求解高速铁路桥梁结构系统地震反应的并行自适应算法研究

Based on the up-to-date researchs in computation algorithm of dynamic analysis, the projiect will provide the parallel adaptive algorithm to study the seismic response of highspeed railway bridge in order to increase the dynamic computation speed. Substructures in the highspeed railway bridge system(including train,ballastless track,girder,pier,soil) will be calculated with the optimal computation algorithm(including implicit method,explicit method, modal superposition method,precise integration method and so on),respectively.After rapid communication between interfacing substructures，one calculation step of the parallel adaptive algorithm was performed.The project will expand the field of computation algorithm of dynamic analysis and elevate the computation speed of sesimic response of large complicated structure system,which will give a active effect to the advancement of scientific researches in the fields of earthquake engineering and disaster prevention engineering and so on.

本项目瞄准动力计算算法研究前沿，以求解高速铁路桥梁结构系统在地震作用下的动力反应为对象，以在保障计算精度的前提下提高计算效率为目的，对地震作用下高速铁路桥梁结构系统的各个子结构（包括：车、无砟轨道、梁体、桥墩、土等）进行并行计算，并行计算中各个子结构根据其当前动力状态选择与其适用的计算算法（隐式算法、显式算法、振型叠加法、精细积分法或其他算法），而子结构的边界条件则通过并行计算中子结构之间的通信内容来表达。本项目的研究成果将给出针对特定动力状态子结构所采取的计算算法的适应性指标，实现同一子结构在相邻算法步采用不同计算算法时的可靠算法衔接，编制根据适应性指标可自动选择大部分有效动力计算算法的自适应并行动力计算程序。算法的实现将提高高速铁路桥梁结构系统在地震作用下的动力反应的求解速度，促进高速铁路桥梁系统抗震性能和行车安全性理论的进一步深入和完善，丰富结构动力计算算法领域的内容。

随着中国高铁网络的飞速发展，高速铁路桥梁的地震安全性对于保障高速铁路网的功能和效率具有基础性作用。作为高速铁路桥梁的典型形式之一，大跨度预应力混凝土连续梁桥具有跨越能力大、受力性能好等特点，但其抗震性能缺乏相关的试验和数值研究，尤其是在地震下的动力行为和灾变机理缺乏系统结论。基于此，本课题开展了两大方面的研究工作，包括：. 1进行了高速铁路桥梁的桥墩和全桥缩尺模型的振动台试验,. 2高速铁路桥梁在地震作用下的精细化模型的动力时程分析，必然离不开有效动力计算方法的支撑，因此围绕构造新型高效的动力计算算法进行了大量深入的研究工作。. 得出的结论有：. 1得到了振动台试验条件下的桥墩的动力响应行为，结果表明了桥墩在8度地震下仍具有良好的抗震性能. 2开展了全桥的地震模拟振动台试验，试验验证了全桥的抗震性能，发现支座往往在全桥地震致灾过程中最先出现，且防落梁装置在强地震下的工作状况良好。. 3开创性的提出了基于量纲分析以及广义力的线性组合来构造结构动力非线性计算算法的方法，收获颇丰。主要体现在：此基于量纲分析的算法构造模式几乎可以囊括目前广泛使用的全部结构动力计算算法；提出了带可控算法阻尼的二步无条件稳定的显式位移算法；提出了广义中心差分法；提出了广义候伯特法；澄清了算法显式和解耦性质的异同；指出了单步算法全显式时位移和速度无法同时达到二阶算法精度的原因；避开广义a法的思路构造了无条件稳定的带可控算法阻尼的单步半显式算法。. 桥墩和全桥的振动台试验给出了高速铁路桥梁系统抗震性能最直观的科研数据和结论，而高效新型计算算法的实现必将大大提高精细化高速铁路桥梁结构系统在地震作用下的时程分析的求解速度，促进高速铁路桥梁系统抗震性能和行车安全性理论的进一步深入和完善，丰富结构动力计算算法领域乃至整个计算动力学的内容。