采用动态层铺法对高速列车以350 km/h通过京雄高速铁路410 m全封闭声屏障过程进行计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟,并对单车通过、在声屏障1/4跨和1/2跨处会车三种工况下全封闭声屏障表面气动荷载进行分析。结果表明三种工况下,全封闭声屏障不同断面位置风压差异较大;同一工况下,出入口处断面测点风压持续时间较短,越靠近1/2跨位置,断面测点风压持续时间越长;会车工况下,全封闭声屏障断面测点风压变化复杂,且数值较大,在1/2跨处会车工况下,断面测点出现了正、负风压最大值,分别为单车行驶工况下的1.37倍和2.23倍,是全封闭声屏障表面气动风压的最不利工况;在最不利工况下,全封闭声屏障断面测点风压呈正-负-正的变化规律,但风压数值明显不同,且列车车头经过处断面测点风压极值大于列车尾部经过处断面测点风压极值,同时在全...

列车高速通过隧道过程中形成的压力波不可避免地对隧道内轨旁附属设施造成气动冲击,影响其使用寿命。以高速铁路隧道内广泛分布的疏散灯为研究对象,采用隧道空气动力学的分析方法,利用Fluent软件进行仿真分析,确定高速铁路隧道内压力波的荷载作用特征。基于Abaqus商业计算平台,建立隧道地层−衬砌结构−锚栓−疏散灯的结构动力学仿真模型,研究气动荷载和地层荷载联合作用下隧道衬砌、锚栓和疏散灯灯具的动力响应。通过不同锚栓规格对衬砌力学分布特征的影响规律分析,探讨高速铁路隧道内轨旁疏散灯具的潜在破坏模式。研究结果表明气动-地层荷载联合作用下,相对于疏散灯灯具以及锚栓本身,衬砌混凝土首先达到其疲劳破坏阈值,而此时疏散灯灯具及锚栓应力还远未达到其控制值,气动荷载作用下隧道内轨旁疏散灯失效更可能是锚栓安装基...

针对高速铁路声屏障的安全可靠性,从气动效应角度阐述其研究现状、研究成果及存在的挑战,并基于我国高速铁路声屏障应用场景,探讨列车脉动力的主要影响因素和声屏障结构的振动特性,结合技术标准中与气动效应相关的要求和规定,提出完善标准体系的相关建议,并对未来的重点研究方向进行展望。结果表明列车脉动力受列车运行速度、列车车型及声屏障设置位置等因素的共同影响,列车脉动力与运行速度的平方基本服从线性关系;声屏障气动效应还与车头流线型、车体截面形状等列车气动性能参数相关,相同速度条件下不同车型的脉动力差异可达45%;在列车脉动力作用下,声屏障钢立柱以横向振动为主,呈现典型受弯构件的特征,而单元板以整体往复横向运动为主,振幅受安装状态的影响显著,声屏障动力性能评估重点为结构的低频振动;未来可结合声屏障...

为研究高速铁路声屏障遭受下击暴流灾害时的气动安全特性,本文采用三维、不可压缩N-S方程和适用于风场模拟的RNG k-?湍流模型,对铁路声屏障在下击暴流风场不同径向位置下的流场分布和气动载荷变化进行数值计算分析.结果表明随着距风场径向距离的增加,近风场中心侧声屏障的侧向力呈现先增大后减小的趋势,当声屏障位于1倍风场直径时所受到的侧向力最大;背风场中心侧声屏障侧向力在位于0.75倍风场直径位置后由正向变为负向,但其侧向力绝对值仍在1倍风场直径位置时达到最大.沿声屏障长度方向,可依次分为中心段(下击暴流射流入口圈内)、过渡段(下击暴流射流入口圈边缘)和外围段(下击暴流射流入口圈外)3个区段,中心段监测单元受到气动载荷影响最为明显;随着下击暴流风速增加,两侧声屏障侧向力均逐渐增大,并与下击暴流风场风速的平方近似...

风屏障防风性能受下部结构形式影响较大,为了分析大跨桥梁主桥与引桥主梁断面差异对风屏障防风性能的影响,以某一新建高铁线路的大跨斜拉桥的主桥与引桥为背景,通过风洞试验研究主桥与引桥上列车在不同线路、风屏障高度和透风率等工况下的气动力系数、表面风压系数。研究结果表明当风屏障参数相同时,主梁断面差异会导致列车气动特性产生较大区别,其中背风侧列车受到的影响较大,且列车位于流线型主桥断面上时气动特性对风屏障参数的变化更敏感;在不同参数风屏障下,主梁断面差异对于列车气动力的影响主要体现在列车迎风面与顶部风压的变化;主梁断面差异对于背风侧列车的侧倾力矩系数影响最大,列车位于主桥断面上时的侧倾力矩系数受风屏障参数变化影响最显著;设计风屏障时,应根据主桥与引桥的主梁断面分别选择适合的参数,以减...

高速列车在新疆烟墩风区、百里风区、三十里风区及达坂城风区四大风区运行时,大风对列车运行安全及高速运行影响大,故需有效的路基防风工程为列车的运营提供安全保障。通过半封闭防风走廊结构动模型试验,测试动车组单车及交会工况下半封闭防风走廊结构与动车组模型表面空气压力波传播规律、出口压力波变化,并分析列车高速运行时半封闭防风走廊结构的气动力特性。试验结果表明:同一高度的内外侧测点压力变化值近似与动车组运行速度的平方成正比;当动车组在半封闭防风走廊路段中间时,半封闭防风走廊内外侧测点压力的绝对值最大。

本文主要综述了中南大学工程研究中心在桥梁-列车系统横风气动特性研究领域的重要成果。首先,从流体力学的角度分析了列车周围的流场特性,从而揭示了目前高速列车横风气动力评估方法的主要误差来源。然后,介绍了现场实测,数值模拟,动、静模型风洞实验等四种列车气动力评估方法及其优缺点。同时介绍了中南大学风工程研究中心最新开发的列车-线路系统动模型实验装置。为深化研究桥梁和列车之间的气动干扰规律。本文首先详细论述了与桥梁-列车系统横风气动特性相关的基础研究成果,主要包括既有高速铁路桥梁特征几何参数的统计结果,简化列车的气动特性,以及大跨度扁平箱梁和桁架主梁的气动特性。在上述研究的基础上,重点讨论了扁平箱梁和桁架主梁与列车之间的气动干扰规律。最后,对中南大学风工程研究中心开发的可调风向和透风率...

减载式声屏障气动载荷特性研究是提高减载式声屏障结构可靠性的前提,具有重要的理论意义和工程价值。分别从车速、上下行、车型影响三个方面,对桥梁段和路基段减载式声屏障的气动载荷特性进行试验研究。结果表明,对桥梁段而言,减载式声屏障正应力幅值约是负应力幅值的两倍;列车距离声屏障越近,声屏障受到的气动载荷对车速的影响越敏感;在同一车速下,CRH380A型动车组作用于声屏障上的气动载荷高于CRH380AM型动车组的作用;车型对声屏障的气动载荷作用受车速的影响不大。对路基段而言,在同一车速下,列车经过路基段时声屏障的应力幅值比桥梁段要大;随着车速增加,正应力幅值的增大幅度远小于负应力幅值的增大幅度;减载式声屏障的上下行特性与声屏障高度相关;声屏障受到的气动载荷随车速的变化关系与列车和声屏障的距离关系较小。当车速...

为评估越站列车高速(350 km/h)通过半地下车站时气动效应对车站内、外环境的影响,为车站及连接隧道的设计提供参考。利用重叠网格技术建立高速铁路半地下车站气动效应计算模型,分析单车上行、单车下行、全地下段会车、半地下段会车等工况下站台区域的空气压力及风速、站外微气压波变化规律。结果表明:1)全地下段比半地下段的压力波动剧烈;2)单车上行工况,全地下段站台区域压力波动最剧烈,其压力波动峰值、瞬变压力峰值均最大,但均小于评价标准;3)全地下段会车工况,站台区域的风速最大,最大风速未超过5.0 m/s;4)上行列车通过时,在全地下段和半地下段交界处附近产生微气压波,50 m范围内有建筑物时需考虑微气压波的影响。

根据CRTSⅢ型板式无砟轨道底座伸缩缝变形特性,制备了其专用的环氧沥青填缝密封胶,开展了拉伸性能及黏结性能试验,分析了不同温度条件下环氧沥青填缝密封胶应力-应变关系和失效模式,并对比了其与硅酮、聚氨酯填缝密封胶耐老化性能的差异。试验结果表明:环氧沥青填缝密封胶拉伸过程中应力-应变关系与温度密切相关,温度低于0℃时密封胶破坏前随应变增加应力近似呈线性减小,温度高于0℃时随应变增加应力不断增大直至破坏;环氧沥青填缝密封胶失效模式是其与混凝土基材之间产生离缝;环氧沥青填缝密封胶具有较好的耐老化性能,紫外老化和浸水老化对环氧沥青填缝密封胶性能影响较大,热老化影响相对较小。