高速铁路堤堑防风过渡段气动分析与工程优化

研究目的:兰新高铁在联调联试及大风专项试验期间,高速列车通过不同防风工程过渡段时,工程边界的变化引发列车气动性能产生急剧变化,进而导致车体晃动。本文对兰新高铁路堤到路堑的防风工程过渡段的气动特性进行研究,探明突变边界引发的风切变机制及演化规律,针对过渡段风流场的突变环节提出完善的、可实施的工程优化方案,并对工程效果进行对比分析,为优化工程的实施提供依据。研究结论:(1)列车通过不同防风工程过渡段时,头车、中车、尾车侧向力与倾覆力矩增幅明显,遮蔽区内流场结构及风速、风向的变化导致列车气动性能发生较大变化,进而影响列车的稳定舒适性;(2)以过渡段风场变化规律研究为基础,对于典型的路堤到路堑的防风工程过渡段,提出了加高过渡段挡风墙的工程优化措施,列车通过时侧向力与倾覆力矩幅值明显降低且变化缓和,优化效果明显;(3)对于其他更为复杂的防风工程过渡段,需重视不同结构过渡边界引发的风切变机制及演化规律的研究,重点从改善突变流场结构入手,结合地形地貌及工程条件因地制宜地采取工程优化措施;(4)本研究结论可为高速铁路防风工程过渡段的计算、设计及工程优化提供参考。     

复杂环境下高铁防风过渡流场特性及工程对策

高速列车通过不同防风工程的过渡段时,工程边界的变化会引发列车气动性能产生急剧变化进而引发车体晃动.通过对兰新高铁复杂环境下防风工程过渡区域流场变化规律及气动特性的研究,探明突变边界引发的风流场突变机制及演化规律.结合工程优化的可行性、经济性等实际情况,提出加高薄弱段挡风墙结合降低路堑挖方的综合性工程优化方案,工程实施后现场实测表明区域内风速突变显著降低,工程效果明显.对于复杂环境下高速铁路防风工程过渡段的优化,需重视不同结构过渡边界引发的风切变机制及演化规律的研究,重点从改善突变流场结构、弥补工程薄弱环节入手,结合地形地貌及工程条件因地制宜地采取工程对策.     

兰新铁路既有防风设施薄弱地段的分析及改造

结合兰新铁路“百里风区”既有挡风墙和其他防风设施,通过数值计算、列车空气动力学实车试验、车辆动力学试验和挡风墙前后风速分布现场试验等,分析在既有防风设施和大风条件下的列车气动性能与速度分布,找出既有防风设施的薄弱环节,提出对土堤式挡风墙、不同形式挡风墙及挡风墙与路堑过渡段、矮路堑的优化方案和改造措施.建议按危险程度分批次逐步实施改造,在补强改造设计时勘察现场,反复论证补强方案的安全性和可行性.     

基于动车组安全运行的南疆线既有防风设施优化改造研究

为探究南疆线是否满足动车组开行要求,通过实车试验的方法,发现南疆线既有防风设施部分区段不能保证动车组安全运行,需进行优化改造;在分析试验结果的基础上,对试验中出现大值点的地段进行详细现场勘查和影像记录,分析总结需优化改造的防风设施结构形式等信息,发现南疆线既有防风设施薄弱环节处于无挡风墙地段、桥梁挡风结构、土堤式挡风墙、过渡段等位置。通过数值模拟计算,对土堤式挡风墙、浅路堑和土堤式下坡风等提出具体改造思路和优化方案。通过推荐施工方案、开展现场验证,以达到满足动车组安全运行的目的。     

兰新铁路隧道与路堤相连处防风过渡段接触网风场特性研究

接触网处风场特性对于接触网结构安全及弓网受流具有重要影响,为研究防风设施对接触网处风场特性的影响,根据兰新铁路隧道与路堤相连防风过渡段的实际结构,采用模型实验与数值计算相结合的方法,对列车在隧道内运行、出隧道在无挡风墙及含双侧3m高通透型挡风墙路堤上运行时接触网处的流场特性进行研究,得到上述过渡段接触网不同位置的速度特性。结果表明:在隧道口与5m高路基双侧设3m高通透型挡风墙时,可改善过渡段接触网处风场特性,使接触网附近风速变化平缓;但由于受路堤护坡及挡风墙绕流作用,隧道口处垂直列车方向的速度峰值增大;列车从隧道驶出并进入防风段的整个过程中,接触网处风速变化剧烈,在实际运行中应予以重视。     

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。     

京沪高铁沿线江苏段风况研究

利用风资源评估软件Meteodyn WT分别模拟京沪高铁沿线江苏段大胜关43个站点和阳澄湖23个站点2016～2018年瞬时风速数据,分析2地区风况特征,为京沪高铁安全行车、防风设计及优化站点布局提供依据.研究结果表明:2地区大风发生频率峰值均在下半夜,并且午后大风波动显著,秋季尤为明显;受气候和地理环境等影响,春季、秋季分别是大胜关和阳澄湖强横风高发季节,其中大胜关沿线在日出至正午时段易受强横风的影响,阳澄湖则需重点关注区域Ⅰ沿线运行;大胜关沿线在站点1～5和12处增设监测站点,并在站点1～5南北侧设置挡风墙,除站点13～17和32～36之外北侧亦需挡风墙.阳澄湖沿线合理布设站点,并在北侧设置挡风墙;高铁沿线在沿江、湖泊等地区切变指数小,风速大,易受强横风影响,而在平原、山地等粗糙地区则相反.     

京沪高铁沿线江苏段风况研究

利用风资源评估软件Meteodyn WT分别模拟京沪高铁沿线江苏段大胜关43个站点和阳澄湖23个站点2016～2018年瞬时风速数据,分析2地区风况特征,为京沪高铁安全行车、防风设计及优化站点布局提供依据.研究结果表明:2地区大风发生频率峰值均在下半夜,并且午后大风波动显著,秋季尤为明显;受气候和地理环境等影响,春季、秋季分别是大胜关和阳澄湖强横风高发季节,其中大胜关沿线在日出至正午时段易受强横风的影响,阳澄湖则需重点关注区域Ⅰ沿线运行;大胜关沿线在站点1～5和12处增设监测站点,并在站点1～5南北侧设置挡风墙,除站点13～17和32～36之外北侧亦需挡风墙.阳澄湖沿线合理布设站点,并在北侧设置挡风墙;高铁沿线在沿江、湖泊等地区切变指数小,风速大,易受强横风影响,而在平原、山地等粗糙地区则相反.     

兰新高铁大风区接触网正馈线悬挂结构适应性分析

试验和运行经验表明,兰新高铁大风区接触网正馈线(AF线)疲劳磨损问题非常突出。通过理论结合实际的方法,利用有限元三维流体场仿真辅助手段,分析百里、三十里风区挡风墙后方大风运动特征及AF线风场内受挡风墙结构增速影响的运动特点,提出AF线受激励源干扰产生大幅振动的机理。利用现场样本空间数据累计及AF线V形悬挂铰接零部件的运动频次,提出AF线V形悬挂结构合理性设计的关键点及结构匹配重要性,以及限制零部件间磨损的有效措施。     

突变风载作用下高速列车运行安全性分析

大风条件下高速列车通过部分防风设施过渡段时,车体往往会在横向突变风载作用下产生明显的瞬态横向振动和侧滚振动。实车线路试验发现:这种瞬态振动会经由车辆悬挂向下传递,可能引起轮轨力的变化,从而影响到高速列车的运行安全性。针对这一现象,结合实车试验和仿真计算,分析了高速列车在运行过程中遭遇横向突变风载情况下的动力学响应机理,在此基础上研究了运行安全性指标随车速和突变风载大小的变化规律。