这是新浪微博上的一个视频，在中国高铁上玩“立硬币”挑战，已成外国人打卡中国高铁时的保留节目。在视频中，即便高铁时速超过了300km/h，但这枚硬币还是纹丝不动！
虽说平稳是中国高铁最硬核的实力之一，但有一个现实的问题仍不能回避：我国地处环太平洋地震带与欧亚地震带之间，有近万公里高速铁路线路横跨高地震烈度区。且高速铁路线路桥梁占比高，列车运行速度不断加快，最高运行时速可达350km/h。老司机们都知道，车辆速度越快，稳定性就越差，稍有不慎就可能出现侧翻的情况。
图：日本地震导致新干线列车脱轨
高铁不仅要飞驰如风，还要稳如泰山，是怎么做到的？行驶途中如果遭遇地震怎么办？这背后需要科学家们做哪些工作呢？
车桥耦合的奥秘
是指列车与桥梁之间的相互作用。当高速列车通过桥梁时，它们之间会产生复杂的力学响应，这种响应不仅影响列车的舒适度，也直接关系到列车的安全运行。除了日常的运行条件，高铁还需要面对地震、台风等自然灾害的挑战。在地震发生时，桥梁可能会发生位移或变形，这对列车的安全运行构成了极大的威胁。因此，研究车桥耦合问题，对于提高高铁在极端条件下的安全性至关重要。
2、车桥耦合的重要性
安全性：高铁在高速行驶时，车体与桥梁的相互作用可能导致振动和不稳定，尤其在地震等自然灾害发生时，这种影响更加明显。因此，研究车桥耦合，可以帮助工程师们设计出更具抗震能力的桥梁，从而保障乘客的安全。
舒适性：乘客在高铁上体验到的舒适性与列车的振动密切相关。通过优化车桥耦合设计，可以减少列车在行驶过程中的震动，提高乘客的乘坐体验。
经济性：合理的车桥耦合设计可以延长桥梁和列车的使用寿命，降低维护成本，从而提高高铁的经济效益。
3、车桥耦合的研究方法
车桥耦合的研究涉及多学科交叉，为了深入研究车桥耦合现象，研究方法主要包括：
理论分析：建立车辆-轨道-桥梁动力学模型，进行数学推导和计算。
数值模拟：利用有限元等数值方法，模拟车桥耦合系统的动力学行为。
现场测试：在实际运营线路上进行测试，收集真实数据。
振动台试验：在实验室中模拟真实环境，进行控制性试验。
通常用于结构抗震研究的振动台也被应用于高铁行车的试验。它能够模拟各种振动环境和进行大尺度的动力学试验，通过试验，可以验证数值模拟的结果，确保其准确性和可靠性，根据试验结果，工程师们可以对列车和桥梁的设计进行优化。
高铁抗震设计举措
2024年4月3日，台湾花莲县海域发生7.3级地震。受地震影响，福建、江西、浙江、江苏等地部分列车停运，出现不同程度晚点。
我国高铁在选址、设计和建设时充分考虑了地震对线路的影响。
在选线过程中，高铁遵循以绕避活动断裂为主的“地质选线”理念，通过开展地质调绘、勘探测试，尤其针对地震液化、断裂性质及特征等进行重点勘察，从而评价地震区灾害和场地工程建设适宜性。
中国高铁桥梁比例高，一座座大桥挺起了中国的脊梁。所以在面对地震时，如何减震的重担就落在高架桥的架设上。在设计阶段，桥梁就充分考虑了一定的减震空间，巧妙地将“减隔震”技术应用到高铁桥梁上。
桥梁隔震：一般是在桥墩和梁之间安装隔震支座，当遭受较大地震时，桥墩随地面运动，由于隔震支座将地面运动和梁部分离开，使桥梁结构受到地震作用影响而产生的放大效应得到很大减小，实现隔震消能的目的。
桥梁减震：一般是在桥梁的墩顶和梁之间安装特殊的耗能装置来消耗地震能量，从而减轻对桥梁结构的破坏。耗能装置通常采用黏滞阻尼器、软钢阻尼器、高阻尼橡胶等，将地震作用下的往复运动机械能转化为热能等其他形式，减少地震能量传递到桥梁结构上。
为了达到更好的抗震效果，常常将“隔震”支座和“减震”阻尼器组合使用，形成“减隔震”技术。
图：桥梁隔震示意图
地震预警为高铁安全保驾护航
我国幅员辽阔，境内有多条地震带，是一个地震频发的国家。地震灾害对高速铁路运行安全的影响很大，因此我国在高速铁路设置了地震预警监测系统，由部署在铁路沿线的地震仪，传输网络、铁路局中心组成。当强震发生时，地震预警监测系统可以提前为高速行驶中的列车提供预警信息，根据不同报警等级，通过信号列控系统接口控制列车减速或停车，通过牵引供电系统接口控制接触网断电，最大程度降低地震对高速铁路列车运行造成的危害。
2023年8月6日，山东平原5.5级地震发生后7.5秒，国家铁路地震信息交换平台收到国家预警工程发布的地震预警信息，多趟载客列车采取紧急制动措施。
中国铁道科学研究院集团首席研究员张格明在国家地震烈度速报与预警工程竣工验收新闻发布会上指出：我国实现了高铁地震预警和高速列车车地联动紧急处置，这一系统已在我国新建高速铁路全面推广应用，同时在印尼雅万高铁上得到应用。
图：系统提前数秒预警，可有效避险减灾
从"立硬币"挑战到抗震设计，中国高铁展现了"稳"与"快"的完美结合，这背后凝聚了无数科研工作者的智慧和汗水。中国高铁的成就不仅体现在速度上，更体现在将速度与安全、舒适完美融合的能力上。我们有理由相信，中国高铁将继续引领世界铁路发展，为人们提供更安全、更舒适、更便捷的出行体验。
参考资料：
1.地震作用下车桥耦合系统动力响应及振动控制研究（作者 陈代海）；
2.高速铁路地震预警系统与地震台网融合预警技术研究（作者 杨林 刘志明等）；
3.数值模拟：车桥耦合振动（公众号：同济风工程）；
4.突发地震下运行的高速列车对高铁桥梁地震相应的影响规律研究（公众号：国巍课题组）。
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编辑：熊丹
一审：盛馨逸
二审：简益波
终审：刘小龙
