论文部分内容阅读
风沙环境下,沙漠铁路易受风沙灾害,为了维护铁路的正常运营安全,设立防风沙设施显得尤为重要。本文根据防风沙设施在实际风场中受到携沙风作用时的风荷载情况,改进原有风荷载计算公式;基于课题组提出的一种有效防风沙的新型蝶形网板,利用FLUENT数值模拟软件,研究防风沙设施(传统挡风墙、高立式沙障、不均匀开孔率的蝶形网板)在风沙条件下的力学特性和周围流场特征,并通过小型模型试验对比验证数值计算模型的准确性与合理性;另外,结合依托课题中青海雅丹地貌区沙漠铁路沿线环境,在布置蝶形网板作为阻沙措施的同时,近铁路侧设计固沙砖作为固沙沙障,形成立体的综合防风固沙体系,并通过对比研究综合防风固沙体系周围流场,评价其防风固沙效果。具体结论如下:(1)理论研究在风沙流场中的防风沙设施,建立计算模型,对携沙风作用在防风沙设施上的风荷载计算公式进行分析;并以蝶形网板为例,对其设置高度、固结方式等进行分析,在实际风沙流场中考虑风振响应和结构动力放大响应等因素,改进优化适合于两端固结、高度为2m的防风沙设施携沙风荷载修正系数。(2)采用数值模拟软件FLUENT建立防风沙设施的流固耦合计算模型,并设计模型实验验证其准确性和有效性;对三种防风沙设施进行力学行为分析,结果表明,三者所受风荷载呈二次方增长,蝶形网板与高立式沙障相比所受风荷载最大可减少22.3%、比挡风墙最大减少47.2%。(3)对防风沙设施进行拟静力分析,随着风速的增长,蝶形网板在整体强度、抗风能力、稳定性等方面较强;分析不同厚度蝶形网板在强风环境下的力学特性,推导厚度与风速的拟合公式,在不同环境下合理选择网板厚度,提高经济效益;通过分析流场特征,根据防风沙设施背后的湍动能和风压分布,分析蝶形网板受力较小的原因。(4)结合实际工程,设计蝶形网板与固沙砖沙障协同作用的综合防风固沙体系;其中,固沙砖沙障设计高度为40cm、开孔率为5%、铺设为1m×1m方格时,沙障内风速降低最高幅度达93.3%,固沙区内湍动能变化趋势基本相同,可形成良好旋涡,提高防护效果。(5)将传统挡风墙、高立式沙障、不均匀开孔率的蝶形网板作为阻沙措施分别与固沙砖沙障结合成为综合防风固沙体系,通过对比分析其流场特性,蝶形网板作为阻沙措施应用在综合防风固沙体系时,其风速折减效果、遮蔽效果显著,沙粒大部分沉积在固沙区内,避免路堤边坡及铁轨风蚀、沙埋现象;对流场的防护作用主要集中在网板高度以内;路堤周围流场较为稳定,可保证行车安全。