高速铁路封闭式声屏障的风压荷载试验研究

针对高速铁路封闭式声屏障在列车风与横风作用下的风压荷载问题,采用中南大学自主研发的横风-移动列车风洞试验系统,研究横风和列车风作用下声屏障的风压荷载分布.研究结果表明:圆形断面封闭式声屏障外壁风压系数分布沿环向先减小后增大,与单圆柱的风压分布大致相似,给定风速下最大负风压系数-3.38;单车通过声屏障时脉动风压幅值与车速平方近似成正比,同一截面风压沿环向非均匀分布,近侧的压力峰值高于远侧,最大相差16％;2车交会时,交会区域风压峰值明显增大且极值风压出现在交会截面,其值约为单车通过时极值风压的2倍.     

宁波轨道交通高架线综合降噪效果测试与分析

宁波轨道交通1号线一期工程高架线开展了无声屏障、全封闭声屏障、全封闭声屏障+梯形轨枕和全封闭声屏障+道床垫浮置式整体道床工况下的噪声对比测试试验.在各测量断面处布置7个噪声测点,并得到12.5～20000 Hz频段的噪声声压级与频谱曲线,分析各工况下噪声频谱特性与降噪效果.结果表明:仅采用全封闭声屏时,噪声源强处降噪效果最佳,且降噪效果随水平距离的增大呈衰减趋势;在全封闭声屏障的基础上采用梯形轨枕或道床垫浮置式整体道床后各测点(测点l除外)处降噪效果进一步增大,减振轨道确保了全封闭声屏障的降噪效果;减振轨道能有效减小桥梁结构噪声,但同时也增大了轮轨噪声;全封闭声屏障+道床垫浮置式整体道床的降噪效果优于全封闭声屏障+梯形轨枕.     

横风作用下公路车辆与桥梁静气动力的数值模拟研究

横风作用下的风—车—桥耦合系统的振动分析需要准确识别车辆和桥梁气动参数。基于CFD数值仿真平台分别建立了桥梁单体模型和车桥耦合体系模型,计算分析了高低紊流度风场中不同风攻角下车辆和桥梁的静气动力,分析研究了静止车辆对桥梁静气动力的影响、风攻角对车辆静气动力的影响以及风场的紊流性对车桥静气动力的影响。计算结果表明:由于车辆的干扰,不同风攻角下的桥梁静气动力普遍增大;风攻角对车辆静气动力系数影响比较大;紊流特性对车辆静气动力系数有一定影响,对桥梁静气动力系数影响不大。     

高速铁路840 m全封闭声屏障气压荷载数值模拟研究

采用我国干线铁路开行的复兴号动车组,基于计算流体力学软件Fluent,对高速列车以350 km·h^-1速度通过840 m全封闭声屏障及1/2跨和1/4跨会车工况下声屏障的气压荷载分布规律进行数值模拟。结果表明:会车工况下的压力极值均大于单车工况下,且变化规律更为复杂,声屏障中间位置即1/2跨会车时的压力极值达到最大值,最大正压和负压分别为2 672和4 619 Pa,分别为单车工况下的2.05倍和1.87倍;同一截面各测点的气压荷载波动规律相似,但压力极值存在明显差异;单车工况下,声屏障同一截面上不同测点处的极值压差达到0.6 kPa,体现了压力波传递的三维效应。通过数值模拟获得的全封闭声屏障压力极值和气压荷载分布规律,为声屏障结构设计提供理论依据。     

双层桁架桥上列车气动特性风洞试验研究

为研究双层桁架桥上列车位于主梁断面上、下层的气动特性,通过节段模型风洞试验对双层桁架主梁断面上列车进行测力、测压。以某大跨度公铁两用悬索桥和CRH2列车为背景,研究双层桁架主梁断面上列车在迎、背风侧时,列车位于上、下层时的三分力系数、平均风压系数以及脉动风压系数,并且分析风攻角对上、下层列车气动特性的影响。研究结果表明：1)上层列车的阻力系数要显著小于下层列车,当列车位于迎风侧时,下层列车的阻力系数可达到上层列车阻力系数的1.6倍,上、下层列车的力矩系数大小基本相同,但是上层列车的升力系数大于下层列车;上、下层列车的阻力系数随风攻角的增加逐渐减小并且两者的差值也逐渐减小。2)上层列车的迎风面、背风面的压差明显小于下层列车的情况,使得上层列车的总体阻力小于下层列车,并且上层列车的顶面、底面的压差要大于下层列车的情况,使得上层列车的总体升力大于下层列车;上层列车迎风面的平均风压随风攻角的增加而减小,下层列车则无明显变化。3)上层列车圆弧过渡段顶部和底部脉动风压系数小于下层列车,并且随着风攻角的增加,下层列车脉动风压系数减小,而上层列车无明显变化,风攻角对上层列车风压系数的脉动性影响较小。研...     

横风对受电弓各杆件气动特性的影响研究

建立受电弓-接触网-列车模型,通过雷诺时均方法研究了横风对受电弓各杆件气动特性的影响。通过改变横风风速、风向角,分析了受电弓的流线、表面压力和涡量等分布,探讨了受电弓各部件阻力系数、升力系数和侧向力系数,对比了各部件与受电弓总作用力系数的关系。研究表明:对于受电弓的滑板、上臂杆及下臂杆部分,其阻力、侧向力系数均随风向角和横风风速的增大呈现出逐渐增大的趋势;滑板阻力系数最大,下臂杆阻力最小;上、下臂杆升力系数为负值,与受电弓相比作用力方向相反。在各杆件中滑板所受气动力占总气动力份额最大。受电弓上部构件受横风和风向角产生的影响显著,其结果对受电弓各杆件气动特性的研究及应用具有重要意义和价值。     

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...     

350～400km·h~(-1)高速列车作用于声屏障的脉动风荷载特性研究

针对350~400km·h~(-1)高速列车作用于声屏障的脉动风荷载问题,基于三维非稳态的k-ε两方程紊流模型,采用移动网格的数值仿真计算多种车速、多种屏轨距条件下列车通过声屏障区域的动态风场过程,得出声屏障各部位的脉动风荷载时程曲线等各类结果数据及多种参数的影响规律,并与实测资料进行对比分析。结果表明:300~400km·h~(-1)列车脉动风荷载随列车速度的增加而加速增大,与声屏障至线路中心距离呈现近双曲线性反比关系,风压值分布沿声屏障高度呈现底部大、顶部小的规律;理论计算风压值及其与实测列车脉动风荷载时程曲线形状、参数影响规律等均相符较好,部分计算风压量值略大于实测值,原因在于计算中列车及声屏障模型光滑表面的模拟方法忽略了实际粗糙表面的风阻等因素。在仿真与实测的基础上,提出380~400km·h~(-1)高速列车脉动风荷载的最大风压取值建议及广义振动频率范围1.96~4.79Hz等动力设计建议。     

双层高速动车组横风倾覆稳定性研究

双层高速动车组因其重心高、迎风面积大等特点,运行安全受横风影响更为显著。以我国某双层高速动车组作为研究对象,建立横风条件下3节车辆编组的气动仿真分析模型,通过与风洞试验数据比较,验证模型有效性,仿真得到了在不同横风条件下各车辆所受到的气动载荷,基于EN14067标准中的五质量模型方法,分析了横风条件下双层高速动车组倾覆安全性,得到了列车临界倾覆风速曲线。研究结果表明：横风条件下头车气动载荷最大,且在60°左右的侧滑角时达到最大;当横风垂直于列车行进方向时,临界倾覆风速随车速增加而下降,在车速为80 km/h左右,其下降趋势出现明显的变化,动车组以200 km/h速度运行在平地时,头车临界倾覆风速为22.5 m/s。在同等车速条件下,头车临界倾覆风速随风向角的增加迅速下降,平地路况在风向角为90°时取得最小值,路堤和桥梁路况在风向角为80°时取得最小值。在平地、10 m高度路堤和桥梁3种路况条件下,路堤情况的倾覆风速最小。横向未平衡加速度、空重车状态对列车横风安全性也有显著影响,当加速度与横风风速同向时,其头车临界倾覆风速值随横向未平衡加速度的增加而下降,而重车状态下的临界倾覆风速高于同...     

铁道车辆通过桥梁的横风气动特性试验研究

介绍了日本采用风洞模型试验的方法，对铁道车辆通过桥梁的横风气动特性进行研究的情况，并对影响气动特性的主要因素和车辆倾覆临界风速等问题进行了分析。     

风屏障对公铁两用桥上车辆气动特性的影响

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。     

铁路全封闭声屏障降噪效果试验研究

直立式声屏障是我国高速铁路噪声控制主要措施,仅在声影区有较好的降噪效果,全封闭声屏障、半封闭声屏障等进一步降低噪声的声屏障类型虽已在城市轨道交通广泛应用,但在铁路应用案例极少,为了保护"小鸟天堂"生态环境,我国深茂铁路于国内首次采用全封闭声屏障,为了分析其降噪效果,采用间接法进行现场测量,结果表明:动车组运行速度不高于132 km/h时,全封闭声屏障可大幅降低列车通过噪声,且不存在声亮区,距线路不同距离、不同高度处,全封闭声屏障降噪效果可达16～18 dB;呈现宽频降噪性能,对于400 Hz以上的噪声,降噪量高达10 dB以上;630 Hz以上降噪效果高达15 dB以上。试验明确了全封闭声屏障降噪特性,为我国高速铁路声屏障选型和优化设计提供参考。     

风沙环境下路堤上列车的气动性能分析

利用CFD软件研究风沙环境下列车在路堤上运行的横风气动性能,计算分析了列车横风气动力与沙尘浓度和横风速度之间的关系。计算结果表明,随着风沙环境强度的提高,车体表面的正压区及负压区增大,且列车的气动性能变差;随着沙尘浓度的增加,侧力增幅最大;在同一沙尘浓度环境下,随着横风速度的增加,列车气动力变化剧烈,且与对应的不同强度风沙环境下列车气动力的变化趋势相似。风沙环境下列车气动性能对横风更为敏感,而沙尘仅加剧了列车气动力值的增幅,增加了列车的运行危险性。     

基于大涡模拟的高速列车横风运行安全性研究

结合高速列车空气动力学和多体系统动力学,研究横风对高速列车运行安全性的影响.首先采用大涡模拟计算方法,研究了不同横风风速下高速列车非定常气动载荷的时域及频域特性,列车周围流场结构及相应的非定常流场特性.然后建立高速列车多体系统动力学模型,将得到的气动力作为外加载荷作用于列车上,研究了不同横风风速下定常气动力和非定常气动力对直线上高速列车运行安全性的影响特性,计算结果表明,与定常气动力相比,作用于车身上的非定常气动力使列车的振动加剧.最后参照高速列车的安全运行标准,对高速列车的安全运行进行分析,为横风下高速列车的安全运行提供参考.     

二维细长柱体气动力特性试验研究

为了研究包括圆柱体和正多边形的二维细长柱体的气动力特性,对具有5种不同表面粗糙度的圆柱体和4种正多边形(12、16、20、24)柱体进行了风洞模型测力试验。对于圆柱体,分析了雷诺数和表面粗糙度对其气动力特性影响规律;对于正多边形柱体,分析了雷诺数、风攻角以及正多边形边数对其气动力特性影响规律。结果表明:圆柱体表面粗糙度对气动力特性具有明显影响,随着粗糙度增大,阻力系数减小,雷诺数效应减弱;在特定风攻角下,各正多边形柱体气动力系数随雷诺数均变化不大;在试验雷诺数范围内,正多边形柱体的气动力系数随风攻角变化不大;就整体趋势而言,正多边形柱体随着边数增加平均阻力系数减小,平均升力系数增加。     

高速铁路连续梁桥三分力系数的数值模拟分析

连续梁桥是高速铁路上的一种典型桥梁,利用计算流体力学软件对其不同截面在不同工况下的静气动性能进行了数值模拟,研究了平均风速、风攻角、宽高比以及桥上列车分布状况分别对桥梁截面三分力系数的影响.研究结果表明:风速和风攻角对桥梁的静气动性能影响显著；梁高的增大使桥梁处于不利的风荷载作用下；在桥上有列车状态下桥梁的静气动性能不如无车时稳定.     

高速铁路减载式声屏障气动载荷特性的试验研究

减载式声屏障气动载荷特性研究是提高减载式声屏障结构可靠性的前提,具有重要的理论意义和工程价值。分别从车速、上下行、车型影响三个方面,对桥梁段和路基段减载式声屏障的气动载荷特性进行试验研究。结果表明,对桥梁段而言,减载式声屏障正应力幅值约是负应力幅值的两倍;列车距离声屏障越近,声屏障受到的气动载荷对车速的影响越敏感;在同一车速下,CRH380A型动车组作用于声屏障上的气动载荷高于CRH380AM型动车组的作用;车型对声屏障的气动载荷作用受车速的影响不大。对路基段而言,在同一车速下,列车经过路基段时声屏障的应力幅值比桥梁段要大;随着车速增加,正应力幅值的增大幅度远小于负应力幅值的增大幅度;减载式声屏障的上下行特性与声屏障高度相关;声屏障受到的气动载荷随车速的变化关系与列车和声屏障的距离关系较小。当车速低于320 km/h时,路基段减载式声屏障应力峰谷值之差随车速增加而增大的趋势较为缓慢。     

不同高度声屏障对磁浮列车气动效应影响研究

为给磁浮列车轨道两侧声屏障高度合理设计提供参考,基于三维可压缩、非定常N-S方程和k-ε湍流模型,用数值模拟方法研究磁浮列车在不同高度的声屏障内交会时,磁浮列车、声屏障及电缆的气动效应。研究结果表明,声屏障高度对磁浮列车表面压力和侧向力影响较小,对声屏障自身表面压力和电缆盒冲击载荷影响较大。声屏障纵向表面压力变化最大值和气动载荷最大值均出现在磁浮列车头头交会截面处,垂向表面压力变化最大值出现在3.6 m高处;随着声屏障高度增加,声屏障气动载荷增大,声屏障高度为5 282 mm和3 700 mm时,最大声屏障表面气动载荷相对1 500 mm高时声屏障分别提高了106.7%和71.1%,相同高度测点压力变化幅值最大增加56.6%。声屏障内侧布置的电缆盒所受纵向冲击载荷随着声屏障高度的提高也有明显升高。     

横风荷载下电磁悬浮EMS型磁浮车辆动态响应特性分析

强烈的横风荷载会影响磁浮列车横向稳定性和安全.为全面了解横风荷载下电磁悬浮(EMS)型磁浮车辆的动态响应特性,建立了一个精细化的3D磁浮车辆多体动力学模型,并利用CFD(计算流体运动学)方法获得了磁浮车辆的气动载荷系数.基于"中国帽子风"阵风风速曲线计算生成横风荷载,进而通过时域动力学仿真,最终获得磁浮车辆车体与悬浮架的动态响应,并从车体位移、电磁悬浮系统和关键部件等方面细致全面地分析了横风荷载下EMS型磁浮车辆动态响应特性.     

高架铁路环境噪声空间分布特性及控制措施效果研究

城市轨道交通快速发展的同时也引发相应的环境问题,特别是高架区域噪声问题已成为环境投诉的热点。以杭州地铁1号线高架段为研究对象,分别对直立式声屏障、全封闭声屏障与减振垫相互组合的降噪断面进行现场测试,分析不同组合降噪措施下高架沿线环境噪声的空间分布特性及其噪声控制效果。结果表明:采用减振垫可以有效减少轮轨振动能量向桥梁传播,从而降低桥梁结构噪声,但同时增大轮轨相互作用,导致轮轨噪声增加。减振垫对城市轨道交通噪声的控制效果具有明显的空间分界性,在接近地面区域对桥梁结构噪声具有良好的降噪效果,而在轨面附近轮轨噪声却增强;全封闭声屏障相对直立式声屏障能够更加有效地控制轮轨噪声的传播。在城市轨道交通高架段中有必要采取轨道减振措施以降低桥梁结构噪声,并根据实际需求利用声屏障控制轮轨噪声的传播。