i t i v ep l a n n i n gh i 曲一s p e e dr a i l w a y ， b u i l d i n gn e wf a s tp a s s e n g e rt r a f f i cs p e c i a ll i n ea n ds t r e n g t h e n i n gt e c h n o l o g i c a l a l t e r a t i o no fe x i s t i n gr a i l w a y h o w e v e r , t h e c o r r e s p o n d i n gp r o b l e m sl i k et h e i n t e r a c t i o nf o r c e sb e t w e e nt r a i n sa n dt r a c k s ，t h es a f e t ya n dc o m f o r to ft h er u n n i n g t r a i n ，t h er e l i a b i l i t yo ft r a c k sa n db r i d g e sa r ee v e nm o r ec o n s p i c u o u sa n dt h e s e p r o b l e m ss t i l ll a c ke n o t l r 曲t h e o r e t i c a lr e s e a r c ha n de n g i n e e r i n gp r a c t i c einc h i n a t h e r e f o r e ，t h es t u d yo nt h ed y n a m i ci n t e r a c t i o nb e t w e e nt r a i n s ，t r a c k sa n db r i d g e s u n d e rt h ef a s ta n dh i g h s p e e dr u n n i n gt r a i ni soneo ft h eb a s i cr e s e a r c hs u b j e c t st o m e e tt h en e e do f a c h i e v i n gg r e a t l e a p f o r w a r dd e v e l o p m e n to f r a i l w a yi nc h i n a t h i sth e s i sbr i e f l yre v i e w sth edo m e s t i can dab r o a dte t h n i c a lde v e l o p m e n t0fth e h i g h s p e e dr a i l w a y ，t h eh i s t o r ya n dt h ec u r r e n ts i t u a t i o no ft h ev e h i c l e t r a c k d y n a m i c sa n dt h ev e h i c l e - b r i d g ev i b r a t i o n ，o nt h eb a s i so fw h i c h ，d i r e c t e da tt h e t r a i n t r a c k b r i d g ec o u p l i n gd y n a m i c a ls y s t e mo ft h eh i g h s p e e dr a i l w a y ，t h et h e s i s p r o p o s e st h ef o l l o w i n gt h i n k i n go fr e s e a r c h ：r e g a r d i n gt h ev e h i c l ed y n a m i c s ，t r a c k d y n a m i c s ，f i n i t ee l e m e n tm e t h o do fb r i d g ev i b r a t i o na st h ef o u n d a t i o n ，r e g a r d i n gt h e i n t e r a c t i o no f w h e e l sa n dr a i l s ，t h ei n t e r a c t i o no ft r a c ka n d b r i d g ea st h er e l a t i o n ，a n d r e g a r d i n gt h er o l l i n gs t o c k s ，t r a c k sa n db r i d g e sa saw h o l es y s t e m ，t h ed y n a m i c c h a r a c t e r i s t i c so ft h et r a c ka n db r i d g es t r u c t u r ean dt h es a f e t yan dc o m f o r to ft h e r u n n i n gt r a i nc a l lb es t u d i e db yt h en u m e r i c a ls i m u l a t i o nm e t h o d t h ev a l i d i t ya n dp e r f e c t i o n d e g r e eo ft h et r a i n - - t r a c k - - b r i d g ec o u p l i n gd y n a m i c s m o d e lp l a y sad e c i s i v er o l ei nt h ed e p e n d a b i l i t ya n da c c u r a c yo ft h es i m u l a t i o n r e s u l t a tf i r s t ，ar e l a t i v ep e r f e c tf o u r - a x l er o l l i n gs t o c ka n ds i x a x l el o c o m o t i v e d y n a m i c sm o d e lo ft h eh i g h s p e e dr a i l w a yi ss e tu pi nt h i st h e s i s i nt h i sm o d e l ，t h e r o l l i n gs t o c ki sr e g a r d e da st h em u l t i p l er i g i db o d ys y s t e m ，a n da l lk i n d so f m o v e m e n t so ft h ec a rb o d y b o g i ea n dw h e e l s e ta n dv a r i o u ss o r t so fn o n l i n e a r f a c t o r si nv e h i c l es u s p e n s i o ns y s t e ma r ef u l l yc o n s i d e r e d i nt h i st h e s i s ，ad e t a i l e d d y n a m i c sm o d e lo fv a r i o u sk i n d so ft r a c k sl a i do nt h eb r i d g es u c ha sb a l l a s tt r a c k ， r e h d at r a c k ，s l a bt r a c k ，e l a s t i c i t ys u p p o r t e db l o c kt r a c ka n da l lk i n d so f r o a d b e d - b r i d g et r a n s i t i o ns t r u c t u r eo ft h eh i 曲一s p e e dr a i l w a yi se s t a b l i s h e df o rt h e 第1 v 页西南交通大学博士研究生学位论文 f i r s tt i m e i nt h em o d e l ，r a i l sa r em o d e l e da se u l e rb e a m sl a i do ne l a s t i c i t ys u p p o r t s ， s l a b sa r em o d e l e da sr e c t a n g l ep l a t e s1 a i do ne l a s t i cf o u n d a t i o n ，s l e e p e r s ，b l o c k sa n d d i s c r e t eb a l l a s tb l o c k sa r em o d e l e da sr i g i db o d i e s m e a n w h i l e ，b a s e do nt h e h a m i l t o n p r i n c i p l e0 f t h ed i s c r e t e d y n a m i c a ls y s t e m ，t h e m o r i o ne q u a t i o n s0 f t h e b r i d g ea r ee s t a b l i s h e db yf i n i t ee l e m e n tm e t h o d ；t h ee l e m e n tm a s sm a t r i c e sa n d e l e m e n ts t i f f n e s sm a t r i c e so fs p a t i a lb a re l e m e n t ，s p a t i a lb e a me l e m e n ta n dp l a t e e l e m e n ta r ep r e s e n t e d ；t h ed a m pm a t r i c e sa n de i g e n v a l u ep r o b l e mo ft h eb r i d g e s t r u c t u r ea r ea l s ob r i e f l yd i s c u s s e di nt h i st h e s i s t h ew h e e l r a i li n t e r a c t i o na n dt h et r a c k b r i d g ei n t e r a c t i o na r et h ec o n n e c t i o n s b e t w e e nt h er o l l i n gs t o c k s ，t h et r a c ka n dt h eb r i d g e t h i st h e s i se x p o u n d st h e p r i n c i p l ei nd e t a i lt h a tu s e st h ew h e e l r a i ls p a t i a lg e o m e t r i cc o n s t r a i n s ，w h e e l r a i l h e r t zn o n 1 i n e a re l a s t i cc o n t a c tt h e o r y ，w h e e l r a i lc r e e pt h e o r y ，t r a c k b r i d g e i n t e r a c t i o n st or e a l i z et r a i n t r a c k b r i d g ec o u p l i n gd y n a m i c a la n a l y s e s ，a n d i n t r o d u c e st h et r a i n t r a c k b r i d g ed y n a m i c ss i m u l a t i o ns o f t w a r et t b s i mb r i e f l y t h ee v a l u a t i o ns t a n d a r d so f t h ed y n a m i c a ls a f e t ya n dc o m f o r te f t h eh i g h s p e e dt r a i n ， t r a c ka n db r i d g ei n f l u e n c et h eq u a l i t ya n de c o n o m yo ft r a c ka n db r i 心ed i r e c t l y 1 1 1 e d y n a m i c a le v a l u a t i o ni n d e xo ft h er o l l i n gs t o c k s ，t r a c ka n db r i d g ea r es u m m e du pi n t h i st h e s i ss u c ha st h ew h e e l r a i lv e r t i c a lf o r c e ，w h e e l r a i lh o r i z o n t a lf o r c e ， d e r a i l m e n tc o e m c i e n t r e d u c t i o nr a t eo fw h e e l1 0 a d ，a c c e l e r a t i o no fc a r b o d y ， u n b a l a n c e de c c e n t r i ca c c e l e r a t i o no fc a r b o d y ，s p e r l i n g sr i d ei n d e x ，f l e x i b i l i t yo f b r i d g e ，n a t u r ef r e q u e n c yo f b r i d g ea n da c c e l e r a t i o no f b r i d g ee t c t h ed y n a m i c a lp e r f o r m a n c e so ft h eg e n e r a ls p a nb r i d g ea n dt h et r a c ko ft h es p e c i a l l i n eo fq i n h u a n g d a o - s h e n y a n gp a s s e n g e rt r a f f i c a r ee v a l u a t e dw i t ht h e t r a i n t r a c k b r i d g ed y n a m i c ss i m u l a t i o n s o f t w a r et t b s l m ，a n db yt h ec o n t r a s t b e t w e e nt h es i m u l a t i o nr e s u l t sa n dt h eg e n e r a lt e s tr e s u l t s ，t h ef u n c t i o na n d d e p e n d a b i l i t yo ft t b s i ma r ev e r i f l e da tt h es a m et i m e f i n a l l y ，t h ed y n a m i c a l p e r f o r m a n c e so ft h el o wv i b r a t i o ns l a bt r a c kl a i do nt h eb r i d g eo ft h eh i g h s p e e d r a i l w a ya r ea n a l y z e di nt h i st h e s i sa n db yc o m p a r i n gi tw i t ht h a to ft h eo r d i n a r ys l a b t r a c k t h er e a s o n a b l er a n g eo f t h er u b b e rp a ds t i f f n e s su n d e rt h es l a bi sp u tf o r w a r d k e y w o r d s ：h i g h s p e e dr a i l w a y ，r o l l i n gs t o c k ，t r a c ks t r u c t u r e ，b r i d g es t r u c t u r e ， w h e e l r a i lin t e r a c t i o n ，br i d g e t r a c kin t e r a c t i o n ，co u p l i n gvi b r a t i o n ，si t e e x p e r i m e n t 西南交通大学 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定， 同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子 版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本学位 论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 1 保密口，在年解密后适用本授权书； 2 不保密田，适用本授权书。 ( 请在以上方框内打“圹) 学位论文作者签名：2 爹p 蟛指导教师签名：铆 日期：胂埤弓月玎日日期：似年 月订日 西南交通大学 学位论文创新性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下独立 进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论 文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本 文的研究做出贡献的个人和集体，均已在本文中作了明确的说明。 本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 本学位论文的主要创新点如下： 1 基于铁路大系统耦合动力学的研究思路，建立了较为完善的列车- 轨道一 桥梁耦合动力学模型，并应用数值仿真的方法，系统地研究了高速行车条件下 轨道和桥梁结构的动力特性及行车安全性和舒适性( 论文第7 章、第8 章) ，在 国内处于领先水平。 2 首次将目前最完善的动态轮轨关系模型引入到列车一线路一桥梁耦合 振动研究领域( 论文5 1 节) ，突破了以往车桥振动研究中轮轨始终保持接触 的假设，从而能够更准确地分析评判高速列车在桥上运行时的安全性。 3 基于弹性地基板的弯曲振动理论，首次建立了桥上板式无碴轨道的动力 学模型及运动微分方程，并将其应用于高速铁路桥上减振型板式轨道动力特性 分析及参数研究，提出了轨下胶垫及轨道板下胶垫刚度的合理范围( 论文8 2 节) ，为桥上新型轨道结构参数的优化设计提供了理论基础。 学位论文作者签名： 赫 日期：2 备r r 年立月二r 日 西南交通大学博士研究生学位论文 第1 页 第1 章绪论 世界上第一条铁路1 8 2 5 年诞生于英国，至今已有1 8 0 年的历史。由于 当时由蒸汽机车牵引的火车在速度上大大高于轮船和马车，并具有运量大、 可靠性高等优点使铁路在1 9 世纪术到2 0 世纪初得到迅速发展。2 0 世纪仞， 全世界铁路曾达到1 2 7 万k m ，仅美国铁路网在1 9 1 6 年就有将近4 1 万k m 对推动社会和经济的发展发挥了重要作用。2 0 世纪中叶，随着高速公路和喷 气式客机的出现，交通运输工具越来越多样化和现代化，铁路运输的速度和 灵活性已落后于航空和汽车运输，铁路运输陷入了“夕阳产业”的困境。 除了少数发展中国家还在继续进行铁路建设、扩大路网外，许多国家为了降 低经营亏损、节约开支，相继拆除或封闭了一些运量较少的铁路。因此，世 界铁路网规模减小，市场份额不断萎缩。表1 1 表1 - 4 从一个侧面反映了 这段时期世界铁路发展的历程 2 1 。 表1 一l英国铁路营业里程的变化( 单位：k m ) 年份 1 9 5 01 9 5 51 9 6 01 9 6 51 9 7 01 9 7 51 9 8 01 9 9 0 营业里程 3 1 3 6 53 0 7 8 22 9 6 8 92 4 8 9 21 9 2 2 91 8 1 4 41 7 6 9 01 6 5 8 8 表1 2美国铁路营业里程的变化( 单位：k m ) 年份 1 9 1 61 9 2 91 9 4 71 9 5 11 9 5 51 9 7 01 9 8 01 9 8 7 营业里程 4 0 8 7 4 5 4 0 1 3 3 8 3 6 3 3 2 0 3 5 9 4 9 0 3 5 5 0 6 4 3 3 1 8 8 0 2 8 8 0 0 02 6 0 4 2 3 一级铁路 3 6 9 3 1 0 3 4 5 0 7 0 3 4 3 3 6 03 4 0 2 4 03 1 6 1 3 02 6 5 2 0 02 1 2 7 4 2 表1 3一些国家铁路运输所占客运市场的份额( ) 美国英国 德国日本俄罗斯 o 66 57 63 2 33 0 0 表中，英国为2 0 0 0 年的数据其它均为19 9 9 年的数据。 表1 4 一些国家铁路运输所占货运市场的份额( ) 美国 英国德国口本俄罗斯 4 0 37 41 4 5 4 23 6 3 表中，口本为1 9 9 8 年的数据，其余均为1 9 9 9 年的数据，俄罗斯还包括管道运输。 第2 页西南交通大学博士研究生学位论文 2 0 世纪7 0 年代，世界出现了能源危机，石油短缺、公路堵塞、交通事 故频繁、环境污染也日益严重，成为了全球性的社会问题。据国外有人分析， 公路运输产生的废气对环境的污染是铁路运输的3 0 倍。从安全方面来看， 据日本的统计，汽车和飞机的事故发生率分别是铁路的8 6 和7 1 倍【3 1 。因此， 许多国家有远见的人士又开始重新认识铁路的地位，特别是世界上第一条高 速铁路一日本东海道新干线自1 9 6 4 年1 0 月以来的成功运营，以其速度快、 运能大、能耗低、污染轻、占地少以及安全舒适等综合优势，带来了巨大的 经济和社会效益，向世人展示了高技术铁路的发展前景。法国、德国、意大 利等国家纷纷开始大力研究高速铁路，应用现代高新技术建设高速铁路已成 为2 l 世纪铁路发展的大趋势。 1 1 世界高速铁路概况 高速铁路在国际上有不同的定义标准。1 9 7 0 年f i 本政府第7 1 号法令中 将高速铁路定义为列车在主要区间能以2 0 0 k m h 以上速度运行的干线铁路； 1 9 8 5 年联合国欧洲经济委员会在国际铁路干线协议中将新建高速客运专线 的最高速度规定为3 0 0 k m h 及以上，新建客货混运线路最高速度为2 5 0 k m h 及以上；u i c 提出的高速铁路的定义是最高速度至少应达到2 5 0 k m h 的新建 专线，或最高速度达到2 0 0 k m h 的既有线1 1 2 j 。 高速铁路以其迅速高效、节能环保、安全舒适等优越性，引起了世界各 国的重视。从2 0 世纪初至5 0 年代，德国、法国、日本等国家开展了大量的 关于高速铁路的理论研究与试验工作。1 9 0 3 年1 0 月2 7 日，德国用电动车首 创了试验速度达到2 1 0 k m h 的历史记录；从1 9 5 4 年开始，法国首先进行了 大量的采用电力机车牵引列车的高速试验，在同年的2 月2 1 日用c c 7 1 2 l 号电力机车创造了2 4 3 k m h 的记录，在1 9 5 5 年3 月2 8 同又创造了3 3 l k m h 的当时世界铁路的最高速度纪录。1 9 6 3 年3 月3 0 同，同本在新干线的试验 段创造了2 5 6 k m h 的本国记录。1 9 7 4 年8 月1 0 同，美国创造了4 1 0 k m h 的 铁路最高速度纪录。1 9 8 9 年1 2 月5 日，法国在t g v 线创造了4 8 2 ，4 k m h 的 世界记录，】9 9 0 年5 月1 8 日，法国又在t g v 大西洋线创造了5 1 5 3 k m h 的 当今世界铁路的最高速度记录。表1 5 列出了世界主要国家铁路列车试验速 度的历史最高纪录。从表中可以看出，世界铁路的发展史是一个不断提高列 车速度的创新历程，同时由于建设高速铁路需要庞大的资金和雄厚的技术基 础，它主要是在发达的资本主义国家发展起来的。 西南交通大学博士研究生学位论文第3 页 表1 5世界各国铁路列车试验速度的历史记录 最高试验速度 时间国别牵引动力备注 ( k m h ) 1 9 0 3 年1 0 月2 3 日德国 电力 2 】0 2 1 9 3 1 年6 月2 1 日德国内燃2 3 0 2 1 9 3 9 年7 月2 0 日意大利电力2 0 3本国记录 1 9 5 5 年3 月2 8 日法国电力3 3 l世界记录 1 9 6 3 年3 月3 0 日 日本 电力 2 5 6 1 9 7 2 年2 月2 4 日日本 电力 2 8 6 本国记录 1 9 7 2 年5 月2 0 日西班牙内燃2 2 2本国记录 1 9 7 3 年6 月1 1 日英国内燃2 3 0 1 9 7 4 年8 月1 0 日美国4 1 0世界记录 1 9 7 5 年8 月1 4 日英国2 4 5本国记录 1 9 7 9 年1 2 月7 日曰本电力3 1 9新干线 1 9 7 9 年1 2 月2 0 日英国电力 2 5 7a p t - p 1 9 8 1 年2 月2 6 日法国电力 3 8 0t g v p s e 1 9 8 6 年1 1 月1 7 日西德电力 3 4 5i c e 厂v 1 9 8 8 年5 月1 曰 两德屯力 4 0 6 9i c e ，v 1 9 8 9 年1 月1 0 口法国电力4 0 8 9t g v _ p s e 1 9 8 9 年1 2 月5 日法国电力4 8 24t g v a 1 9 9 0 年5 月1 8 日法国电力5 1 5 3 t g v v 1 9 9 1 年9 月1 9 日日本电力3 4 5新干线4 0 0 1 9 9 2 年1 月1 0 目西班牙电力3 3 0 a v e 1 9 9 2 年4 月意人利电力 3 1 6e t r 5 0 0 1 9 9 2 年1 1 月1 日 日本 电力 3 5 8 新干线9 5 3 1 9 9 3 年7 爿瑞典电力 2 7 6x p t 1 9 9 3 年1 2 月2 1 日日本电力 4 2 5s t a r 2 1 1 9 9 6 年7 爿1 0 日日本电力4 4 33 0 0 x 世界各国在不断创造铁路试验速度记录的同时，通过新建高速铁路或改 建既有铁路来满足社会经济发展的需要。1 9 5 8 年1 2 月1 9 日，同本政府正式 批准修建全长5 1 5 4 k i n 的东海道新干线，1 9 6 4 年1 0 月1f i 正式开通。此后， 第4 页 西南交通大学博士研究生学位论文 山阳新干线、东北新干线、上越新干线、北陆新干线、东北新干线盛冈一八 户段相继建成投入运营。目前日本新干线全部营业里程已达2 0 4 9 1 k m 引，正 在建设中的高速铁路总长度约5 0 0 k m ，计划建设的新干线约8 8 5 k m 。 法国国营铁路公司( s n c f ) 于1 9 6 7 年开始研究高速新线计划。1 9 7 6 年 法国政府批准了法铁提出的修建巴黎一里昂高速新线( 东南线，全长3 9 0 k m ) 的计划，并于1 9 8 3 年9 月建成通车，最高营业速度2 7 0 k m h 。2 0 世纪9 0 年 代又相继建成了最高营业速度为3 0 0 k m h 的大西洋线、北方线、东南延伸线、 巴黎联络线。2 0 0 1 年最高营业速度为3 5 0 k m h 的地中海线投入运营。法国已 建成高速铁路1 5 7 6 k m ，计划修建的高速铁路还有1 0 条，总长约1 9 0 0 k m 。 德国政府于1 9 7 0 年计划修建全长3 2 7 k m 的汉诺威一维尔茨堡高速铁路， 1 9 7 3 年开始施工，1 9 8 7 年完成9 4 k m 并投入运营，1 9 9 1 全线建成，最高运 行速度2 8 0 k m h 。1 9 9 1 年和1 9 9 8 年又相继新建或改建了最高运行速度 2 8 0 k m h 的曼海姆一斯图加特、汉诺威一柏林的高速铁路。2 0 0 2 年建成最高 运行速度3 3 0 k m h 的科隆一法兰克福高速铁路。目前德国共有高速铁路 9 1 7 k m ，其中新建晕程为8 1 5 k m 。德国f 在新建或改建的高速铁路6 4 0 k m 。 1 9 8 7 年4 月，西班牙政府批准了西班牙国营铁路制定的“1 9 8 8 2 0 0 0 年 铁路运输发展规划”，其中的一项重要内容是修建全长4 7 1 k m 的马德里一塞 维利亚高速铁路。1 9 8 7 年1 0 月正式动工修建1 9 9 1 年建成，1 9 9 2 年4 月投 入运营，最高运行速度2 7 0 k m h 。西班牙还正在修建7 6 0 k m 长的马德里一巴 塞罗那高速铁路，最高速度3 5 0 k m h 。 意大利国营铁路公司于1 9 6 6 年正式提出了修建罗马一佛罗伦萨高速铁 路计划，1 9 7 0 年6 月2 5 日第一段线路正式开工，第二、第三段线路分别于 1 9 7 6 年和1 9 8 3 年开工建设，1 9 9 2 年全线2 6 2 k m 正式丌通运营，最高运行 速度2 5 0 k m h 。意大利正在建设的高速铁路约有4 5 5 k r n 。 瑞典铁路的线路状态比较好，线路等级比较高。瑞典铁路的高速化计划 从1 9 8 8 年丌始执行，目标是通过对既有线加以局部改造，采用x 2 0 0 0 高速 摆式列车将运行速度提高到2 0 0 k m h 。目前，x 2 0 0 0 摆式列车可以延伸服务 的里程已达2 8 8 l k m 。 除上述主要国家以外，世界上还有许多国家和地区也在规划建设高速铁 路。韩国于1 9 9 2 年6 月开始建设全长4 1 2 k m 的汉城一釜山高速铁路，最高 设计速度3 5 0 k m h 。中国台湾于2 0 0 0 年3 月开始修建设计速度3 5 0 k m h ，全 长3 4 4 k m 的台北一高雄高速铁路。比利时布鲁塞尔到法国边境的8 8 k m 高速 铁路已于1 9 9 7 年开通运营，最高运行速度3 0 0 k m h 。此外，荷兰、英国、俄 西南交通大学博士研究生学位论文第5 页 罗斯、美国、澳大利亚、印度、埃及也在积极发展高速铁路。 掘不完全统计，截至2 0 0 2 年底全世界运营中的2 0 0 k m h 以上的新建高 速铁路旱程约5 8 0 0 k m ( 欧洲3 7 6 0 k m ，日本2 0 4 9 k m ) ，速度达到或超过2 0 0 k m h 的既有线约2 0 0 0 k m ，全世界正在新建或改建的高速铁路约6 0 0 0 k m 。高速铁 路己进入一个快速发展的时期。 我国铁路运输作为交通运输业的骨干，在国民经济发展中起着十分重要 的作用，但与发达国家相比在技术和管理方面都还有比较大的差距。我国在 跟踪研究国外高速铁路技术发展的同时，大力加强既有线的技术改造以提高 列车运行速度。广深铁路经过三年多的改建，于1 9 9 4 年1 2 月2 4f i 丌通运 营，最高运行速度1 6 0 k m h ，后来又引进了瑞典的x 2 0 0 0 摆式列车，最高速 度提高到了2 0 0 k m h 。1 9 9 5 年6 月2 8 日，铁道部作出了在既有繁忙干线提 速的重大决定，目标是将旅客列车的最高速度提高到1 4 0 1 6 0 k m h ，货物列 车的最高速度提高到8 5 9 0 k m h 【5 】。自1 9 9 6 年到2 0 0 4 年，从沪宁线提速开 始，先后经历全国范围的五次大提速，实现了上述的目标。2 0 0 5 年还将实施 第6 次大提速，届时干线旅客列车的最高速度将达到2 0 0 k m h ，货物列车的 最高速度将达到1 2 0 k m h ，全国快速铁路总里程将达到2 0 0 0 0 k m 左右。 为了研究发展我国的高速铁路技术，1 9 9 9 年8 月1 6 日f 式开工修建全 长4 0 4 6 5 k m 的秦皇岛一沈阳快速客运专线，2 0 0 3 年1 0 月1 2 日正式开通运 营。秦沈线为我国第一条开通时速1 6 0 k m h 以上的双线电气化铁路，其中有 6 6 8 k m 的线路可作为3 0 0 k m h 的高速试验线。2 0 0 2 年1 1 月2 7f 1 ，在秦沈 线第三次综合试验中，用国产“中华之星”试验列车创造了3 2 1 5 k m h 的中 国铁路最高速度记录。2 0 0 4 年2 月国务院审议通过了我国中长期铁路网规 划，并提出了“扩大规模，完善结构，提高质量，快速扩充能力，迅速提 高装备水平”的发展目标。到2 0 1 0 年，全国铁路营业旱程将达到8 5 万公里 以上，客运专线、高速铁路达到4 0 0 0 公罩；到2 0 2 0 年，全国铁路网基本建 成，营业里程将达到1 0 万公里以上，客运专线、高速铁路达到1 0 0 0 0 公里， 主要技术装备达到或接近国际先进水平。因此，快速客运专线和高速铁路的 建设在我国尚处于起步阶段，具有广阔的发展空问。 1 2 高速铁路车线桥技术特点 高速铁路是一项系统工程，在高速铁路建设、高速列车研制、高速铁路 的运营管理中汇集了各种高新技术。2 0 世纪6 0 年代，随着同本东海道新干 第6 页西南交通大学博士研究生学位论文 线的正式运营高速铁路技术进入实用阶段，8 0 年代又取得了一系列新成就、 新突破，为世界范围内高速铁路的迅速发展奠定了基础。 1 2 1 高速机车车辆 高速机车车辆的研制是发展高速铁路的关键。世界上高速铁路发达的国 家不断采用高新技术相继研制了各具特色的高速列车。 日本由于国土地质松软、城市密集、人口密度大，加上既有线上已广泛 采用动力分散的电动车组，因此在新干线上的高速列车全部为动力分散型的 高速动车组。动力分散型电动车组由于动轴多，具有牵引力大、粘着性能好、 启动加速快、制动距离短、轴重轻、对线桥破坏作用小以及列车定员多等优 点。动力分散形式的缺点是车辆结构较复杂、维修量较大、成本较高、车厢 内噪声较大。0 系和1 0 0 系是日本的第一代高速列车，3 0 0 系为第二代高速 列车，5 0 0 系和7 0 0 系为最新的第三代高速列车，w 1 n 3 5 0 、3 0 0 x 、s t a r 2 l 为试验型高速列车。5 0 0 系列车的运营速度可达3 0 0 k m h ，是目前日本铁路 上运行速度最高的列车，而7 0 0 系是目前日本最先进的高速列车。 法国铁路运营中的高速列车均采用动力集中方式，轴重较大，但车辆结 构相对简单、容易制造。法国高速列车的特点是采用铰接式转向架，列车的 整体性能较好，但列车解编比较麻烦。东南线的t g v p s e 是法国第- 4 4 高 速列车，t g v a 、t g v r 、t g v t m s r 为第二代高速列车、t g v 一2 n 为第三代高速列车。另外，法国阿尔斯通公司与法国铁路合作，f 在研制最 高运行速度3 5 0 k m h 的第四代a g v 高速列车，它将是第一列采用铰接式转 向架的动力分散型高速列车。 德国铁路的高速列车为i c e 系列，并在一开始就采用了先进的三相交流 异步传动技术、计算机控制的机车牵引及列车制动技术、轻型车体结构、列 车自动诊断系统等。1 9 8 5 年试制成功了2 动3 拖的i c e v 试验型高速列车， 并于1 9 8 8 年5 月在汉诺威一维尔茨堡新建高速线上创造了4 0 6 9 k m h 的当时 世界最高记录。在i c e v 的基础上，德国分别于1 9 9 1 年和1 9 9 6 年研制成功 第一代i c e 高速列车( i c e l ) 和第二代i c e 高速列车( i c e 2 ) ，它们均采用 动力集中方式，最高设计速度2 8 0 k m h 。1 9 9 7 年，设计最高运行速度3 3 0 k m h 采用动力分散型式的第三代i c e 3 高速列车( i c e m ) 出厂投入试运行。目前， 德国正在开发能在欧洲各主要城市问运营、最高速度3 5 0 k m h 的2 1 世纪i c e 动车组i c e 2 1 。 除上述三个国家外，意大利于1 9 9 5 年研制成功了最高设计速度3