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。

以实际工程为研究背景,采用CFD数值模拟方法分析了串列不规则截面桥塔的抗风性能。在不同风向角或间距比条件下,计算并对比了单个塔柱和双塔柱的气动力系数和斯托罗哈数,分析了双塔柱周围流场的时均压力和时均旋涡流线情况。结果表明两个塔柱的阻力系数和斯托罗哈数相比单个塔柱均发生不同程度的降低。随着风向角的增大,单个塔柱和上游塔柱的阻力系数为降低趋势,而下游塔柱为上升趋势。斯托罗哈数对风向角和间距比的变化并不敏感。随着间距比增大,上游塔柱的阻力系数增大,逐渐接近单个塔柱。在间距比为4时,两个塔柱的阻力系数发生较大变化,斯托罗哈数达到最小值,此时两柱之间的大旋涡破裂,同时在两塔柱附近出现独立的旋涡。

双车交会是风-车-桥耦合系统的控制因素。为测试在侧风作用下双车交会时列车的气动特性,研制了一种具有双条移动轨道的风洞试验装置。讨论了试验结果的合理性,分析了交会形式、偏航角和线间距对背风侧列车气动力的影响,并讨论了头车与尾车气动力系数的差异。实验结果表明,所提出的测试装置具有良好的重复性;双车交会时,交会方式对背风列车的气动力有一定的影响,动动交会时测试结果更加合理;随着偏航角的减小,列车气动系数的突变更为明显;线间距的减小会增加背风侧列车气动力的突变;列车交会过程中,头车与尾车的气动力系数存在较大差异,因此在进行风-车-桥耦合振动分析中应分开考虑。

为了研究线路的非对称性布置对列车和桥梁系统气动特性的影响,开发了一种同步测试车-桥气动力的装置,通过本装置对线路非对称布置的大跨度公铁两用斜拉桥进行了节段模型风洞试验。考虑了下层铁路和下层公路分别为迎风侧的工况,测试了不同车-桥组合下车辆和桥梁各自的气动力,讨论了线路非对称布置、风攻角、双车交会和汽车对车-桥系统气动特性的影响。结果表明相对下层铁路侧迎风工况,下层公路迎风侧的桥梁升力系数和扭矩系数差别较大,且车辆升力系数也变化较大;桥梁和车辆的阻力系数随风攻角的增加而减小;双车交会时,背风侧车辆阻力系数发生突变;受公铁平层防眩网的作用,汽车对列车气动特性影响相对较小。

车辆经过桥塔区域时,由于桥塔的遮风效应,其气动荷载会产生突变,且公铁平层桥梁的桥塔由于纵向尺度较大,车辆经过桥塔区域时气动荷载的变化更加剧烈.为明确某公铁平层桥梁上车辆在桥塔区域的气动特性,制作了1/20大比例尺的风洞试验模型;基于优化后的测试系统,测试了车辆通过公铁平层宽幅桥梁桥塔时的气动荷载,研究了车道位置、车辆类型以及桥塔外形对通过桥塔车辆的气动特性的影响.结果表明越靠近桥塔车道上的车辆,经过桥塔时的横向力系数、摇头力矩系数的突变量更大,正向升力也越大,因而更容易发生侧滑与侧偏;车长对车辆通过桥塔区域的性能有显著影响,长度较小的车辆具有更大的横向力系数突变量,长度较长的车辆具有更大的倾覆力矩系数、摇头力矩系数及点头力矩系数突变量;与矩形截面桥塔相比,带倒角的桥塔使得厢式货车的横向...

为研究三主桁断面车-桥组合系统的气动特性。以某大跨度斜拉桥为工程背景,采用节段模型风洞试验,通过开发的车-桥气动力同步测试装置对车-桥组合状态下各自的气动力进行测试,研究了线路位置、双车交会间距、风攻角等因素对车-桥系统气动特性的影响,分析紊流来流对车-桥气动特性的影响,并讨论列车气动导纳的特征。结果表明由于绕流剪切层的影响,靠近迎风侧车辆阻力系数大于其他线路,线路2上列车的升力系数最大;双车交会时,背风侧车辆的阻力系数和升力系数随交会间距的增大而增大;受桁架自身绕流的影响,紊流来流对列车气动力功率谱影响较小;阻力和升力的气动导纳随折减频率呈现先增后减的趋势。

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.

中国地形地貌复杂多变,线路交替必不可少,为了探究高速铁路路堤-路堑过渡区域的列车气动效应和复杂风场,该文建立了大比例试验模型,采用风洞试验的方法对线路上方不同位置处的风速剖面和线路不同位置处的车辆气动力进行了测试。试验结果表明:路堤-路堑过渡段对气流的影响范围在轨道上方250 mm以内;线路交界处上方较低区域的风剖面由路堑主导,较高区域受路堤主导;风速变化对列车沿线移动的气动力变化趋势影响不大;在过渡区域,线路交界处附近对行车安全最不利,且路堤侧更为不利;受雷诺数效应的影响,气动力系数整体上随风速的增大而减小。

为研究高速铁路桥梁全封闭声屏障的横风气动特性,通过节段模型风洞试验对全封闭声屏障的三分力和表面风压进行了测试,分析了风速、雷诺数效应、风攻角、侧视断面位置对全封闭声屏障气动特性的影响。结果表明:在不同风速下测力和测压结果的规律相似;雷诺数效应对全封闭声屏障的横风气动特性和顶部的风压分布影响较大;风攻角对全封闭声屏障的阻力系数有较大影响;不同断面的风压分布曲线具有相似的规律,本文给出了设计用的近似风压曲线。

为了研究串列六边形截面塔柱的气动干扰效应,采用数值模拟方法研究串列塔柱的三分力系数。首先,对正方形截面的三分力系数进行数值模拟,验证数值模型的准确性;然后,计算单个塔柱截面的上游和下游截面的三分力系数;最后,考查了间距等参数的影响。结果表明,对单个塔柱截面来说,上游截面阻力系数较大,上下游两个截面的升力系数斜率完全相反。对串列塔柱截面来说,上游截面的阻力系数在两截面的距离较小时会变大,但距离较大时会变小;下游截面的阻力系数比单个截面的小,而升力系数和力矩系数的变化较小。