[发明专利]一种地震下高铁列车行车安全模型试验的分维相似设计方法

摘要

本发明公开了一种震时高铁列车桥上行车安全动态模型试验的分维相似设计方法，其特征在于，考虑到车桥系统为长大跨度结构，且纵向与纵断面弱耦合的受力特点，提出试验模型在纵向、纵断面分别取独立几何相似比的分维相似设计方法，并推导了相应的相似设计公式，从而使得地震作用下高速列车桥上行车安全动态模型试验能够在实验室实现，所述方法能够动态复现原型车辆桥上行车工况，同时保证整个试验过程中车桥耦合系统轮轨接触关系的真实性，从而能够获得准确可靠的行车安全试验数据，为地震作用下高铁列车桥上行车安全相关研究提供强有力的试验技术保障。

主权项

1.一种地震下高铁列车桥上行车安全模型试验的分维相似设计方法，其特征在于，步骤如下：步骤(1)根据实验室条件和当前的制作工艺确定车桥耦合系统纵断面的几何相似比SSL(主相似比)，以能保证准确复现系统轮轨接触关系为基本准则；步骤(2)根据实验室场地的有效特征尺寸L_lab，试验原型车辆可能达到的最大行车速度值以及有效行车时长T_e^p三者来确定车桥耦合系统纵向最小几何相似常数S_LL(次相似比)，其应有上标p分别表示原型结构，有效特征尺寸L_lab指能够用于观测的模型试验段长度，有效行车时长T_e^p指原型结构中可用于观测的车辆行驶时间长度，因为地震波持时往往较长，通常在10s以上，完全观测需要更长更多的桥跨支撑结构，势必会增加台上模型重量，因此往往观测地震主波时的地震响应，其时长因地震波不同而不同，通常在5s左右；步骤(3)初步确定弹性模型相似比SE以及加速度相似比Sa，弹性模量相似比其可选择性往往比较窄，因为不一定能够在市面上找到相对应的合适材料，通常先选定模型材料再确定SE，加速度相似比应该尽量接近1，即能复现和靠近重力加速度值，避免重力失真；步骤(4)根据地震振动台试验相似设计准则，确定其余相关的相似常数，比较关注的通常有质量相似比SM，其决定了模总重，等效密度相似比Sρ，其决定了需要施加的配重，另外还有时间及频率相似比，其要求模型前几阶频率在振动台性能范围内；步骤(5)根据振动台设备相关性能验算及调整相关相似比，主要考虑振动台设备的最大承载能力、最大倾覆力矩、以及振动台的有效工作频率范围，验算中要求设计的模型均不能超过相应限制，如果超出范围则应该调整相关相似比，调整的顺序优先考虑加速度相似比Sa和模型材料相似比SE，其次是纵向几何相似比SLL，最后才是纵断面几何相似比SSL；如果远小于设备性能范围，则可适当增大相关设计相似比，其调整顺序优先考虑纵断面几何相似常数。