基于AR模型的接触网脉动风场与风振响应

基于AR模型和接触网结构特性,建立了具有时间和空间相关的接触网脉动风场,由模拟的风速时程获得作用于接触网的风荷载;建立接触网三维有限元模型,研究了其模态、静态风偏和风振响应,并对位移响应进行了频谱分析.分析结果表明:垂向风速相对顺风向风速较小,采用Davenport风速谱可建立接触网脉动风场;接触网在30 m·S-1的横向平均风和自然风作用时,接触线跨中节点横向位移的最大值分别为109.11 mm和312.49 mm,平均风荷载下计算得到的接触线横向位移减小了186.40％;接触网在横向自然风作用时,接触线横向和垂向振动位移同时产生,接触网第1阶垂向和横向振动频率分别为0.973 Hz和1.384 Hz,在这2阶频率处产生了接触网结构与风荷载的峰值共振;接触网在30 m·S-1的自然风作用时,由风荷载引起的应力分别占接触线和承力索总应力的10.77％和27.40％,因此,需采用脉动风荷载进行接触网的风偏和强度设计.     

高速铁路弓网系统建模与动态性能研究

采用受电弓的三元集中质量块单元和弹性链型悬挂接触网的接触单元,建立受电弓与接触网的平面耦合动力学模型;以京沪高铁的实际线路为模拟对象,运行速度达到350 km/h以上时,在弹性吊索和承力索张力一定时,分析接触网在不同的接触线张力体系下的动态性能参数;依据高速铁路设计规范标准,比较了4种运行速度下的弓网系统动态性能参数,运用弓网动态仿真软件,实现了时速350 km以上弓网系统的动态响应。研究表明:提高运行速度会导致弓网之间的最大动态接触应力值增加和受电弓在定位点的抬升量偏大。当运行速度超过350 km/h时,接触网的动态参数基本满足受电弓单弓运行的速度,在承力索和弹性吊索的张力保持不变的情况下,接触线水平张力会随着速度的提高而增加,受电弓在定位点的抬升量增大,从而影响弓网之间的受流质量和可靠性。     

高速铁路接触网腕臂系统的力学特性

为了解决高速铁路接触网腕臂疲劳裂纹及零部件脱落的难题进行了腕臂系统的力学特性研究. 建立了腕臂的实体有限元模型,研究了腕臂系统在风环境和覆冰影响下的静力学特性;采用模态分析,获得腕臂的固有频率和振型;基于变形方程,推导出腕臂系统载荷的传递函数,获得了腕臂上载荷的分布规律;通过台架试验验证了腕臂实体有限元模型的正确性. 研究结果表明:腕臂系统的最大位移均在定位线夹处;当覆冰载荷作用时,腕臂系统的最大应力点在斜腕臂和套管双耳连接的螺栓处;当静风荷载作用时,腕臂系统的最大应力点在定位线夹处.      

高速接触网整体吊弦预配

为了减小常规方法计算吊弦长度的误差、严格控制接触线高度、提高接触网的弹性均匀度、实现良好的受流质量,在分析常规吊弦长度算法的基础上,提出了一种新的基于索网找形的有限元法.以一个锚段的接触悬挂为分析对象,以接触线高度为控制目标,建立了承力索的有限元模型.考虑到接触网的典型结构和线路状况,结合现场实际,对模型进行了修正.经过实例验证,按该方法计算的吊弦长度安装后,接触线高度误差控制在±7 mm以内,达到了《客运专线铁路电力牵引供电工程施工技术指南》的要求.     

曼型干式煤气柜气弹模型设计与模态参数识别

为了设计并制作出满足曼型干式煤气柜动力特性及流体力学相似准则的气动弹性模型,应用背景-共振能量参与系数法对煤气柜结构进行风振响应主要贡献模态识别,分析了模型设计中的主要参数,讨论了质量不相似对模型风振响应的影响,并推导了修正方法.详细阐述了煤气柜气弹模型加工、制作方法,对煤气柜气弹模型进行模态参数识别.结果表明:煤气柜结构风振响应主要贡献模态为前10阶模态;柜体内压对结构振动频率影响较小,一般在5%以内;在煤气柜设计中,仅需模拟柯西数相似即可;质量不相似模型风振响应的修正结果与原型风振响应差别在3%以内,煤气柜气弹模型实测频率、振型特点均满足设计要求.      

考虑SSI效应的输电塔-线体系风振响应简化分析

输电塔的分析设计通常按基础固支来处理,然而多数情况下地基并不是刚性的. 为了考虑弹性地基对输电塔风振响应的影响,建立了考虑土与结构相互作用（soil-structure interaction,SSI）的输电塔-线体系简化计算模型,并推导了风振响应动力方程. 基于提出的简化计算模型,选取工程中某特高压输电塔-线体系,编写MATLAB程序进行了结构系统的动力特性分析和风振响应时程分析,并选取了3种不同参数的地基土对输电塔的风振响应进行了对比分析. 研究结果表明:考虑SSI效应后,单塔的位移均方根值增大约20%,加速度均方根值减小约14%,基底剪力及基底弯矩最大值分别减小约7%、12%;考虑塔线耦联和SSI效应后,与仅考虑SSI效应的单塔相比,输电塔的位移响应有所增大,但加速度响应变化很小;随着地基土刚度减小,SSI效应的影响越明显,表明软土地基下输电塔的风振响应分析不能忽略SSI效应.      

AT供电系统接触网在线防冰电流的决策与控制

为了保障行车安全,消除接触网覆冰,针对电气化铁路AT(autotransformer)供电系统特殊的长回路和短回路结构,建立防冰系统投入后AT供电系统的电路模型.用该模型分析各AT段内防冰电流和负载电流的分布,得到保障全线防冰所需电流值;根据防冰电流与供电臂末端电压的关系,得出了牵引网压允许的防冰电流值;在此基础上,制定了以温度为目标的在线防冰电流决策流程.以某AT供电区段为例,结合实测负荷数据进行了仿真,结果表明:投入的防冰电流值至少为接触网临界防冰电流值的2倍,才能使接触线表面温度维持在0 ℃以上.      

浅析广州地铁1号线接触网及支柱改造设计

广州地铁1号线首通段西朗站至黄沙站区间地面正线段以及西朗车辆段岔群段的接触网钢支柱变形导致接触网通电故障影响运营安全。文章对其整治改造设计分析。针对接触网的不同类型改造设计特点提出了选择接触网支柱形式时应注意的问题。     

斜风作用下桥塔施工阶段抖振性能

为了研究不同风速、风偏角在施工阶段对桥塔抖振性能的影响,进行了考虑塔吊共同作用的桥塔联合气弹模型风洞试验。试验结果显示:桥塔的抖振位移响应可近似地表示为风速的二次函数,桥塔抖振响应随着风偏角的增加呈非单调变化,施工状态中桥塔顺桥向和横桥向抖振位移响应最大值会出现在非正交风作用下;在施工阶段设计风速下抖振位移响应最大值为0.2746m,在工程可接受范围内,试验得出的抖振位移响应均方根值显著大于抖振时域分析计算值,说明桥塔风洞试验应考虑施工状态和施工机械对其抖振性能的影响。     

环境风对高速铁路接触线波动速度的影响

基于空气动力学理论分别推导了作用在接触线上的空气阻尼和脉动风气动载荷, 并将空气动力项添加至接触线波动速度公式中进行修正; 通过风洞试验和CFD绕流仿真得到了横风环境下的气动阻力系数, 分析了不同空气阻尼下接触线波动速度的变化规律; 基于AR模型和接触网的结构特性, 建立了具有时间和空间相关性的接触网脉动风场, 通过仿真计算分析了脉动风速和风攻角对接触线波动速度的影响。研究结果表明: 静风载荷引起的接触线空气阻尼很小, 当平均风速达到30 m·s-1时, 接触线空气阻尼仅为0.3, 接触线波动速度为549.1 km·h-1左右, 因此, 空气阻尼不会对接触线波动速度产生较大影响; 当来流风攻角为60°, 平均风速不大于10 m·s-1时, 脉动风下接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和6 km·h-1, 此时接触线波动速度相对无风情况变化较小, 脉动风载荷对接触线波动速度的影响不明显; 当风速达到40 m·s-1时, 接触线平均波动速度较无风情况下降39.39 km·h-1, 且其标准差和最值差分别达到11.84和75.98 km·h-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至474.16 km·h-1, 因此, 脉动风下风速越大, 接触线波动速度受脉动风载荷影响越显著; 当风速保持30 m·s-1, 来流风攻角为0°~30°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别小于1和5 km·h-1, 此时脉动风载荷对接触线波动速度的影响较小; 当风攻角为90°时, 接触线波动速度标准差和最值差分别达到12.38和73.19 km·h-1, 此时接触线波动速度出现大幅下降与振荡, 最小波动速度低至472.91 km·h-1, 因此, 脉动风下来流风越偏于水平方向, 对接触线波动速度的影响越小。      

Wind Vibration Study of Long-span Steel Arch Structure of Beijing Capital International Airport

IntroductionThe long-span light-weight steel arch struc-tures have been widely used in the world due to itsbeautiful shape and reasonable mechanical charac-teristics. With the development of the computa-tional theory, the steel arch span becomes longerand longer. So, the wind loads become the majoror even dominant loads applied on steel arch struc-tural system[1~3]. The distress and damage willprobably occur in the structure, because of thelong term wind-induced vibration.1 Structural Wind-in…     

上海长江大桥主通航孔桥抗风稳定性研究

上海长江大桥主通航孔桥为主孔跨径730m的斜拉桥,是崇明越江通道重要桥梁。基于全桥模型风洞试验,对主通航孔桥的近期、远期成桥状态、施工状态进行了动力特性分析,介绍了风洞试验的主要内容、试验结果,据此分析评估了该桥的抗风性能。试验结果表明：该桥具有较好的抗风稳定性。     

接触网弹性吊索参数对弓网动态性能影响

为确定不同速度等级接触网弹性吊索参数的优选值，利用有限单元法，建立了中国高速铁路250、350 km/h两种速度等级的受电弓、接触网和弓网接触的动力学仿真模型，得到受电弓与接触网的动态性能指标，比较双弓作用下不同接触网弹性吊索截面积、张力和长度的弓网接触力数字特征和接触网定位点最大抬升. 研究结果表明:适应250 km/h的O2-1型接触网弹性吊索宜选用线型为JTMH 35 mm2、张力范围为(2.80 ± 0.10) kN，长度为14 m或18 m；适应350 km/h的京沪高速铁路接触网弹性吊索宜选用线型为JTMH 35 mm2、张力范围为(3.50 ± 0.10) kN，长度为18 m；弹性吊索参数变化对前弓的接触力影响较小，对后弓的接触力影响显著；250 km/h和350 km/h下弹性吊索长度22 m的定位点最大抬升分别是长度18 m的111%和117%，弹性吊索长度的变化对定位点最大抬升影响显著.      

计及覆冰和空气阻尼的弓网动态受流特性

为研究覆冰和环境风对弓网受流的影响,基于模态分析法,在充分考虑覆冰对接触网系统质量和刚度影响的基础下,重新推导了覆冰接触网运动微分方程,并引入静风载荷引起的空气阻尼对其进行修正.结合受电弓归算质量模型进行动态仿真计算,研究了不同覆冰厚度、风速、风攻角对弓网接触压力的影响.研究结果表明:无风时覆冰厚度的增加会造成弓网接触性能的变差;在静风环境下,由于线索覆冰改变了接触线阻尼,来流风向是静风载荷影响弓网接触性能的主要因素,来流风向越接近水平,对弓网受流性能的影响越小.      

接触导线弯曲时接触网模态分析与频率相关的有限单元法

本文在考虑接触导线弯曲刚度的前提下，发展了德国联邦铁路公司（ＤＢ）所采用的接触网模态分析方法，并对接触导线的柔索体模型与欧拉梁模型的计算结果进行了比较。在此基础上，作者开发了高速弓网系统动力学仿真软件Ｓｉｍｕｌａ２．０。     

重庆万豪国际会展大厦风效应试验研究

重庆万豪国际会展大厦是高度达303m的超高层钢结构，其基阶频率仅0．1234Hz，为了准确确定风荷载及其风致响应，对其进行了风致安全性及舒适性评估．采用风洞模型试验方法，对场地大气边界层进行了模拟；通过测压模型风洞试验测量风压系数的分布，并计算静风荷载；用气动弹性模型测量风致响应，包括大厦顶部的位移响应、加速度响应和角速度响应，并计算动风荷载．此外，还讨论了周边环境建筑对其风效应的影响．研究表明，周边建筑环境对大厦的静力和动力风荷载均有较大影响，在设计风速范围内不会产生驰振现象，其顶部加速度和角速度均小于限值，舒适性满足规范要求．     

高速铁路接触网研究进展

接触网与受电弓之间动态性能是影响列车运行的重要因素之一,高速铁路中接触网的不良状态直接影响牵引供电系统对动车组的供电安全.论文系统地讨论了高速铁路接触网研究的4个方面,即接触网的初始平衡态求解、接触网动力学建模、接触网非接触检测和接触网静态动态评估,并给出了目前高速铁路接触网研究的最新进展:针对接触网的初始平衡态求解精度不高的问题,通过引入多目标约束的结构找形方法和非线性有限元过程进行求解;在接触网动力学建模方面,考虑环境风对接触网影响的问题,通过环境风模拟和风洞实验获得气动力系数,建立沿线风场进行接触网风振特性分析;对于接触网非接触检测算法的精度不高问题,基于深度学习理论的检测技术和实时图像检测算法是今后发展方向;针对目前接触网动态评估方法缺乏的问题,现代谱估计、时频分析和大数据技术及其融合将是今后接触网评估的重要手段.