强风作用下高速铁路桥上行车安全保障关键技术及应用

1、强风作用下高速铁路桥上行车安全保障关键技术及应用提名单位：詹天佑科学技术发展基金会提名奖种：国家科学技术进步奖提名意见：强风是引发车辆运行安全事故的主要气象灾害之一。因强风导致车辆限速、限行甚至行车安全事故在世界范围内时有发生，轻则路网中断，重则车毁人亡，社会影响极大。我国高速铁路桥梁占线路里程比例平均以上，最高达，公交化运行的高速列车在时空上均很难避免强风环境下的桥上行车。相比平地路基，桥梁结构柔、桥面风速大，车辆与桥梁之间动力相互作用显著、气动干扰效应复杂，强风作用下高速铁路桥上行车安全问题面临更大挑战。项目组针对高速铁路车桥系统气动特性实验验证、动力响应精准预测和桥上行车安全保障三大技术

2、难题，经过余年的理论和技术创新，自主研建了国际领先的高速铁路风洞及横风移动车桥实验系统，为高速铁路车桥系统气动特性识别提供了成套技术装备；建立了强风作用下高速铁路车桥系统耦合振动精细化分析方法，发展和完善了车桥系统动力响应分析和安全评估理论；提出了高速铁路车桥系统多目标的协同抗风设计方法，创建了强风作用下桥上行车安全的综合保障技术。该项目共获国家授权发明专利项、实用新型专利项、软件著作权项，发表论文篇、论文篇，出版专著、教材各部，获湖南省科技进步一等奖和中国铁道学会铁道科技奖一等奖各项。研究成果成功应用于余座受强风影响的高速铁路重大桥梁工程，有力推动了我国高速铁路桥梁动力设计的技术进步，保障了

3、强风作用下车桥系统的运营安全，社会和经济效益显著对照国家科学技术进步奖授奖条件，提名该项目为国家科学技术进步奖一等奖。项目简介：我国高速铁路桥梁占线路里程比例平均以上，最高达。公交化运行的高速列车在时空上均很难避免强风环境下的桥上行车。相比平地路基，桥梁结构柔、桥面风速大，车辆与桥梁之间动力相互作用显著、气动干扰效应复杂，强风作用下高速铁路桥上行车安全问题面临更大挑战。项目组针对高速铁路车桥系统气动特性实验验证、动力响应精准预测和桥上行车安全保障三大技术难题，经过余年的理论和技术创新，在高速铁路移动车桥风洞实验新技术、风车桥耦合振动理论分析新方法、车桥系统气动防风新装置等方面取得了重大突破：(

4、)自主研建了国际领先的高速铁路风洞及横风移动车桥实验系统，为高速铁路车桥系统气动特性识别提供了成套技术装备。研建了世界风速最高()、双实验段错层布置的新型高速铁路专用边界层风洞，为横风移动车桥实验提供了关键装备；研发了车桥组合模型系统气动力分离装置，解决了高速铁路桥梁静止车、桥模型气动力同步分离测试难题；研发了风洞内车辆模型移动的加减速装置，提出了移动车桥系统气动力无线同步测试方法，建立了移动车桥系统气动耦合特性识别技术。()建立了强风作用下高速铁路车桥系统耦合振动精细化分析方法，发展和完善了车桥系统动力响应分析和安全评估理论。建立了东南沿海和西部山区大气边界层强风特性数据库，提出了边界层强风

5、精细风谱模型；首次建立了桥上典型车辆气动力模型，率先考虑了风的非平稳特性、抖振力空间相关性和多参数随机性等影响，发展了高速铁路桥梁风车桥系统耦合振动分析理论；建立了强风环境下车辆倾覆临界状态的累计力矩分析方法，提出了桥上车辆安全运行车速和风速指标体系，完善了强风作用下车桥系统安全评估理论。()提出了高速铁路车桥系统多目标的协同抗风设计方法，创建了强风作用下桥上行车安全的综合保障技术。揭示了大跨桥梁柔性构件主梁轨道振动传递机制，提出了分布式辅助索等新型抑振措施；建立了考虑风屏障、车辆和桥梁等多目标的协同抗风设计方法，提出了典型跨度桥梁刚度限值，为强风作用下桥梁动力设计提供了科学依据；研发了百叶窗

6、型、合页型和组合型等新型风屏障形式，创新了高速铁路车桥系统抗防风设计方法。本项目共获国家授权发明专利项、实用新型专利项、软件著作权项，发表论文篇、论文篇，出版专著、教材各部。主要成果纳入高速铁路设计规范，成功应用于余座受强风影响的高速铁路重大桥梁工程，有力推动了我国高速铁路桥梁动力设计的技术进步，保障了强风作用下车桥系统的运营安全，大幅提高了风期运能，社会和经济效益显著。评估专家一致认为：“研究成果总体上达到国际先进水平，其中移动车桥风洞实验系统和百叶窗新型风屏障结构居国际领先水平”，并分别获得湖南省科技进步一等奖和中国铁道学会铁道科技奖一等奖各项。客观评价：本项目利用联合攻关与集成创新等手段

7、，研发了静止移动车辆桥梁系统气动耦合特性识别新技术，建立了强风作用下公路和轨道交通车桥系统耦合振动精细化分析方法，形成了强风作用下桥上行车安全的综合保障技术，成功解决了强风下桥上行车安全和运营实践中的一系列难题，项目整体技术达到国际领先水平。、科技鉴定与评价意见中国铁道学会组织的科学技术成果评价认为：“研究成果总体上达到国际先进水平，其中移动车桥风洞实验系统和百叶窗新型风屏障结构居国际领先水平”。、科技查新教育部科技查新工作站()查新报告表明，“新技术的创新性与先进性在国内外专利及文献中均未见报道”。、科技奖励()年度湖南省科技进步一等奖()年度中国铁道学会铁道科技奖一等奖推广应用情况项目研究

8、成果已在武广高铁天兴洲长江大桥、京沪高铁大胜关长江大桥、商合杭铁路芜湖长江公铁大桥、杭绍台高铁跨椒江钢桁斜拉桥、珠机城际铁路金海大桥等余座高铁桥梁中得到推广应用，为桥梁的动力设计提供了技术支撑，保证了桥上车辆运行的安全性与舒适性，取得了显著的社会、环保与经济效益，表明项目研究成果具有广阔的推广应用前景。主要知识产权证明目录知识产权（标准）类别知识产权（标准）具体名称国家（地区）授权号（标准编号）授权（标准发布）日期证书编号（标准批准发布部门）权利人（标准起草单位）发明人（标准起草人）发明专利（标准）有效状态发明专利一种形风洞实验列车加速系统中国年月日第号中南大学；高速铁路建造技术国家工程实验室

9、何旭辉，余志武,李玲瑶，王汉封，黄志辉，冉瑞飞，赖慧芯心小有效发明专利一种移动列车无线动力测试系统中国年月日第号中南大学；高速铁路建造技术国家工程实验室何旭辉，刘应龙，余志武，冉瑞飞，杜风宇，叶剑有效发明专利用于高速铁路桥梁的组合式风屏障中国年月日第号中南大学；高速铁路建造技术国家工程实验室何旭辉，叶剑，邹云峰，王汉封，史康，周佳有效发明专利移动车辆气动力测试装置中国年月日第号长沙理工大学韩艳，蔡春声，张建仁，罗昆，李春光，殷新锋，王武生，陈政清，李传习，胡揭玄有效发明专利一种区间风谱模型的建立方法中国年月日第号东南大学王浩，程怀宇，郭彤，吴明明，王龙花有效发明专利用于组合节段模型气动力同步分

10、离的模拟装置中国年月日第号中南大学；高速铁路建造技术国家工程实验室邹云峰，何旭辉，李欢，贺俊，周佳有效软件著作权高速铁路桥梁列车风耦合系统动力分析软件中国年月日软著登字第号郭文华；刘海涛；陈代海；司学通有效软件著作权非平稳激励下车桥耦合随机振动分析中国年月日软著登字第号中南大学；中国铁路总公司有效论文国际年中南大学；高速铁路建造技术国家工程实验室何旭辉，邹云峰，王汉封，韩艳，史康论文论文国际()年东南大学；中南大学陶天友，王浩，姚程渊，何旭辉，论文主要完成人情况.何旭辉，排名行政职务：副院长技术职称：教授工作单位：中南大学完成单位：中南大学对本项目技术创造性贡献：对创新点、做出创造性贡献。.韩

11、艳，排名行政职务：副院长技术职称：教授工作单位：长沙理工大学完成单位：长沙理工大学对本项目技术创造性贡献：对创新点、做出创造性贡献。.邹云峰，排名行政职务：无技术职称：讲师工作单位：中南大学完成单位：中南大学对本项目技术创造性贡献：对创新点、做出创造性贡献。.郭文华,排名行政职务：无技术职称：教授工作单位：中南大学完成单位：中南大学对本项目技术创造性贡献：对创新点做出创造性贡献。.王浩，排名行政职务：无技术职称：教授工作单位：东南大学完成单位：东南大学对本项目技术创造性贡献：对创新点做出创造性贡献。.苏伟，排名行政职务：总工程师技术职称：教授级高工工作单位：中国铁路设计集团有限公司完成单位：中

12、国铁路设计集团有限公司对本项目技术创造性贡献：对创新点做出创造性贡献。.李龙安，排名行政职务：副院长技术职称：教授级高工工作单位：中铁大桥勘测设计院集团有限公司完成单位：中铁大桥勘测设计院集团有限公司对本项目技术创造性贡献：对创新点做出创造性贡献。.敬海泉，排名行政职务：无技术职称：讲师工作单位：中南大学完成单位：中南大学对本项目技术创造性贡献：对创新点做出重要贡献。.文望青，排名行政职务：集团副总工程师技术职称：教授级高工工作单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司完成单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司对本项目技术创造性贡献：对创新点、做出重要贡献。.郭向荣，排名行政职务：无技术职称：教授工作

13、单位：中南大学完成单位：中南大学对本项目技术创造性贡献：对创新点做出重要贡献。主要完成单位及创新推广贡献本项目完成单位共计家：中南大学、中铁大桥勘测设计院集团有限公司、中国铁路设计集团有限公司、中铁第四勘察设计院集团有限公司、长沙理工大学、东南大学、高速铁路建造技术国家工程实验室。中南大学为本项目的主要研发单位，负责本项目总体规划和技术路线安排，组织本项目的计划于实施，并对研究成果进行全面审定，负责本课题整体成果的推广与应用。完成人合作关系说明本项成果主要由中南大学何旭辉、邹云峰、郭文华、敬海泉、郭向荣，长沙理工大学韩艳，东南大学王浩，中国铁路设计集团有限公司苏伟，中铁大桥勘测设计院集团有限公

14、司李龙安，中铁第四勘察设计院集团有限公司文望青等人共同完成。项目组成员长期从事桥梁工程科研和建设（设计、施工、管理）工作，有长期稳定的合作关系，对强风作用下桥上行车安全保障理论、技术及应用进行了持续深入的研究。合作完成人何旭辉、邹云峰、郭文华、敬海泉、郭向荣同为中南大学教师和高速铁路建造技术国家工程实验室研究人员，属同一单位，同一课题组，完成人共同完成项目，合著论文，具有共同知识产权，共同获得年度湖南省科技进步一等奖和年度中国铁道学会铁道科技奖一等奖。主要完成的工作包括：提出了静止移动车桥系统气动耦合特性识别关键技术方法，解决了风车桥系统理论分析难以实验验证的技术难题；建立了强风作用下桥上运行

15、车辆倾覆的分析模型，并提出了考虑车桥气动相互干扰的倾覆系数计算公式；提出了桥上典型高速列车安全运行车速和风速指标体系；基于风屏障气动综合优化结果，给出了桥上典型风屏障最优结构形式和设计参数；提出了多种新型风屏障，为自适应风屏障的实现提供了途径。合作完成人韩艳，系长沙理工大学教授，长期从事桥梁风工程、风车桥耦合振动等研究，自年起与中南大学合作承担了风车桥耦合振动研究，合著论文，共同获得年湖南省科技进步一等奖。主要完成的工作包括：开发一种移动车辆模型气动力测试装置，有效地模拟车辆在桥梁上的行驶状态，并准确地测试车辆的气动力，探明车辆与桥梁间的气动干扰规律，建立了桥上典型车辆气动力荷载模型；建立了能

16、考虑车桥气动耦合效应和抖振力空间相关性等影响的风车桥系统耦合振动响应分析方法，进一步提高风车桥系统动力响应预测精度。合作完成人王浩，东南大学教授，长期从事结构抗风研究，自年起，与中南大学合作开展了特殊风向场风特性研究工作，合著论文。主要完成的工作包括：提出了基于小波函数加权和法的非平稳风速演变功率谱密度函数估计方法，基于实测数据和数值模拟，建立了复杂地形的边界层强风精细风谱模型，针对大跨桥梁的整体振动；建立了一种可考虑影响的车辆桥梁空间振动时域分析方法，提出了利用最小峰值优化准则确定参数，并给出了建议取值。合作完成人苏伟，中国铁路设计集团有限公司教授级高工，长期从事铁路桥梁车桥耦合振动研究，自

17、年起，与中南大学合作承担了中国铁路总公司重点课题，共同获得年度中国铁道学会铁道科技奖一等奖。主要完成的工作包括：对不同跨度等级、不同设计速度、不同基础沉降等条件下的常用跨度桥梁进行车桥耦合分析，得出各工况下常用跨度高速铁路桥梁、城际铁路桥梁、客货共线铁路桥梁和重载铁路桥梁的跨中动挠度、跨中加速度、轮重减载率及车体加速度响应值，进而确定了的桥梁竖向设计基频、竖向挠跨比、梁端竖向折角、基础工后沉降及墩台顶纵向线刚度限值，为强风作用下桥梁动力设计提供了科学依据。合作完成人李龙安，系中铁大桥勘测设计院集团有限公司教授级高工，长期从事大跨铁路桥梁设计工作，自年起与中南大学合作承担了天兴洲长江大桥、大胜关长江大桥、洞庭湖特大桥等大跨桥梁风车桥耦合振动分析、新型风屏障气动优化研究，与中南大学合作承担了中国铁路总公司重点课题，共同获得年度湖南省科技进步一等奖。主要