京沪高速铁路隧道有效断面适应性研究

研究目的:针对京沪高速铁路隧道,采用一维、非定常、可压缩流动模型和特征线法,通过数值计算方法,对于净空面积为100 m2的隧道,选取不同的隧道长度、列车长度、列车速度等参数对单、双线隧道瞬变压力的影响进行了敏感性分析,从而探讨隧道净空面积为100 m2时的适应性。研究结论:结合国内压力波容许标准和UIC标准进行的比较分析结果,给出了京沪高速铁路隧道内列车高速运行的密封时间要求,并建议隧道内会车时,列车速度应低于350 km/h。     

基于压缩波理论隧道内动车组表面压力极值研究

采用计算流体力学软件FLUENT,在建立3种型号动车组通过隧道和隧道内交会时的空气动力学模型并验证的基础上,分析动车组以不同速度等级在不同净空面积隧道内通过和等速交会时车体表面压力极值;在仿真计算基础上,基于压缩波理论计算公式,给出动车组隧道内通过和等速交会时车体表面压力极值的修正因子。结果表明:仿真计算结果与实车试验结果吻合较好,空气动力学模型能够较准确地反映动车组隧道内通过和等速交会时的压力波变化规律;3种型号动车组隧道内通过和等速交会时,车体表面压力极值均与隧道净空面积成幂指数关系(幂指数约为-1),与车速的平方成正比;动车组隧道内通过和等速交会时,车体表面压力极值的修正因子分别取2.24和5.79。     

市域铁路隧道净空面积优化研究

为支撑《市域铁路设计规范》编制,针对市域铁路隧道净空面积取值开展研究。在国内外资料调研基础上,根据现行规范对铁路隧道净空面积的规定,针对市域车辆尺寸及性能、隧道内接触网悬挂方式、建筑限界、防灾疏散等方面要求,确定满足基本使用功能的市域铁路隧道最小净空面积;综合相应舒适度标准下满足空气动力学效应的隧道净空面积计算结果,提出不同速度目标值下市域铁路单、双线隧道经优化后的隧道最小净空面积取值。研究成果为《市域铁路设计规范》隧道章节相关条文的编制提供了纳规依据。     

高速磁浮列车隧道交会时洞内压力波动数值模拟研究

应用一维可压缩非定常不等熵流动模型和广义黎曼变量特征线法,研究时速600 km等级高速磁浮列车交会时隧道内压力峰值的分布规律,分析隧道长度、隧道净空面积、列车运行速度和列车长度对列车交会时隧道内压力峰值的影响规律。结果表明:隧道中央测点的压力波动最剧烈,压力峰值以隧道中央位置为中心点往隧道2侧对称分布;列车运行速度为400～650 km·h~(-1)、列车编组为3～10辆时,基于隧道内压力峰值的最不利隧道长度在160～1 000 m范围;隧道内压力峰值均随隧道净空面积增加而减小,随列车运行速度的增大而急剧增大,列车长度对其基本无影响;拟合发现隧道内压力峰值与隧道净空面积约-1.1～-1.4次幂成正比,与列车运行速度约2.0～3.8次幂成正比;当采用现有350 km·h~(-1)等级高速铁路双线隧道净空面积标准,并且2列列车以600 km·h~(-1)交会时,隧道内压力峰值高达±30 kPa,必须增大隧道净空面积或增设竖井等减压设施以满足ERRI医学健康标准。     

基于空气动力学的客货共线铁路隧道内轮廓面积优化探讨

与常规铁路隧道不同,客货共线铁路隧道内轮廓有效净空面积大小尚应考虑列车类型、车辆密封性和旅客舒适度等因素,通过对速度160km/h、200km/h的普通旅客列车和动车组交会时空气动力学效应仿真分析,结合我国目前列车车辆密封性性能情况,提出新建客货共线铁路隧道适度标准按照1.25 kPa/3s控制,当普通旅客列车密封指数达到2s,时速200km双线隧道内轮廓有效净空面积可优化至76m~2。     

地铁列车通过隧道时的气动性能研究

列车通过隧道时引起的空气动力效应会对列车运行的安全性、乘客乘坐的舒适性等产生不良影响。基于列车空气动力学理论,采用计算流体力学软件FLUENT对某型号地铁车辆通过最不利长度隧道时的空气动力学性能进行数值模拟,得到并分析了地铁列车和隧道壁面监测点的压力时程曲线和分布特征。研究表明:车体表面压力峰峰值、3 s内车内压力波动最大值及隧道内附属物压力峰峰值,与列车速度的平方近似成线性关系;隧道断面净空面积越小,车体承受的压力越大;地铁列车通过隧道时需限速,以达到人体舒适性评价标准。     

加减速时地铁列车隧道气动性能研究

采用三维、可压缩、非定常N-S方程的数值计算方法,研究A型地铁列车在隧道内加减速时车体表面压力变化和车内压力变化,分析隧道净空面积与密封指数的关系,并采用动模型实验验证数值计算准确性。研究结果表明:列车在隧道内运行时,随着阻塞比的减小,测点压力幅值随之减小,主要体现在对正峰值的影响,压力变化规律基本一致;阻塞比越小,列车表面压力幅值随列车长度方向的变化趋势越平缓;列车以匀速、减速和加速3种方式运行,隧道断面为22 m2时,根据美国标准列车气密性需分别大于6,3和6 s,根据国内标准需分别大于10,6和10 s;隧道净空面积小于35 m2时,根据美国标准列车气密性需分别大于2,0.7和1.5 s,根据国内标准需分别大于3,0.4和1.5 s。     

新建客货共线铁路设计暂行规定(续)

五　隧　道5 3 隧道内轮廓应满足乘车舒适度和消减列车空气阻力的要求。旅客列车设计行车速度为 160km/h路段 ,单线隧道轨顶面以上净空横断面积不应小于 42m2 ,双线隧道净空横断面积不应小于 76m2 ,曲线上的隧道应另行考虑曲线加宽增加的面积。旅客列车设计行车速度为 2 0 0km     

遂渝线无砟轨道综合试验段低净空隧道接触悬挂方案与施工

研究目的:介绍和探讨遂渝线无砟轨道综合试验段中出现的低净空隧道的接触悬挂方式,并针对类似的低净空隧道的处理提出了一些可靠、可行的方案.通过对遂渝线无砟轨道综合试验段中出现的低净空隧道的接触悬挂方式的介绍和探讨,对于类似的低净空隧道的处理提出了一些可靠,可行的方案.研究结论:解决低净空问题的关键所在是如何利用既有隧道的净空高度和尽可能地保证各种技术标准;其次是要对材料的节约和造价等方面进行考虑.对于不同情况下的低净空隧道有不同的解决方案和优势,这需要视现场情况而定.     

重联动车组通过隧道时气动性能研究

为研究重联动车组通过隧道时重联区域对列车气动性能的影响,采用三维、可压和非定常N-S方程的数值计算方法,对重联动车组通过隧道时压缩波与膨胀波的传播特性,列车表面压力和隧道壁面压力变化特性进行研究。研究结果表明:数值计算与动模型试验相比,压力变化曲线吻合较好,幅值偏差不超过7%,重联区域前段流线型头部进入隧道,产生膨胀波,重联区域后段流线型头部进入隧道,产生压缩波,由于重联区域产生的膨胀波和压缩波之间的时间间隔短,导致膨胀效应和压缩效应相互抵消,车体表面和隧道壁面压力变化不显著,当重联区域经过隧道壁面测点时,重联区域车体表面压力变化影响隧道壁面压力变化,使隧道壁面测点压力产生先升后降的波动。     

弯扭耦合下曲线混凝土箱梁截面应力状态的受力机理分析

曲线箱形梁兼具弯梁桥与箱形梁两者的特点,由于曲率的影响,竖向荷载作用下曲线箱梁弯矩与扭矩互相耦合同时存在。根据国内外既有研究成果,对曲线箱形梁空间受力特点及影响因素进行了总结。以60m单跨单箱形截面曲线混凝土简支梁为例,利用有限元软件TDV建立空间板单元模型,分析自重作用下,不同曲线半径下主梁截面正应力及剪应力分布,根据弯曲变形与应变的关系,比较曲线梁桥与直线梁桥正应力横向分布规律,提出用应力增大系数来表征曲线内外侧弧长不同引起的应力变化。研究结果表明,除了受剪力滞后效应影响,曲线箱梁桥截面正应力分布还与内外侧弧长不等引起的应力增大系数有关。     

钢筋混凝土截面损伤分析与检测

以平截面假定和截面力平衡关系为基础,导出钢筋混凝土双向压弯截面含损伤变量的割线刚度、切线刚度矩阵。将截面受压混凝土分成若干四边形,用高斯数值积分完成每个四边形的积分,截面含损伤变量的刚度等于各四边形积分之和。对截面进行了全过程损伤分析,并进行钢筋混凝土梁损伤试验,用冲击回波法检测垂直裂缝,试验检测结果与理论分析结果较吻合。     

高速铁路钢箱拱桥动力特性及模型简化研究——以南广高铁西江特大桥为例

为了提高该钢拱桥动力特性的数值模拟精度和效率,针对目前复杂变截面结构普遍处理方法的弊端,自主编写开发出一款截面特性精确求解程序。以肇庆西江特大钢拱桥为工程背景,结合ANSYS软件分析研究该钢拱桥全桥模型和两种桥面系简化模型的自振特性,对该桥在地震波作用下的结构响应进行分析。研究结果表明:(1)采用提出的方法建立的模型的自振特性更接近实测值;(2)提出的模型简化理论在提高效率的同时可以保证分析精度;(3)全桥结构在三向埃尔森特罗地震波作用下除桥面跨中位置外没有发生较大位移变形。     

大跨度变截面隧道衬砌台车设计与优化分析

不同隧道截面几何尺寸不同,甚至同一隧道截面尺寸也经常变化,给台车设计提出较大挑战,为此设计一种新型隧道变截面衬砌台车。结合台车受力特征以及实际工况计算出台车顶模板及门架所受荷载;利用Space Claim以及Solid Works软件构建衬砌台车顶模板及门架模型,并利用Ansys有限元分析软件对顶模板以及门架进行数值分析,得到其受力及变形情况。结合设计规范分析台车设计是否满足要求;对模型进行参数化优化,通过对比分析优化结果选定最终优化方案。     

高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁受力及变形性能试验研究

为研究设计速度350 km/h高速铁路斜拉桥钢-混组合箱梁的受力特性与桥面变形性能,采用Ansys软件建立赣江特大桥3个梁段的有限元模型,分析其应力分布特性;以应力等效的原则优化设计出相似比为1:3的全截面静载试验模型并开展受力传力及桥面变形特性研究.结果表明:钢-混组合箱梁在轴力及弯矩最不利荷载组合工况下,混凝土桥面...     

周期性三维轨道结构弹性波耦合与转换

为了研究周期性三维轨道结构中弹性波传播规律,采用波有限元方法建立结构元胞动刚度矩阵,基于Bloch定理求解结构中弹性波波数和特征向量,得到其频散曲线,进一步结合弹性波叠加方法,计算无限长三维轨道结构响应.对比平面半轨道结构模型,三维轨道结构中频散曲线数量增加一倍,出现结构非对称波模态.此外,三维轨道结构中存在明显的弹性...     

计算高速列车车内压力的热力学模型

运用热力学基础知识，建立了一种计算高速列车通过隧道时车内压力变化的热力学模型，它采用当量漏气面积表示车辆气密性，具有物理意义明确的特点。在相同的计算条件下，将其与现有能够计算车内压力的2种模型——经验模型和流动模型进行了车内压力计算的对比分析，结果表明热力学模型用于高速列车车内压力计算是可行的。     

基于支护结构安全系数的铁路隧道围岩膨胀性分级方法

采用室内试验方法建立隧道膨胀性围岩含水量、加载压力与膨胀率的关系,以及自由膨胀率与无荷膨胀率、有荷膨胀率的关系;采用数值方法模拟新建山西中南部铁路线上庄1号隧道的施工过程,计算得到了不同膨胀率条件下各施工步序支护结构各截面的弯矩和轴力,从而计算出安全系数;基于隧道施工过程中支护结构安全系数计算,建立不同线膨胀率与隧道结构安全系数的关系并得到其计算公式,进而根据自由膨胀率、50 kPa荷载下有荷线膨胀率将膨胀土划分为Ⅰ～Ⅳ级。研究成果为类似膨胀土隧道的修建提供参考,具有重要的现实意义。     

青岛地铁13号线连续U梁设计研究

以青岛地铁人民路节点桥连续U梁设计为依托,对现有常规连续U梁截面进行优化。利用BSAS程序,对2种不同截面的连续U梁通过平面杆系模型进行计算对比,得出2种截面下全桥的变形和受力分析。在Midas中建立有限元实体模型,对优化截面连续U梁计算结果进行复核对比,对今后轨道交通中连续U梁结构设计提供参考,并对结构的优化设计提出建议。     

寒冷地区高速铁路路基上无砟轨道伸缩缝防渗水优化设计

针对严寒地区路基段板式无砟轨道伸缩缝封闭不严及裂缝过大引起的渗水问题,通过对不同密封材料的对比,提出了采用新型聚氨酯密封胶的封堵方案,并介绍伸缩缝整修的施工工艺。实践证明,使用聚氨酯密封胶对无砟轨道伸缩缝进行整修,施工操作简便,防水效果较好。