近场地震作用下高速铁路典型桥梁抗震性能及其减隔震控制

The earthquake fault zones in China are widely distributed. It’s inevitable that high-speed railways locate near the fault. Consequently, it’s meaningful to study the aseismic performance and develop the isolation control technology for bridge of high-speed railway under near-field earthquake. In recent years, a growing amount of studies are focused on seismic performance of road bridges under near-field earthquake. In comparison, the study on bridges of high-speed railway under near-field earthquake is less. Isolation technique provides a new approach for the seismic design of bridge structure, but different scholars have different opinions on effectiveness and feasibility. The GPU parallel technology provides a new technique for fast and efficient numerical algorithm of the finite element. Therefore, this project is focusing on following three aspects: ①revealing the dynamic response characteristics and damage mechanism of high-speed railway under near-field earthquake, evaluating running safety and comfort of high-speed train, pointing out the difference with that under far-field earthquake, and giving specific design strategies; ②revealing the aseismic performance of isolation bridge of high-speed railway, optimizing the isolation parameters and construction measures, proposing a new set of isolation devices; ③developing GPU parallel algorithm for coupled train-bridge system subjected to earthquakes. The research of this project will provide theoretical and technical support for improving aseismic performance for bridge of high-speed railway in China under near-field earthquake, and will be helpful for bridge of high-speed railway to take corresponding technical measures.

我国地震断裂带分布广泛，高速铁路的建设会不可避免地处于断层附近，因此研究近场地震作用下高速铁路桥梁的抗震性能并发展其减隔震控制技术具有重要意义。近些年来，人们对近场地震下公路桥梁抗震性能的研究越来越多，针对高铁桥梁的研究较少；减隔震技术为桥梁结构的抗震设计提供了新的途径，但是不同学者对其抵御近场地震的有效性持不同意见；GPU并行计算为快速高效的有限元数值算法提供了新的技术途径。因此，本项目将进行三个方面的研究：①揭示高铁桥梁在近场地震作用下的动力反应特点和损伤破坏机理，评价其行车性能，指出其与远场地震作用的差别，并给出具体的设计对策；②揭示减隔震高铁桥梁在近场地震作用下的抗震性能，评价其可行性，优化减隔震参数和构造措施，提出新型减隔震成套装置；③研究地震作用下车桥耦合振动的GPU并行算法。本项目研究成果将为提高我国高铁桥梁在近场地震作用下的抗震性能并采取有效的抗震措施提供理论和技术支撑。

高速铁路桥梁的地震安全性是我国乃至世界各国高速铁路的重点研究问题之一。本研究分别对高速铁路桥梁近断层地震易损性、减隔震控制系统以及地震试验方法等三方面进行了研究。.针对目前对近断层地震作用下高铁桥梁的抗震研究不足等问题，本研究对非减隔震以及减隔震（新型限位支座）高铁桥梁进行了近断层地震的易损性分析。分析结果表明：近断层地震的破坏性更强，应予以考虑；新型支座能够有效减少高铁桥梁在近断层地震作用下的响应。.其次，现有桥梁减隔震系统，或者不具有自复位功能，或者利用重力效应具有自复位功能，但可能给线路结构带来不利后果。针对以上现状，本研究提出了一种全新的具有自复位功能的桥梁减隔震控制系统。相比于一般的结构控制策略，这种控制方法简单易行，概念清晰。数值计算结果表明：所提减隔震控制系统具有良好的减隔震效果和自复位功能。.另外，本项目对能够用于高速铁路桥梁地震动力试验的实时混合试验方法进行了研究。传统实时混合试验方法存在数值积分稳定性和伺服加载时滞等问题，本研究提出了全局迭代的实时混合试验方法。该方法的数值计算和试验加载分别在地震作用时间段内独立进行，它们之间传递整个时间段的位移计算结果或试验恢复力，迭代进行中间子时间步不存在数据交互，这就避免了对数值积分方法显式格式和稳定性及精度的苛刻要求，伺服加载的时滞效应也不存在。验证结果表明：所提全局迭代的实时混合试验方法具有良好的稳定性与适用性，可以应用于高速铁路桥梁地震试验。.本研究完成了高速铁路桥梁地震易损性分析，补充和发展了高速铁路桥梁减隔震控制技术，提出的实时混合试验方法为高速铁路桥梁等工程结构试验提供了新的有效途径。研究成果为我国高铁桥梁在近断层地震作用下采取有效的抗震措施以及提升抗震性能提供了技术支撑和理论依据，具有一定的理论意义和实践价值。