- 科学出版社
- 9787030804136
- 1版
- B5
- 2026-04
作者简介
内容简介
本书系统阐述了作者及其研究团队在列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全性、乘坐舒适性评估及其应用领域所取得的系列创新性成果。全书共10章，第1～4章论述列车-轨道-桥梁系统随机动力相互作用理论基础，包括理论模型、动力学方程、系统随机变量与随机激励、分析软件研发、数值仿真方法及其模型验证；第5～8章介绍列车-轨道-桥梁系统在列车和地震作用下的随机仿真分析与桥上行车安全评估、乘坐舒适性评估研究；第9章介绍基于人工智能算法的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测方法；第10章介绍列车-轨道-桥梁系统随机振动分析理论在高速铁路、重载铁路、客运专线等典型桥梁工程中的应用算例。
目录
目录
序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 铁路桥梁及其随机动力学问题 1
1.2 列车-轨道-桥梁系统耦合随机振动的研究内容与方法 4
1.3 列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究综述 7
1.3.1 列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究进展 7
1.3.2 轮轨接触理论研究进展 11
1.4 列车-轨道-桥梁系统随机振动研究综述 12
1.4.1 结构随机振动研究进展 12
1.4.2 列车-轨道-桥梁系统随机振动研究进展 14
1.4.3 地震作用下列车-轨道-桥梁系统振动分析与随机振动研究进展 20
1.4.4 基于人工智能与深度学习算法的列车-轨道-桥梁系统耦合振动响应预测算法研究进展 24
1.5 结构动力可靠度理论与行车安全评估 26
1.6 本章小结 27
第2章 列车-轨道-桥梁系统随机变量统计特性与系统随机激励 28
2.1 列车-轨道-桥梁系统关键结构参数及其随机分布 28
2.1.1 列车车辆关键结构参数 28
2.1.2 轨道-桥梁体系关键结构参数 34
2.2 多维随机参数点集的选点规则 40
2.2.1 数论选点法 40
2.2.2 基于等概率变换的多分布选点法 46
2.2.3 多维多分布随机参数点集选点法 53
2.3 系统随机激励参数 57
2.3.1 系统随机激励功率谱 57
2.3.2 轨道不平顺功率谱的随机谐和函数表达 61
2.3.3 地震随机激励的随机谐和函数表达 67
2.4 本章小结 70
第3章 列车-轨道-桥梁系统随机动力相互作用模型的概率密度演化分析方法 71
3.1 概率密度演化经典理论与(广义)概率密度演化方程 71
3.1.1 概率守恒原理的随机事件和状态空间描述 71
3.1.2 三类经典概率密度演化方程 74
3.1.3 (广义)概率密度演化方程 75
3.1.4 概率密度演化方程的物理意义 79
3.2 列车-轨道-桥梁随机系统建模思想 79
3.2.1 随机系统建模思想 79
3.2.2 随机系统建模关键技术 81
3.3 车辆子系统随机振动模型 82
3.3.1 车辆随机参数模型 82
3.3.2 车辆空间随机振动方程 93
3.4 轨道子系统随机振动模型 96
3.4.1 无砟轨道有限元随机参数模型 96
3.4.2 有砟轨道质量块随机参数模型 97
3.4.3 轨道结构随机振动方程 99
3.5 桥梁子系统随机振动模型 100
3.5.1 桥梁系统振动分析模型 100
3.5.2 支座刚度的影响 105
3.5.3 基础作用等效刚度矩阵 105
3.5.4 桥梁系统随机振动方程 106
3.6 轮轨相互作用与随机轮轨关系 107
3.6.1 常用轮轨踏面基本几何特征 108
3.6.2 三维轮轨接触精细化计算模型 109
3.6.3 轮轨随机接触找点的数值计算方法 114
3.6.4 轮轨相互作用力计算 132
3.7 列车-轨道-桥梁系统随机振动方程组的建立 141
3.8 列车-轨道-桥梁系统随机振动方程组的求解 142
3.8.1 随机参数选点与随机激励模拟 142
3.8.2 数值积分方法 147
3.8.3 随机振动方程的概率密度演化求解 153
3.9 列车-轨道-桥梁系统简化计算模型 157
3.9.1 列车-轨道-桥梁系统空间简化随机振动模型 157
3.9.2 列车-轨道-桥梁系统竖向简化随机振动模型 165
3.10 本章小结 168
第4章 列车-轨道-桥梁系统随机振动相互作用仿真软件与验证 170
4.1 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析软件的编制 171
4.1.1 软件编制思路与目的 171
4.1.2 软件功能模块与程序框架 172
4.1.3 软件分析与求解流程 173
4.2 TTBP与蒙特卡罗法的对比验证 175
4.2.1 随机振动响应的概率分布 175
4.2.2 车辆响应与蒙特卡罗法的对比验证 176
4.2.3 桥梁响应与蒙特卡罗法的对比验证 178
4.3 TTBP与已有典型算例的对比验证 179
4.4 TTBP与列车-轨道-桥梁系统现场动力试验结果的对比验证 183
4.4.1 合肥—福州高速铁路南平建溪特大桥动力试验与验证 184
4.4.2 朔黄重载铁路混凝土简支梁动力试验与验证 190
4.5 本章小结 198
第5章 列车-轨道-桥梁系统随机动力性能综合评定方法 200
5.1 列车-轨道-桥梁系统耦合随机动力性能评定方法 200
5.1.1 基于概率保证率的随机响应概率不确定性界估计 200
5.1.2 基于随机分析的轨道-桥梁体系动力性能评定方法 204
5.2 列车-轨道-桥梁系统随机动力性能评估指标体系 206
5.3 列车过桥运行安全性评定标准 208
5.3.1 脱轨系数 208
5.3.2 轮重减载率 210
5.3.3 轮轨横向力 212
5.3.4 轮轴横向力 212
5.4 列车过桥运行平稳性与舒适性评定标准 213
5.4.1 车体振动加速度 213
5.4.2 平稳性与舒适性指标 214
5.5 桥梁动力性能评定标准 215
5.5.1 桥梁自振频率 215
5.5.2 桥梁挠度 219
5.5.3 桥梁横向振幅 222
5.5.4 桥梁振动加速度 224
5.5.5 桥梁梁端折角 225
5.6 本章小结 226
第6章 列车-轨道-桥梁系统随机动力响应特性与桥上行车安全评估 228
6.1 列车-轨道-简支梁桥系统耦合随机动力响应的基本特征 228
6.1.1 高速铁路通用简支梁桥型概况与随机参数假设 228
6.1.2 列车过桥时车辆随机动力响应特征 232
6.1.3 列车过桥时轮轨随机接触关系特征 233
6.1.4 列车过桥时轨道随机动力响应特征 236
6.1.5 列车过桥时桥梁随机动力响应特征 237
6.2 系统随机参数对列车-轨道-简支梁桥系统随机动力特性影响分析 240
6.2.1 车辆结构参数敏感性分析 240
6.2.2 桥梁结构参数敏感性分析 245
6.3 轨道随机不平顺对列车-轨道-简支梁桥系统随机动力特性的影响 251
6.3.1 轨道不平顺分量影响分析 251
6.3.2 常用轨道不平顺功率谱的系统随机振动响应对比分析 255
6.3.3 中国高速铁路无砟轨道谱与德国低干扰轨道谱随机响应对比分析 257
6.4 列车-轨道-简支梁桥系统行车安全评估算例 260
6.4.1 桥梁概况与随机工况 260
6.4.2 列车-轨道-桥梁系统耦合振动分析与行车安全评估 263
6.5 本章小结 267
第7章 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 268
7.1 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动分析模型 270
7.1.1 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机动力学模型 270
7.1.2 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动方程求解 275
7.1.3 地震作用下桥上列车行车安全评估标准 277
7.2 地震作用下列车-轨道-简支梁桥系统随机振动及参数分析 278
7.2.1 地震作用下列车-轨道-简支梁桥系统随机振动分析模型与随机地震波代表性样本 278
7.2.2 地震强度对列车-轨道-桥梁系统随机地震响应的影响分析 280
7.2.3 隔震支座对列车-轨道-桥梁系统随机地震响应的影响分析 283
7.2.4 车速对列车-轨道-桥梁系统随机地震响应的影响分析 286
7.3 地震作用下列车-轨道-简支梁桥系统行车安全评估算例 288
7.4 本章小结 290
第8章 列车-轨道-桥梁系统运行平稳性与乘坐舒适性评估 291
8.1 车辆运行平稳性与乘坐舒适性影响因素及评价概述 291
8.2 基于概率保证率的列车-轨道-桥梁系统旅客乘坐舒适性评估 293
8.2.1 基于概率保证率的列车-轨道-桥梁系统乘坐舒适性评定方法 293
8.2.2 高速铁路简支梁桥乘坐舒适性的概率密度演化响应与参数分析 297
8.3 旅客乘坐舒适性指标的车速影响规律与波长敏感性分析 302
8.3.1 不同轨道谱对车辆乘坐舒适性的影响分析 302
8.3.2 随机激励下车速对车辆不同位置乘坐舒适性的影响 303
8.3.3 随机激励下旅客乘坐舒适性敏感波长高效分析 304
8.4 本章小结 308
第9章 基于人工智能算法的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测方法 309
9.1 基于GA-BP神经网络的列车-轨道-桥梁系统耦合振动响应预测 309
9.1.1 GA-BP神经网络及算法优化 309
9.1.2 基于GA-BP神经网络的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测 311
9.1.3 列车-轨道-桥梁系统随机响应预测分析算例 314
9.2 基于PSO-LSTM的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测 315
9.2.1 PSO-LSTM神经网络模型 315
9.2.2 基于PSO-LSTM神经网络模型的随机响应预测算例与验证 319
9.2.3 列车-轨道-桥梁系统随机响应预测结果 320
9.3 基于BO-CNN-MLSTM和概率密度演化理论的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测 322
9.3.1 CNN-MLSTM深度学习模型 322
9.3.2 贝叶斯优化深度学习模型 325
9.3.3 基于BO-CNN-MLSTM的列车-轨道-桥梁系统随机响应预测方法框架与验证 328
9.3.4 高速铁路列车-轨道-桥梁系统随机响应预测算例分析 330
9.4 本章小结 338
第10章 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估应用 339
10.1 昌赣高速铁路赣江特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 339
10.1.1 桥梁建模与系统随机参数 339
10.1.2 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估 342
10.1.3 考虑预拱度与温度耦合的车桥耦合随机振动分析 348
10.1.4 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估 350
10.1.5 行车安全评估基本结论 355
10.2 厦深高速铁路榕江特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 355
10.2.1 桥梁建模与系统随机参数 355
10.2.2 榕江特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动响应分析 358
10.2.3 榕江特大桥行车安全性和平稳性评估 363
10.2.4 行车安全评估基本结论 365
10.3 郑济高速铁路郑州黄河特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 365
10.3.1 桥梁建模与系统随机参数 365
10.3.2 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估 367
10.3.3 桥梁组件与环境因素引起的车桥耦合振动特性及行车安全影响分析 371
10.3.4 行车安全评估基本结论 378
10.4 其他典型铁路列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 378
10.4.1 大跨度悬索桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 378
10.4.2 无砟轨道波形钢腹板矮塔斜拉桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 383
10.4.3 特大跨双线有砟槽型混凝土连续梁拱桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 386
10.4.4 连续多跨无砟轨道预应力混凝土连续梁桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估算例 389
参考文献 393
序一
序二
前言
第1章 绪论 1
1.1 铁路桥梁及其随机动力学问题 1
1.2 列车-轨道-桥梁系统耦合随机振动的研究内容与方法 4
1.3 列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究综述 7
1.3.1 列车-轨道-桥梁系统耦合振动研究进展 7
1.3.2 轮轨接触理论研究进展 11
1.4 列车-轨道-桥梁系统随机振动研究综述 12
1.4.1 结构随机振动研究进展 12
1.4.2 列车-轨道-桥梁系统随机振动研究进展 14
1.4.3 地震作用下列车-轨道-桥梁系统振动分析与随机振动研究进展 20
1.4.4 基于人工智能与深度学习算法的列车-轨道-桥梁系统耦合振动响应预测算法研究进展 24
1.5 结构动力可靠度理论与行车安全评估 26
1.6 本章小结 27
第2章 列车-轨道-桥梁系统随机变量统计特性与系统随机激励 28
2.1 列车-轨道-桥梁系统关键结构参数及其随机分布 28
2.1.1 列车车辆关键结构参数 28
2.1.2 轨道-桥梁体系关键结构参数 34
2.2 多维随机参数点集的选点规则 40
2.2.1 数论选点法 40
2.2.2 基于等概率变换的多分布选点法 46
2.2.3 多维多分布随机参数点集选点法 53
2.3 系统随机激励参数 57
2.3.1 系统随机激励功率谱 57
2.3.2 轨道不平顺功率谱的随机谐和函数表达 61
2.3.3 地震随机激励的随机谐和函数表达 67
2.4 本章小结 70
第3章 列车-轨道-桥梁系统随机动力相互作用模型的概率密度演化分析方法 71
3.1 概率密度演化经典理论与(广义)概率密度演化方程 71
3.1.1 概率守恒原理的随机事件和状态空间描述 71
3.1.2 三类经典概率密度演化方程 74
3.1.3 (广义)概率密度演化方程 75
3.1.4 概率密度演化方程的物理意义 79
3.2 列车-轨道-桥梁随机系统建模思想 79
3.2.1 随机系统建模思想 79
3.2.2 随机系统建模关键技术 81
3.3 车辆子系统随机振动模型 82
3.3.1 车辆随机参数模型 82
3.3.2 车辆空间随机振动方程 93
3.4 轨道子系统随机振动模型 96
3.4.1 无砟轨道有限元随机参数模型 96
3.4.2 有砟轨道质量块随机参数模型 97
3.4.3 轨道结构随机振动方程 99
3.5 桥梁子系统随机振动模型 100
3.5.1 桥梁系统振动分析模型 100
3.5.2 支座刚度的影响 105
3.5.3 基础作用等效刚度矩阵 105
3.5.4 桥梁系统随机振动方程 106
3.6 轮轨相互作用与随机轮轨关系 107
3.6.1 常用轮轨踏面基本几何特征 108
3.6.2 三维轮轨接触精细化计算模型 109
3.6.3 轮轨随机接触找点的数值计算方法 114
3.6.4 轮轨相互作用力计算 132
3.7 列车-轨道-桥梁系统随机振动方程组的建立 141
3.8 列车-轨道-桥梁系统随机振动方程组的求解 142
3.8.1 随机参数选点与随机激励模拟 142
3.8.2 数值积分方法 147
3.8.3 随机振动方程的概率密度演化求解 153
3.9 列车-轨道-桥梁系统简化计算模型 157
3.9.1 列车-轨道-桥梁系统空间简化随机振动模型 157
3.9.2 列车-轨道-桥梁系统竖向简化随机振动模型 165
3.10 本章小结 168
第4章 列车-轨道-桥梁系统随机振动相互作用仿真软件与验证 170
4.1 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析软件的编制 171
4.1.1 软件编制思路与目的 171
4.1.2 软件功能模块与程序框架 172
4.1.3 软件分析与求解流程 173
4.2 TTBP与蒙特卡罗法的对比验证 175
4.2.1 随机振动响应的概率分布 175
4.2.2 车辆响应与蒙特卡罗法的对比验证 176
4.2.3 桥梁响应与蒙特卡罗法的对比验证 178
4.3 TTBP与已有典型算例的对比验证 179
4.4 TTBP与列车-轨道-桥梁系统现场动力试验结果的对比验证 183
4.4.1 合肥—福州高速铁路南平建溪特大桥动力试验与验证 184
4.4.2 朔黄重载铁路混凝土简支梁动力试验与验证 190
4.5 本章小结 198
第5章 列车-轨道-桥梁系统随机动力性能综合评定方法 200
5.1 列车-轨道-桥梁系统耦合随机动力性能评定方法 200
5.1.1 基于概率保证率的随机响应概率不确定性界估计 200
5.1.2 基于随机分析的轨道-桥梁体系动力性能评定方法 204
5.2 列车-轨道-桥梁系统随机动力性能评估指标体系 206
5.3 列车过桥运行安全性评定标准 208
5.3.1 脱轨系数 208
5.3.2 轮重减载率 210
5.3.3 轮轨横向力 212
5.3.4 轮轴横向力 212
5.4 列车过桥运行平稳性与舒适性评定标准 213
5.4.1 车体振动加速度 213
5.4.2 平稳性与舒适性指标 214
5.5 桥梁动力性能评定标准 215
5.5.1 桥梁自振频率 215
5.5.2 桥梁挠度 219
5.5.3 桥梁横向振幅 222
5.5.4 桥梁振动加速度 224
5.5.5 桥梁梁端折角 225
5.6 本章小结 226
第6章 列车-轨道-桥梁系统随机动力响应特性与桥上行车安全评估 228
6.1 列车-轨道-简支梁桥系统耦合随机动力响应的基本特征 228
6.1.1 高速铁路通用简支梁桥型概况与随机参数假设 228
6.1.2 列车过桥时车辆随机动力响应特征 232
6.1.3 列车过桥时轮轨随机接触关系特征 233
6.1.4 列车过桥时轨道随机动力响应特征 236
6.1.5 列车过桥时桥梁随机动力响应特征 237
6.2 系统随机参数对列车-轨道-简支梁桥系统随机动力特性影响分析 240
6.2.1 车辆结构参数敏感性分析 240
6.2.2 桥梁结构参数敏感性分析 245
6.3 轨道随机不平顺对列车-轨道-简支梁桥系统随机动力特性的影响 251
6.3.1 轨道不平顺分量影响分析 251
6.3.2 常用轨道不平顺功率谱的系统随机振动响应对比分析 255
6.3.3 中国高速铁路无砟轨道谱与德国低干扰轨道谱随机响应对比分析 257
6.4 列车-轨道-简支梁桥系统行车安全评估算例 260
6.4.1 桥梁概况与随机工况 260
6.4.2 列车-轨道-桥梁系统耦合振动分析与行车安全评估 263
6.5 本章小结 267
第7章 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 268
7.1 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动分析模型 270
7.1.1 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机动力学模型 270
7.1.2 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动方程求解 275
7.1.3 地震作用下桥上列车行车安全评估标准 277
7.2 地震作用下列车-轨道-简支梁桥系统随机振动及参数分析 278
7.2.1 地震作用下列车-轨道-简支梁桥系统随机振动分析模型与随机地震波代表性样本 278
7.2.2 地震强度对列车-轨道-桥梁系统随机地震响应的影响分析 280
7.2.3 隔震支座对列车-轨道-桥梁系统随机地震响应的影响分析 283
7.2.4 车速对列车-轨道-桥梁系统随机地震响应的影响分析 286
7.3 地震作用下列车-轨道-简支梁桥系统行车安全评估算例 288
7.4 本章小结 290
第8章 列车-轨道-桥梁系统运行平稳性与乘坐舒适性评估 291
8.1 车辆运行平稳性与乘坐舒适性影响因素及评价概述 291
8.2 基于概率保证率的列车-轨道-桥梁系统旅客乘坐舒适性评估 293
8.2.1 基于概率保证率的列车-轨道-桥梁系统乘坐舒适性评定方法 293
8.2.2 高速铁路简支梁桥乘坐舒适性的概率密度演化响应与参数分析 297
8.3 旅客乘坐舒适性指标的车速影响规律与波长敏感性分析 302
8.3.1 不同轨道谱对车辆乘坐舒适性的影响分析 302
8.3.2 随机激励下车速对车辆不同位置乘坐舒适性的影响 303
8.3.3 随机激励下旅客乘坐舒适性敏感波长高效分析 304
8.4 本章小结 308
第9章 基于人工智能算法的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测方法 309
9.1 基于GA-BP神经网络的列车-轨道-桥梁系统耦合振动响应预测 309
9.1.1 GA-BP神经网络及算法优化 309
9.1.2 基于GA-BP神经网络的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测 311
9.1.3 列车-轨道-桥梁系统随机响应预测分析算例 314
9.2 基于PSO-LSTM的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测 315
9.2.1 PSO-LSTM神经网络模型 315
9.2.2 基于PSO-LSTM神经网络模型的随机响应预测算例与验证 319
9.2.3 列车-轨道-桥梁系统随机响应预测结果 320
9.3 基于BO-CNN-MLSTM和概率密度演化理论的列车-轨道-桥梁系统随机振动响应预测 322
9.3.1 CNN-MLSTM深度学习模型 322
9.3.2 贝叶斯优化深度学习模型 325
9.3.3 基于BO-CNN-MLSTM的列车-轨道-桥梁系统随机响应预测方法框架与验证 328
9.3.4 高速铁路列车-轨道-桥梁系统随机响应预测算例分析 330
9.4 本章小结 338
第10章 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估应用 339
10.1 昌赣高速铁路赣江特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 339
10.1.1 桥梁建模与系统随机参数 339
10.1.2 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估 342
10.1.3 考虑预拱度与温度耦合的车桥耦合随机振动分析 348
10.1.4 地震作用下列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估 350
10.1.5 行车安全评估基本结论 355
10.2 厦深高速铁路榕江特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 355
10.2.1 桥梁建模与系统随机参数 355
10.2.2 榕江特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动响应分析 358
10.2.3 榕江特大桥行车安全性和平稳性评估 363
10.2.4 行车安全评估基本结论 365
10.3 郑济高速铁路郑州黄河特大桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 365
10.3.1 桥梁建模与系统随机参数 365
10.3.2 列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与桥上行车安全评估 367
10.3.3 桥梁组件与环境因素引起的车桥耦合振动特性及行车安全影响分析 371
10.3.4 行车安全评估基本结论 378
10.4 其他典型铁路列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估实例 378
10.4.1 大跨度悬索桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 378
10.4.2 无砟轨道波形钢腹板矮塔斜拉桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 383
10.4.3 特大跨双线有砟槽型混凝土连续梁拱桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估 386
10.4.4 连续多跨无砟轨道预应力混凝土连续梁桥列车-轨道-桥梁系统随机振动分析与行车安全评估算例 389
参考文献 393
