大跨度高速铁路桥梁抗风关键技术及工程应用

中南大学

    一、主要科技创新

    （1）创新了特殊地形风参数分析及取值方法，建立了高速铁路桥梁抗风设计风速分级标准。建立了考虑热效应的高原深切峡谷风场特性分析模型，揭示了局地风场的小尺度热力效应驱动机制，探明了深切峡谷风场日变化特征；建立了风洞试验-CFD模拟相结合的风场分析方法，揭示了复杂山区风参数时-空分布规律；提出了无剖面特征风场的风速关联推演方法，解决了复杂地形桥梁及构件基准风速取值难题。针对大跨度高铁桥上“有车”和“无车”两种典型状态，制定了抗风设计风速分级取值标准，并提出了相应的抗风设计目标。

    （2）提出了高速铁路大跨桥梁典型主梁风荷载计算模型，揭示了车与桥、桥与桥之间的气动干扰机理，建立了车-桥系统风荷载理论模型。探明了多片桁主梁和箱梁的结构参数对气动特性的影响规律，建立了高铁桁梁和箱梁风荷载计算模型；揭示了列车与桥梁之间的气动干扰规律和绕流机理，提出了桥梁附加风攻角效应、列车车肩流动转捩效应和车桥间隙流加速效应；提出了考虑湍流三维效应的车-桥系统气动导纳分析方法，建立了车-桥系统抖振力数学模型；揭示了大跨度双幅桥梁绕流特性和流致振动响应特征，探明了气动外形、间距比、频率比、阻尼比和风攻角等参数对平行双幅箱梁桥气动特性的干扰机理，建立了双幅桥涡激力模型和尾流致振荷载模型。

    （3）建立了大跨高速铁路桥梁动力特性数据库，提出了考虑桥梁涡振和抖振的列车走行性分析方法和限幅标准，完善了大跨度高速铁路桥梁抗风设计理论。建立了基于现场实测的国内重要大跨度高铁桥梁动力特性数据库，提出了大跨度高铁桥梁阻尼比取值；提出了考虑桥梁涡振和抖振效应的风-车-桥耦合振动分析方法，推导了大跨度高铁桥梁行车安全涡振振幅限值，提出了铁路桥梁风致振动限幅标准和评价方法；揭示了典型高铁桥梁拉索和吊杆等风敏感构件风致振动规律和关键影响因素，并提出了有效风振控制措施。

    二、项目评价

    成果总体达到国际先进水平，其中高速铁路桥梁设计风参数取值方法、车-桥系统风荷载理论模型达到国际领先水平。

    三、取得成果及效益

    获国家授权发明专利12项、软件著作权2项，发表SCI、EI论文50余篇，出版学术专著1部，主编首部《铁路桥梁抗风设计规范》（Q/CR 9162-2023）。研究成果已成功应用于福厦高铁、杭台高铁等多条高速铁路的大跨度桥梁，并推广应用于城际铁路和高速公路桥梁，为我国大跨度高速铁路桥梁抗风设计和行车安全提供了重要支撑，经济社会环境效益显著，推广应用前景广阔。