强风作用下高速铁路桥上行车安全保障关键技术及应用

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50%以上，最高达94.2%，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-桥系统气动特性试验验证、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10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-桥试验系统，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13项、实用新型专利15项、软件著作权5项，发表SCI论文35篇、EI论文50篇，出版专著、教材各1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1项。研究成果成功应用于40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，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二等奖。

项目简介:

我国高速铁路桥梁占线路里程比例平均50%以上，最高达94.2%。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-桥系统气动特性试验验证、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10余年的理论和技术创新，在高速铁路移动车-桥风洞试验新技术、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：

（1）自主研建了国际领先的高速铁路风洞及横风-移动车-桥试验系统，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（350km/h）、双试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-桥试验提供了关键装备；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。

（2）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。

（3）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13项、实用新型专利15项、软件著作权5项，发表SCI论文35篇、EI论文50篇，出版专著、教材各1部。主要成果纳入《高速铁路设计规范》，成功应用于40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1项。

客观评价:

本项目利用联合攻关与集成创新等手段，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。

1、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”。

2、科技查新

教育部科技查新工作站（Z11）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”。

3、科技奖励

（1）2017年度湖南省科技进步一等奖

（2）2018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40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

主要完成人情况

1. 何旭辉，排名1

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1、2、3做出创造性贡献。

2. 韩艳，排名2

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1、2、3做出创造性贡献。