利用数值模拟方法探究风屏障参数对流线型桥梁气动特性的影响;分析风屏障对不同桥型气动特性的影响并进行横向对比;讨论风屏障的透风率对车桥系统的气动特性以及流场的影响,通过分析车桥的三分力系数、压力云图、速度流线图、车桥表面风压分布以及风剖面等特征,揭示风屏障对车桥系统气动特性的影响机理。研究结果表明:风屏障能降低主梁上方的流速,从而减小列车的阻力和力矩,但同时也增加了桥的阻力,因此,安装风屏障可提高列车的行驶安全性但不利于桥梁抗风;针对流线型主梁断面,当风屏障高度为3 m且透风率为30%时为最优组合,此时车桥系统的阻力系数可达到最小值1.33;风屏障对不同桥型的遮蔽效应不同,相同的风屏障遮蔽效应对流线型主梁断面的影响远大于对钝体主梁断面的影响。

为了确定某公铁两用双层桥梁风屏障的合理结构形式,通过风洞试验测试了不同工况下公路及铁路桥面不同位置处的流场分布特性以及CRH2列车和公路大货车的气动力系数,应用风-车-桥耦合振动分析方法计算了不同车辆的动力响应。分别从桥面局部风场、车辆气动力以及车辆动力响应3个方面评价并比选了公路及铁路桥面风屏障的最优形式。研究结果表明,以上3种评价方法的结果存在一定的一致性,铁路风屏障纵条形开孔形式的防风效果优于圆孔形开孔形式,公路风屏障亦然。

以某公铁两用桥为研究背景,通过大比尺节段模型风洞试验,使用天平测试有无风屏障时公路和铁路车辆气动特性,采用风速仪测试了桥面的风剖面分布,研究了车道和车辆类型对公路桥面车辆气动特性的影响。结果表明:设置风屏障有效降低了公路和铁路桥面的局部风速和车辆的气动力系数;公路桥面车辆气动力系数总体上随车道距风屏障距离的增加而减小,相同风屏障对大货车气动特性的降低程度相对于小货车和客车更为明显;设置风屏障后铁路桥面迎风侧和背风侧列车阻力系数的折减率基本接近,但升力系数的折减率差异较大。

在高架桥、路堤等大风区域,风屏障可以有效的阻挡横风,提高了高速列车的安全性为了保证强侧风情况下列车运行的安全性,为了在保证风屏障的防风效果的同时降低成本并减小基底反力,高速列车采用有孔洞的风屏障。本文研究CRH1高速动车组,利用GAMBIT建模,FLUENT计算求解,研究不同风屏障开孔率对高速列车的气动特性的影响。

为研究风屏障布局对公铁同层桁架桥-列车系统气动特性影响,以高为2.5 m、透风率为30%的风屏障为例,对某大跨度公铁同层钢桁架悬索桥进行节段模型风洞试验,测试不同风屏障布置形式(单、双侧)和布置位置(内、外侧)条件下车桥系统气动特性。研究结果表明当风屏障布置在主梁外侧时,风屏障对主梁阻力系数的影响大于其布置在内侧时的影响,风屏障对列车的遮挡效果也比风屏障布置在内侧的遮挡效果好;下游内侧风屏障对车桥系统气动特性几乎无影响,但下游外侧风屏障不仅会增大主梁阻力系数,同时能减小列车升阻力系数,影响列车各面风压特别是背风面负压区;在该桁架桥外侧布置双侧风屏障时,主梁阻力系数仅增大10%,而列车阻力系数减小55%,风屏障效果较好。

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响.结果表明移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.

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...

为提高列车在复杂风环境中行车的安全性，本文采用1:40的缩尺模型进行风洞模拟试验，针对提出的一种新型百叶窗型风屏障对列车和桥梁的气动影响展开研究，并基于车-桥系统气动特性对百叶窗型风屏障的自身参数进行了优化分析。试验结果表明:设置风屏障可明显提高列车运行安全性，设置百叶窗型风屏障相对不设置风屏障列车扭矩系数减小58%;百叶窗型风屏障的防风效果优于传统风屏障（栅栏型和多孔型）的防风效果;百叶窗型风屏障的叶片层数较多、叶片角度旋转范围在90°～180°范围内（使气流导向桥面）时更利于列车安全运行;百叶窗叶片风嘴较钝时不利于车桥气动安全，其中叶片风嘴角度为60°时更优，90°时最不利。

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...

高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-桥动力耦合分析模型,研究了高速列车通过隧道-桥梁-隧道路段过程中列车的气动荷载和行车安全指标的变化特性。结果表明:桥隧相连段设置风屏障后,各节车厢的气动荷载突变幅值显著降低,降幅达50%以上,其中横向力和倾覆力矩受风屏障的影响最为显著,降幅高达88%以上;设置风屏障后列车行车安全指标显著降低,迎风侧和背风侧各轮对(除了头车1、3号轮对外)的安全指标波动幅度相同;头车的安全指标对整个列车行车安全性起控制作用,尤其是头车转向架前轮(即1、3号轮对)的;列车由隧道驶入桥梁过程中的行车安全性较由...