为研究列车进出风屏障段时所受突风效应的影响,以一高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,通过风洞试验测试了风屏障在100.0%、43.5%和0透风率情况下车-桥系统的气动特性;基于哑元耦合法,建立了风-车-桥系统分析模型,开展了两种风屏障布置形式(通长和非通长)时风屏障透风率和列车车速对列车动力响应的影响分析.研究结果表明设置风屏障时桥上列车的气动特性存在较大差异,尤其列车气动阻力系数在风屏障透风率0比透风率100.0%时减少87%;当风屏障通长布置时,风屏障防风效果显著,随着透风率的减小,列车动力响应大幅减小,其中轮重减载率减小达53%;当风屏障非通长布置情况时,列车在进入和离开风屏障区段时,突风效应对列车的横向加速度和竖向加速度均影响显著,透风率越低,加速度响应变化越剧烈,但对于轮轴横向力和轮重减载率的影响有限;随着车速的提...

公铁同层桁架桥内的列车所处风环境复杂,随着公铁同层桥梁桥面越来越宽,侧风作用下列车的安全问题越来越突出。为研究风屏障对公铁同层桁架桥-列车系统气动特性影响,对某大跨度公铁同层桁架悬索桥进行节段模型风洞试验,以30%透风率风屏障为例,测试了不同风屏障布置形式(单、双侧)、布置位置(内、外侧)和4种高度(2.5 m、3.0 m、3.5 m和4.0 m)条件下车桥系统气动特性。结果表明下游内侧风屏障对车桥系统气动特性几乎无影响,但下游外侧风屏障会增大主梁阻力系数,同时减小列车升阻力系数,影响列车背风面负压区甚至列车其余各面风压;风屏障布置在外侧时对主梁阻力系数的影响大于风屏障布置在内侧时,对列车的遮挡效果也优于风屏障布置在内侧时;随着风屏障高度增加,主梁阻力系数逐渐增大,列车升阻力系数逐渐减小,但车桥气动力系数随风屏障的...

为探讨风屏障的防风效果,对侧风作用下平层公铁桥梁−列车−风屏障系统气动特性进行了风洞试验研究,针对两类风屏障的不同透风率和高度对不同风偏角下桥上中间列车的三分力系数进行测试,研究了风屏障在不同风偏角下的倾覆力矩系数的折减系数。研究结果表明风屏障在桥面上安装位置不同,对列车气动力特性影响有明显区别;设置风屏障能够有效减小作用在车辆上的三分力系数,给桥上列车提供更有利的行驶环境;风屏障的透风率比高度对列车气动特性的影响要大。无风屏障作用时,侧风下单车上游时列车的倾覆力矩系数最大,受风荷载影响最显著。由于上游车的挡风作用,双车交会时下游列车三分力系数较小,受风屏障和风偏角影响也较小。风偏角在0°~15°时,风屏障透风率和高度对风屏障防风效果影响不明显;风偏角60°≤β≤90°时,设置风屏障A的风...

基于列车测压试验,以平层公铁桥梁和CRH2列车为背景,分析了风屏障对平层公铁桥上列车表面风压分布的影响,研究了有无风屏障时列车表面压力以及气动力的跨向相关性的变化规律。研究结果表明设置风屏障后,列车迎风面与背风面、顶面和底面风压差随风屏障透风率的减小而减小,使得列车总体侧力和升力减小,风屏障透风率为20%时,列车表面脉动压力分布较均匀,有利于桥上列车运行时的安全与舒适。风屏障的防风效果不会随着风屏障高度的增加一直变好,透风率为40%时,风屏障存在一个最优高度3.5 m。风屏障透风率对列车迎风面以及顶面圆弧过渡段表面风压的影响明显大于高度。设置风屏障后,列车底面和背风面测点压力跨向相关性更好,风屏障的挡风效应增强了这两部分展向流场的一致性,使流体的脱落点更一致。随着跨向间距的增大,气动力的相关性越...

采用数值模拟方法分别建立桥上静态和移动列车数值模型,基于2种模型研究不同风向角及风屏障对桥上列车和桥梁气动特性的影响规律。结果表明当风向角小于42°时,头车的阻力系数最大可达中车的1.5倍,且远大于尾车,因此头车是桥上列车运行时的关键部位,其行车安全受横风影响更大;2.05 m风屏障对列车和桥梁的气动特性影响十分显著,有效减小了移动列车和桥梁的表面风压和气动力,降低了横风对列车和桥梁的影响,有助于提高桥上列车的安全性;而对于桥上静态列车模型而言,在风向角为90°时列车的气动力和表面风压会因风屏障而增大;总体而言,合成风向角法可以在很大程度上反映列车在上游桥道运行时的气动特性,但受风屏障影响时该方法不再适用;当列车在桥上运行时,横风与列车风叠加产生的气动特性表现出十分显著的瞬态效应,静态模型无法揭示桥...

随着高速铁路的发展,列车在横风作用下的安全问题尤为重要。采用流体力学软件Star CCM+建立32 m简支箱梁和CRH2型高速列车的全尺寸模型,对不同风屏障开孔形式的车桥系统进行数值模拟,研究了风屏障开孔形式对风屏障挡风效率和流场的影响,分析了车辆三分力系数和桥梁三分力系数随开孔形式的变化规律。结果表明风屏障的开孔形式对车辆的阻力系数影响较大,且随着开孔边数的增加各车辆的阻力系数先减小后增大,开孔形式为格栅形时阻力系数最大。采用格栅形式时中车比头车的力矩系数大了63.6%;中车的阻力系数和力矩系数随开孔边数的增加基本呈下降趋势,位于背风侧时中车阻力系数和力矩系数变化较缓;随着风屏障开孔边数的增加,桥A段、桥B段和桥C段的阻力贡献率CRWBD都呈增加趋势,其中桥B段的贡献率增加最多,增加了12.2%。风屏障对阻力和力矩的...

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响,以某四塔公铁两用斜拉桥为背景,进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载,并通过桥梁和列车节段模型风洞试验,测得计算所需气动力系数;在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型,研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明突风效应会导致列车横向位移达到最大值,遮风效应会使列车横向加速度达到最大值;随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加,列车动力响应随之增加;风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数,并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大;仅在风速不大于10 m/s时,列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。

建立了风屏障在突变风与列车风耦合作用下的三维仿真模型,分别研究了透风率为30%的风屏障在横风、突变风及车致脉动风耦合作用的气动响应,分析了其表面的气动压力分布特征及原因.结果表明,风屏障受到横风与车致脉动风耦合作用时,车致脉动风产生的压力对风屏障起主要作用,横风作用减小了风屏障所受头波的正压峰值,增大了其尾波的负压峰值.当风屏障在受到突变风(风速平均值13.8 m/s)与车致脉动风耦合作用时,风屏障所受的压力比横风(风速13.8 m/s)作用下大得多,情况复杂也得多,风屏障所受的头波正压峰值扩大了9.7倍,尾波负压峰值扩大了2.4倍,气动压力变化率增大了2.5倍,持续作用时间增大了2.4倍.

本文以大宁河特大桥为工程背景,通过风洞试验和风-车-桥耦合分析,对比了未设置导风屏障、设置2.5 m、3 m高导风屏障3种工况下的列车三分力系数、风速折减系数,研究了横风对350 km/h速度列车、桥梁的动力响应的影响,结果表明(1)桥面设置导风屏障后,列车的侧力系数和倾覆力矩系数大幅衰减,桥梁的侧力系数明显增大;(2)该桥不设置防风措施,风速达到15 m/s时,列车就须限速通行;设置高度3 m的导风屏障后,风速达到30 m/s,列车仍可按设计350 km/h速度安全通过;(3)导风屏障的设置并未增加桥梁的动力响应,反而因其合理的挡、导风结构减小了大风对桥梁的影响。

我国幅员辽阔,铁路运输网密集,部分线路设置在大风区段。随着列车运行速度的不断提高,横风对列车的影响愈发明显,迫切需要研究一种改善列车气动性能的有效措施。基于空气动力学的基本原理,针对不同高度、不同结构形式的风屏障分别建立车-桥-风屏障系统的数值模型,分析建立风屏障前后列车周围流场的变化,研究运行在双线桥梁上的列车受风屏障的影响,探讨风屏障高度、列车运行速度、横风速度以及风屏障形状等不同参数对列车所受气动力的影响。模拟结果表明,风屏障存在一个合理的高度值,过高的风屏障会使列车所受侧向力、升力方向发生改变,导致列车处于过保护状态。