提升行车安全性的高铁桥梁精益设计关键技术及应用

中国铁路设计集团有限公司

    我国高铁运营里程已达4.8万公里，桥梁平均占线比超50%。高铁网面临复杂恶劣的运营环境，越织越密的高铁线路不可避免地穿越地震区，保障高铁桥上行车的安全性是高铁桥梁设计的首要目标。项目经十余年的理论与技术攻关，在形位计算与控制、地震灾变评价与防控、高铁桥梁精益设计等方面取得了系列创新成果，形成了具有自主知识产权的提升行车安全性的高铁桥梁精益设计关键技术及应用体系。

    一、主要科技创新

    创立提升桥上轨道平顺性的形位计算与控制技术。揭示桥梁变形与行车安全的动态映射机理；构建变截面桥墩仿真单元，提出多荷载类型墩顶位移精准算法和轨道不平顺智能评估方法；研发考虑桥梁损伤、弓网耦合、轮轨磨耗等影响的人-车-轨-桥耦合高精度分析系统。设计精度达亚毫米级，行车安全和舒适性优异。

    构建车-轨-桥系统地震灾变评价与防控技术。建立地震下车-轨-桥数物融合综合模拟技术，揭示高铁轨道桥梁系统地震响应及参数影响规律；开展轨道-桥梁关键构件试验，建立“视变形率”行车安全评价指标；提出地震系统灾变防控策略，研制新型减隔震支座和防落耗能装置，开发桥梁罕遇地震分析系统。实现了基于行车安全性的高铁桥梁减隔震设计。

    创建多目标优化的高铁桥梁精益设计技术。提出活载布置、荷载组合、水文地质效应的精确算法；构建变截面空间梁单元精准形函数，建立考虑材料时变特性的桥梁上部结构优化技术，开发自主桥梁有限元分析系统；构建墩台基础精细化计算模型和系统优化方法，创建桥梁下部结构精细设计解决方案。优化后的梁部结构及下部结构节省混凝土3%以上，钢筋8%以上。

    二、项目评价

    项目研发了自主可控的智能化的高铁桥梁精益设计平台，形成了一整套具有自主知识产权的提升行车安全性的高铁桥梁精益设计关键技术及应用体系，解决了常规设计中面临的轨道高平顺性保障弱、地震行车灾变防控难、多目标精细设计程度低的问题，提升了复杂和地震环境下高铁桥上行车的安全性和舒适性，优化了桥梁结构设计，节省了工程造价。相关成果整体达国际领先水平。

    三、成果及效益

    成果广泛应用于高速铁路、城际铁路等桥梁精益设计中，累计支撑我国近30%的高铁桥梁设计。在国家高速铁路骨干网、“一带一路”重大项目、国铁总包项目中得到广泛应用，使用过程中攻克了众多工程技术难关，并逐步推广到了多家高铁设计单位，推进了我国规模化高铁桥梁建设的整体精细化、智能化发展，经济社会效益显著。

    项目组编制学术专著3部，授权发明专利62件，授权实用新型31件、软著39项；专利成果支撑形成了系列专利密集型产品；发表论文171篇，其中SCI/EI检索114篇。