戈壁铁路沿线风沙灾害特征与挡风沙措施及功效研究

为了掌握戈壁地区线路积沙规律以及戈壁地区铁路既有风沙防治工程措施的功效与不足,对新疆戈壁地区铁路沿线戈壁风沙地貌、线路沙害的表现形式、既有防风沙流工程措施功效进行实地调查分析与现场测试。根据戈壁铁路强风现场测试数据计算大风速率残余系数和遮蔽效应系数,分析挡风墙后的风速剖面变化与流场变化特征。结果表明:对于同一高度挡风墙,其遮蔽效应随着墙后距离的增加逐渐减弱,高点位高程的速度衰减快于低点位高程的风速衰减,3 m高挡风墙在墙后距离5 m以内存在低速涡旋积沙区;根据计算,当平均风速不大于41 m.s-1且上风区没有新的沙源补充时,通常设置的3 m高挡风墙基本可以阻挡风沙流的运动。     

强风区接触网锥套式终端锚固线夹安装工艺及质量控制要点

以兰新铁路电气化工程三十里风区接触网工程为研究对象,基于强风地区恶劣气象条件对电气化铁路接触网关键受力零部件的苛刻要求,对强风环境下大张力接触网承力索锥套式终端锚固线夹的施工安装工艺和质量影响因素进行了研究分析,并结合现场具体施工实践,从原材料、组织管理、施工工艺等几个方面系统地总结了施工质量控制要点。     

我国高速铁路沿线强风区间的确定方法及风险评估

研究目的:高速铁路沿线强风区间的确定及风险评估,关系到安全防灾监测布点的科学性和采集瞬时风速和风向数据的代表性及可靠性,为行车指挥控制系统提供较为合理的限速指令信息,或为启动应急预案提供决策依据,从而达到安全、高效行车的目的。研究结论:高速铁路沿线任意里程距轨面4 m高处最大瞬时风速,2年一遇设计值V4_2max与10 mim平均最大风速和30年一遇设计值V4_30max其水平分布特征基本一致。提出以高速铁路沿线任意里程,距轨面4 m高处最大瞬时风速,2年一遇设计值V4_2max为强风区间的确定主控因素,对于强风主风向与线路走向之间夹角以及高路堤和高架桥、特大桥弯道强横风区间偏角<10°区域,必须进行逐步优化。利用基于最小二乘法的线性回归方程,对强风(阵风)系数进行计算后,发现方程的效果很好。从而验证了高速铁路沿线强风区间安全防灾系统布点原则优化的科学性,以及采集瞬时风速和风向数据的代表性及可靠性。为我国高速铁路强风区间布点方案优化和防风栅布设技术标准和规范的制定提供了科学依据。     

厚层地下冰地段桥梁钻孔灌注桩基础试验研究综述

综合近 3 0年来国内工程冻土学界对多年冻土地区 ,尤其是青藏高原多年冻土区桥梁桩基研究的成果 ,评述冻土区桥梁灌注桩工作原理及承载力计算方法。结合现场桩基回冻过程地温场变化测试数据 ,对桩基承载力的影响因素、施工工艺提出建议。     

风区高速铁路路基沙害防治研究与设计

研究目的:兰新第二双线通过的烟墩风区及百里风区,风速高,风沙流对高速铁路的危害严重,为有效的避免或减少沙害对无砟轨道铁路路基的危害,研究强风形成机理、风沙流活动规律、风沙两相流的特点,建立风区路基防沙对策技术体系,研究成果应用于本线的防沙设计与施工。研究结论:通过现场实测、室内试验、风洞试验以及数值分析等,研究戈壁风沙流的运动特征,得出:(1)主导风向与挡沙墙垂直时,防沙效果最佳,当挡沙墙与主导风向夹角逐渐变小时,挡沙墙的导沙作用明显;(2)挡沙墙高度2 m、透风率40%时挡沙效果最佳;(3)采用高立式挡沙墙阻沙,石方格沙障固沙的措施适宜于本线的风沙防治;(4)防沙工程有效地减轻了沙害对列车运营的影响,对于列车全天侯运行提供了技术保障;(5)该研究成果可为戈壁强风区风沙防治提供参考,为相关规范的修订提供理论技术支持。     

兰新铁路强风地区风沙成因及挡风墙防风效果分析

研究目的:通过对兰新铁路"百里风区"和南疆铁路前百公里强风地区风沙成因进行分析,研究挡风墙后不同高度、不同间距风速变化情况,现场实测挡风墙的"遮蔽效应",对挡风墙的防风效果进行评价.研究结论:兰新铁路强风地区风区大风主要为内陆寒潮性大风,受地形地貌引起的狭管效应、下坡风及局地大气对流效应的影响较大,具有风速高、风期长、季节性强、风向稳定、起风速度快等特点.现场实测表明,挡风墙防风效果显著,3 m高挡风墙后在3 m高内风速较挡风墙外侧风速大大降低,风速20 m/s时有效遮蔽范围超过38 m,有效地减弱了列车的倾覆力矩.不同条件下挡风墙对沙害减弱的影响还需进一步加深研究,这些结论对于今后铁路防风沙具有一定的指导和借鉴作用.     

铁路隧道基底脱空条件下的动力响应分析

列车荷载作用是诱发在役隧道基底病害的主要原因。为分析隧道基底脱空条件下对列车荷载的响应问题,以某铁路隧道工程Ⅲ级围岩正常断面为对象,通过现场在隧道铺底顶面埋设压力盒,对铺底混凝土层受力进行测试;在此基础上,通过数值计算,重点分析列车荷载作用下基底不同脱空长度下的基底中心线、轨道处与轨枕端头处的应力分布规律及铺底顶面振动特性。结果表明:在铺底顶面,动压力在轨道、轨枕端头处与基底中心线处分别为80,20 k Pa和60 kPa。经计算模拟,基底存在40 cm与80 cm宽脱空区时,在轨枕端头处、轨道处及中心线处应力规律基本一致,在脱空区处应力出现先减小再增加现象,且轨道处突变最大,脱空区侧壁处存在应力集中现象,脱空区影响深度范围约2 m。80 cm宽脱空区在数值上与40 cm宽脱空区相比,基底动应力、铺底顶面加速度与振动位移的最大增幅分别为50%、30%和3%。     

铁路沿线下导风板对风沙流场的控制规律

为了揭示风沙地带铁路沿线下导风板输沙工程措施对线路过境风沙流的输导效果及其控制机理,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)的计算原理,采用三维数值计算分析方法并结合下导风板输沙的现场实测数据,分析下导风板对风沙流场的控制规律。结果表明:下导风板的输沙能力在风速较大(大于12m·s-1)时有较好效果,且前倾式下导风板的输沙能力明显强于直立式下导风板。现场实测也表明:采用前倾式下导风板输沙措施后,会在线路上形成较大的强风区(作用区),使线路迎风断面的各部位年积沙量均有显著减少,线路道心积沙量减少56%,下导风板前积沙量减少44%,下导风板后积沙量减少36%;现场实测结论与数值计算规律一致。建议在处于风沙区的铁路沿线采用下导风板治理铁路沙害时,要因地制宜并考虑当地的风况(风向、风速变化)特点进行下导风板工程的布置,才能取得较好的风沙输导功效。     

桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道底座板屈曲分析

根据桥上CRTSⅡ型板式无砟轨道结构特性,利用有限元分析方法,采用梁单元模拟钢轨,实体单元模拟轨道板、底座板和桥梁,弹簧单元分别模拟砂浆填充层和滑动层,建立CRTSⅡ型板式无砟轨道纵向力计算模型。基于现场测量的底座板厚度资料和桥梁资料,计算出模型中各单元参数值。利用当地气温资料和轨道机车类型,得到最大温升和列车制动力值,计算出温度荷载和列车制动荷载作用下底座板厚度不足处纵向力值。分析温度荷载和列车制动荷载对底座板厚度不足处屈曲的影响。     

高原与戈壁地区风沙流结构特性差异研究

研究目的:通过现场实测及室内试验等研究手段,分析研究了青藏高原和新疆戈壁强风地区风沙流运动变化规律,探讨了二者风沙流结构差异及具体表现形式,为上述地区风沙灾害防护工程的设计施工提供一定的基础数据及理论支撑。研究结论:(1)受风力筛选作用的影响,风沙流中沙粒粒径组成呈现正态分布,都以小于0.25 mm粒径段的沙粒为主;(2)青藏高原和戈壁强风地区的起沙风速存在明显的差异,戈壁地区起沙风速约为11.0~20.0 m/s,远大于青藏高原地区7.0 m/s的起沙风速;(3)大风携沙量与高度呈现e的幂指数变化,随着高度的增加,大风携沙量呈下降的趋势;(4)在近地表0.5 m高度范围内,青藏高原地区的集沙量为总集沙量的90%左右,而戈壁强风地区仅为76%;(5)本研究成果可以为类似环境条件下风沙灾害防护工程的设计修建提供一定的参考。     

全风向梯度集沙仪的研制

兰新铁路风区防风沙工程的建设对保证列车风区安全行驶至关重要,而掌握风沙流规律是防沙工程设计的基础,为此,根据历史大风特征统计分析结果研制了全风向梯度集沙仪,对风沙流进行现场观测。全风向梯度集沙仪为兰新铁路第二双线防沙减灾工程的建设提供了基础数据依据。     

兰新线百里风区不同型式挡风墙防风效果评估

兰新线百里风区是世界上内陆风速最高、铁路风灾最为严重的地区之一,挡风墙是百里风区的主要防风设施。根据现场实车运行试验、挡风墙空气动力学地面试验、数值计算结果,分析和评估百里风区各种型式的挡风墙以及挡风墙各种过渡段的防风效果,指出既有挡风墙工程的薄弱环节,为今后防风工程补强设计提供依据。     

铁路沿线太阳能电池板及支架立柱的抗风性能

以西成(西安—成都)高速铁路沿线立柱式太阳能电池板支架立柱的布设为背景,通过数值计算、风洞试验及有限元分析研究其抗风性能。为避免结构共振,须获得高速列车脉动风压的振动特性,通过刚性模型测力试验获取了结构最不利风偏角,试验结果可作为调整结构布设方向的依据。铁路沿线结构抗风设计须考虑自然风荷载和列车脉动风荷载的综合作用。本文提出了一种验算铁路沿线结构抗风安全性的方法:基于数值计算得到结构受列车风荷载作用下的极限风压,以此反算结构所受极限风荷载,并利用风洞试验及有限元计算方法计算结构应力。     

强侧向风作用下的高速列车动力学性能研究

针对强侧向风下高速旅客列车运行安全性问题,利用SIMPACK软件建立了3车三维动力学仿真模型,根据已有的高速列车在侧向风下的空气动力学模拟计算得到的风载荷数据,分析了侧向风对列车在直道和曲线上动力学性能的影响。结果表明,列车的轮轨参数考察指标如轮轨横向力、脱轨系数及减载率等均显著增大,最大值均发生在头车。最后得出几种典型风速下直道和曲线上列车最高允许车速的参考值。     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。     

铁路站台雨棚风洞试验取值规律的探讨

研究目的:铁路无站台柱雨棚为四周开敞建筑,通常采用钢结构形式,为风敏感结构,本文通过对14个无站台柱雨棚风洞试验的结果进行分析,归纳总结其共性特征,并与现行《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)进行对比分析,得出无站台柱雨棚风荷载体型系数的一些分布规律,为结构计算提供参考。研究结论:(1)铁路无站台柱雨棚风压系数介于0.1～0.9之间,风吸系数介于-0.3～-2.0之间;(2)试验得出的风压体型系数一般小于《建筑结构荷载规范》(GB 50009—2001)类似参考值,而风吸体型系数两者较为接近;(3)檐口、洞口处的风荷载具有放大效应。     

叶片式导风屏障挡风性能优化研究

本文以某钢桁梁斜拉桥为原型,采用数值模拟方法研究一种叶片式导风屏障对横风环境下列车周围流场、列车气动性能、桥梁气动性能的影响.结果表明:(1)叶片式导风屏障改变了桥梁内部的风场环境,减小了列车周围风速,风速最少减小20％;(2)高度为3 m时,列车周围的风速最低,列车三分力系数最优;(3)透风率为20％～25％时,列车...     

兆瓦级风力发电机组试验系统

研制的兆瓦级风力发电机组试验系统,采用现场总线技术和虚拟仪器技术,将控制与测试技术二者有机结合,实现了被试风电机组真实运行工况的动态模拟和运行数据的高速同步采集、记录与实时分析,有效完成了风电机组相关国家标准要求的试验项目。     

WT计算湍流强度用于风电场安全性评估的研究

湍流强度是影响风电机组疲劳载荷和极限载荷的重要因素。文章基于云贵地区某风电场的实际测风资料,使用CFD(Computational Fluid Dynamics)软件Meteodyn WT计算风电场的湍流强度;对WT软件输出的湍流强度矩阵进行分析处理,将结果与IEC61400-1风机标准中正常湍流模型(NTM)进行对比,以判断湍流强度是否超出,从而评估风电场安全性。针对WT软件无法直接输出湍流代表值I ref的问题,提出了一种估算I ref的方法。     

风区车站停留车辆在大风作用下溜逸的研究分析

通过对风区车站停留车辆在大风中的受力分析,建立了顺、逆坡风作用下车辆临界溜逸状态计算模型,据此计算出不同风区各车站在车辆不发生溜逸所需的最少手制动车辆数。