强震作用下高速铁路桥梁损伤破坏及全寿命性能设计与控制

This research is aimed to investigate new control techniques and means to prevent damage and failure of high-speed railway bridge under severe earthquakes. Theoretical analysis, model test, numerical simulation and in-situ measurement are combined to study of damage process of high-speed railway bridges. The main failure modes of the high-speed railway bridge are analyzed and optimized. Considering nonlinear behaviors of a railway bridge, fortification level, evaluation indices and methodology of full-life performance design of a high-speed railway bridge are built. Design and control theory for high-speed railway bridges are established under multi-dimensional coupled effects among earthquake and train loading. This project can improve the theoretical level of nonlinear vibration and damage control, and provide necessary scientific and technological support for safety of construction and operation of high-speed railway bridge, which is of theoretical and practical significances.

本项目以研究减轻高速铁路桥梁在强震下损伤破坏的结构对策为目标，采用理论分析、模型试验、数值模拟和现场量测相结合的方法，研究高速铁路桥梁地震损伤破坏演化规律及破坏机理，优化高速铁路桥梁的失效模式。通过分析高速铁路桥梁的地震破坏形态与抗震性能，研究其全寿命抗震设计的设防水准，评价指标及方法，建立高速铁路桥梁全寿命抗震性能评价理论体系和设计方法。研究地震与列车多维耦合作用下高速铁路桥梁的减震控制原理和方法，构建高速铁路桥梁减震控制理论体系。上述研究，对于提升我国高速铁路桥梁的抗震减灾关键科学与技术，保障高速铁路桥梁的安全建设和运营提供了必要的理论和技术依据。

以研究减轻高速铁路桥梁在强震下损伤破坏的结构对策为目标，采用理论分析、模型试验、数值模拟和现场量测相结合的方法，研究了强震作用下高速铁路桥梁损伤破坏及全寿命性能设计与控制，项目主要工作如下：.（1）高速铁路列车-轨道-桥梁装置的耦合振动模型的完善.考虑了“列车-轨道-桥梁”装置的耦合振动模型，研究了列车运行期间所产生的轮轨力与制动力的大小，得出了列车运行速度对高铁桥梁受力的影响规律。.（2）高速铁路桥梁桥墩非线性分析及试验研究.对高（23.5m）、中（12m）、低（6m）三种典型墩柱建立非线性精细化有限元模型，并加工制作了大比例1:6拟静力试验模型桥墩，通过数值分析和试验研究获得高铁桥墩弹塑性动力特性及力学行为，确定实际高铁桥墩承载能力，以及实际高铁桥墩高墩、中墩和低墩的破坏形态，是弯曲破坏、剪切破坏或者弯剪破坏。.（3）高速铁路桥梁弹塑性地震响应分析.以长昆高速铁路张家田大桥为研究对象进行分析，分析时取等高六跨简支梁。在罕遇地震作用下，采用抗震结构的高铁桥墩进入塑性状态，桥墩发生严重破坏。在罕遇地震作用下高铁桥采用摩擦摆支座具有良好的减震性能。.（4） 高速铁路桥梁地震失效模式研究.对摩擦摆支座和铅芯橡胶支座的隔震体系进行了失效模式研究。隔震桥墩弯矩大大降低，并且小于桥墩自身的初始屈服弯矩，整个桥墩处于弹性状态。研究了隔震桥在不同地震动作用下的失效模式，高铁桥梁隔震支座中，两个边支座最先失效，接着是中墩支座，最后是过渡墩失效。.（5）高速铁路桥梁减隔震控制研究.提出了摩擦摆支座（FPS）、弹塑性阻尼器与缓冲限位装置并联的高铁桥梁隔震方案。以某三跨高速铁路简支梁桥为模型，考虑在强震下桥梁结构碰撞响应分析。.（6） 高速铁路桥梁新型减隔震支座设计与试验.针对于高铁简支梁桥提出了两种新型减隔震装置。从分析和优化结果可知：.新型减隔震装置对高速铁路简支梁桥在强震作用下的地震反应具有良好的控制效果。根据分析对象的性能要求对梁底相对位移、支座残余变形、最大响应加速度等进行有针对性的控制。满足高铁简支梁桥设计时的不同性能要求。