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世界上每年都会发生大量因风引发的交通事故和基础设施破坏,风始终是影响大跨度桥梁建设与运营安全的重要因素。目前,由于船运吊装的优势,整体式流线型箱梁与分体式三箱梁在跨海大桥上的应用较为广泛。同一座桥梁在设计时可采用的主梁结构方案较多,故研究不同断面形式的主梁对列车行车风环境的影响有一定的价值。
以往对于桥梁-列车系统气动性能的研究大多采用静止模型的风洞试验或CFD仿真模拟,本文建立了运动的列车CFD模型,同时选取两种典型钢箱梁主梁断面进行列车气动性能研究,进而讨论了主梁断面形式对列车动力响应的影响。主要的研究内容与结论如下:
1)首先,回顾了国内外学者的研究成果,结合研究现状总结以往研究的不足,提出本文需要解决的问题。结合相关的桥梁工程背景,对实际的列车与桥梁进行适当的简化,建立本文研究所需的多种ICEM模型。
2)其次,根据工程实际情况选取工况进行Fluent仿真模拟。本文分析了不同的来流风速、列车车速、列车轨道位置和桥塔遮风等情况下,列车表面压力分布、车辆三分力系数与周围流场环境的变化规律,获取两种主梁断面形式对列车气动性能影响的差异性。结果表明:列车运动会改变箱梁周围的流场状态与风压分布,箱梁断面形式、合成风向角、桥塔遮风和轨道位置改变均会对车辆气动力系数产生不同程度的影响。
3)最后,以某大跨度桥梁的两种主梁设计方案为背景,根据前述计算得到的车辆升力、阻力和力矩系数,采用WTTBDAS风-车-线-桥耦合振动分析软件进行车辆和梁体的动力响应计算,分析侧风作用下列车的行车安全性与乘客的乘坐舒适性,总结两种主梁断面对列车、桥梁动力响应影响的差异性。结果表明:主梁和列车的动力响应随风速或车速的提高而增大,考虑桥塔后分体式三箱梁上的车辆响应增大更显著,轨道位置由上风侧转为下风侧后整体式流线型箱梁上车辆响应的降幅更大。
以往对于桥梁-列车系统气动性能的研究大多采用静止模型的风洞试验或CFD仿真模拟,本文建立了运动的列车CFD模型,同时选取两种典型钢箱梁主梁断面进行列车气动性能研究,进而讨论了主梁断面形式对列车动力响应的影响。主要的研究内容与结论如下:
1)首先,回顾了国内外学者的研究成果,结合研究现状总结以往研究的不足,提出本文需要解决的问题。结合相关的桥梁工程背景,对实际的列车与桥梁进行适当的简化,建立本文研究所需的多种ICEM模型。
2)其次,根据工程实际情况选取工况进行Fluent仿真模拟。本文分析了不同的来流风速、列车车速、列车轨道位置和桥塔遮风等情况下,列车表面压力分布、车辆三分力系数与周围流场环境的变化规律,获取两种主梁断面形式对列车气动性能影响的差异性。结果表明:列车运动会改变箱梁周围的流场状态与风压分布,箱梁断面形式、合成风向角、桥塔遮风和轨道位置改变均会对车辆气动力系数产生不同程度的影响。
3)最后,以某大跨度桥梁的两种主梁设计方案为背景,根据前述计算得到的车辆升力、阻力和力矩系数,采用WTTBDAS风-车-线-桥耦合振动分析软件进行车辆和梁体的动力响应计算,分析侧风作用下列车的行车安全性与乘客的乘坐舒适性,总结两种主梁断面对列车、桥梁动力响应影响的差异性。结果表明:主梁和列车的动力响应随风速或车速的提高而增大,考虑桥塔后分体式三箱梁上的车辆响应增大更显著,轨道位置由上风侧转为下风侧后整体式流线型箱梁上车辆响应的降幅更大。