强风不仅是大跨度桥梁设计的控制性因素,同时也会影响到桥上车辆运行的安全,车辆气动特性是研究车辆行驶安全性的前提。基于计算流体动力学(CFD)仿真平台,模拟计算了汽车工业研究协会(MIRA)小车和重型卡车典型车辆在横风作用下的气动特性,分析研究了典型车辆分别位于桥面上不同车道位置时车辆气动力系数随风偏角的变化情况;进一步模拟计算了重型卡车与小车之间的挡风效应,研究了车辆间相对位置对车辆挡风效应的影响。计算结果表明:不同车型以及不同的桥梁车道位置对车辆气动力均有不同程度的影响;重型卡车对MIRA小车有明显的挡风效应,MIRA小车气动力随着车辆间相对位置变化显著,重型卡车气动力也有一定改变。

以南京大胜关长江大桥地铁搭载段为研究背景,通过风洞试验,探究不同风攻角、列车位置及附属设施状态下地铁列车气动力系数变化规律,进而揭示地铁列车气动特性对列车运行稳定性影响的规律。研究结果表明风攻角对双线在轨列车稳定性影响更大;当桥梁无附属设施,风攻角的增大不利于迎风侧列车稳定性,双线在轨列车比单线在轨列车更稳定;当桥梁有附属设施,且列车位于边跨时,风攻角越大迎风侧列车越稳定,而背风侧列车则相反,当列车在中跨运行时,列车侧向力及侧向倾覆力矩系数大于边跨,而升力系数小于边跨,表明桥梁桁架改善了列车的抗倾覆性能;桥上增加附属设施后,列车的侧向力及侧向倾覆力矩系数降低,表明附属设施有一定的格挡作用。

基于超高速运行条件,通过建立单臂受电弓模型,在横风条件下采用分离涡模拟方法研究受电弓在不同工况下的非定常气动特性,分析其三维绕流场的涡量、流线、压力以及受电弓气动力、力矩系数的时程变化规律及频域特性,探讨了该型受电弓在高速与超高速运行时绕流特性的差异。结果表明:由于超高速运行导致受电弓气动荷载平均值和振幅增大、振荡周期减小以及对应频谱变宽,由非定常升力和横风的作用引起的俯仰力矩和侧偏力矩的作用显著,导致受电弓在垂直方向的振动加剧,故结构相对紧凑的单臂受电弓有利于减小纵向振动;但其底架高度较高,在相同的升弓角度下上臂与下臂的空间夹角减小,导致上臂与下臂连接处出现范围较大的低速尾流,小尺度分离涡的结构及分布复杂,研究结果对横风作用下受电弓气动特性研究及应用具有重要意义和价值。