风障对侧风作用下列车行车安全影响的数值模拟研究

侧风引起的列车安全事故偶有发生,列车的侧风安全性问题也受到越来越多的重视。风障是解决列车在侧风环境下行车安全问题的主要手段。本文基于计算流体动力学的基本理论,结合新疆列车翻车事故,利用FLUENT软件,对列车在侧风环境下的三维绕流情况进行数值模拟,分析不同开窗情况对列车运行安全的影响;并通过计算未安装风障和安装50%孔隙率风障时列车三维绕流下的压力分布、流线和气动力,分析列车在侧风作用下的稳定性,以及不同开窗情况下风障对列车行车安全的影响。计算结果表明:合理的风障设计可以明显提高列车的运行安全性。     

五峰山长江大桥施工阶段风险评估研究

新建连云港至镇江铁路五峰山长江大桥为主跨1 092 m高速铁路及公路两用桥,承载4线铁路及8线公路,工程结构规模庞大,构造复杂,给施工带来了极大的挑战。为控制该桥施工过程中的风险,基于作业分解结构—风险分解结构(WBS-RBS)原理和专家调查法建立施工风险识别体系,并依据风险事件发生概率和后果损失,结合风险接受准则综合评定风险等级,为制定风险控制措施提供依据。结果表明,五峰山长江大桥施工全过程分解为10个分项78个基础工序,并按照15个风险分解项共识别出610项风险源,经风险等级评估出82项中度及以上等级风险源,其中17项为重大风险源;对重大风险源提出专项控制方案并继续评估其残余风险,确保其风险等级降低至可接受状态。验证了风险评估方法的有效性,为五峰山长江大桥施工阶段风险控制提供指导。     

五峰山长江大桥主缆架设控制关键技术

以新建连镇(连云港-镇江)铁路五峰山长江大桥为背景,从施工控制的角度分析了主缆索股弹性模量、钢丝直径、索股自重、钢梁重量等参数对索股长度的影响,根据实际情况确定索股长度调节量为25cm.针对大直径主缆设置了多根参考基准索股,并分析了产生误差的原因.一般索股架设采用分层定距的方式控制线形.调整锚跨索力时,考虑温度、散索鞍...     

五峰山长江大桥4号墩承台施工关键技术

新建连镇铁路五峰山长江大桥为主跨1 092 m单跨悬吊钢桁梁悬索桥,是目前世界上首座重载、高速、大跨超千米级公铁两用跨江悬索桥。主桥设计荷载约17万吨,加劲梁上层为八车道高速公路,下层为四线高速铁路。因巨大的设计荷载,故两岸主墩承台设计的结构尺寸亦非常庞大。针对大桥双塔之一的4#塔承台处地质条件复杂以及超大体积承台施工质量控制要求高的难点,介绍了其施工的关键技术,可为类似工程提供借鉴。     

规范五峰山长江大桥技术管理工作的实践与思考

工程建设管理综合工期、质量、环境、投资、安全、创新六个要素为一体,整体控制以实现良好效果,六个要素均离不开技术管理,可见技术管理占突出重要的位置,五峰山长江大桥为千米级公铁两用悬索桥,大桥拥有多项世界级创新,通过近两年的管理实践,初步对大桥的技术管理进行了总结、提炼、思考,可为本工程后续施工和同类工程技术管理提供借鉴。     

电气化铁路强侧风条件下列车防风研究

针对新疆地区电气化铁路大风条件下的铁路列车安全进行初步研究。采用数值模拟计算方法,按列车空气动力学理论进行接触网、挡风墙及车辆受到大风空气动力影响的计算。用Fluent流场数值计算软件,按三维黏性流对各种工况接触网、挡风墙及车辆受到的大风空气动力影响分别进行数值模拟计算。根据仿真模拟计算结果,得出初步结论,并提出对于铁路防风工程设置的指导意义。     

五峰山长江大桥南锚碇倾斜基岩地质条件分析

五峰山长江大桥南锚碇位于五峰山山壑间,采用圆形扩大基础,外径90 m,场地内地形变化大,岩土层分布复杂,合理设置适应于地质条件的锚碇基础方案,对工程安全性、经济性意义重大。为了充分利用南锚碇场地内工程性能良好的微风化凝灰质砂岩地基,准确评价岩土体稳定性及对工程的适宜性,采用了露头调查、钻探、物探、原位测试及室内试验的综合勘察手段。基于地质成因分析及赤平投影方法,发现岩面、风化面总体产状具有一致性,倾角约18°,沿倾斜方向分布较稳定;通过进一步分析倾斜岩体及其风化面分布与锚碇基坑的相互作用关系,评价采用台阶式基础方案的可行性,并分析了其对岩石地基的利用优势,针对性提出了锚碇基坑的施工建议。经优化,考虑倾斜基岩工程地质条件的锚碇基础设计可减少约4万m³的微风化岩石开挖量,使工程兼具安全性与经济性。     

不同侧风模型下的高速列车安全性研究

为了研究适用于高速列车侧风安全性评价的风载模型和评价指标,基于均匀风假设和空气动力学结果建立了定常稳态风载模型,基于EN 14067—6—2010标准提出的瞬态风速分布模型和准静态理论建立了瞬态中国帽风载模型,基于AR模型建立了随机风载模型。建立了具有86个自由度的某高速动车组头车详细的动力学仿真模型,并将不同风载模型作为外部激励施加到车辆上。采用数值仿真方法,研究不同的风载模型和轨道激扰对运行安全性评价指标数值的影响,从而确定适合高速列车的风载模型和安全性评价指标,给出高速列车不同运行速度下的临界安全风速。结果表明,采用瞬态中国帽风载模型且不施加轨道激扰、用侧风倾覆系数评判运行安全性,适合我国高速列车的侧风安全性评价。     

侧风风场特征对高速列车气动性能作用的研究

侧风风场特征,如均匀风和大气底层边界速度型对高速列车在侧风环境下运行的安全性评估有直接影响.为了准确地评估侧风对在平原上运行的高速列车的影响,基于三维定常可压缩流动的NS方程,采用SSTk-ω两方程湍流模型和有限体积法,对时速350 km的动车组在均匀风和大气底层边界速度型风场中的流场和气动力特性分别进行了数值模拟计算和分析.结果表明:对在平原上运行的高速列车而言,作用于列车的气动升力、侧向力及倾覆力矩均随侧风风向角的增大而迅速增大;当风场为大气底层边界速度型时,列车顶部与底部及两个侧面的压力差小于风场为均匀风时的压力差,侧向力及倾覆力矩均小于风场为均匀风时的力及力矩,升力则随侧风风向角的增加具有不确定性.采用均匀风场评估高速列车在平原侧风环境中运行的安全性,会高估侧风对列车运行安全影响的风险,使得过低地限制列车的安全行驶速度,从而影响列车的正常运行效率.建议采用大气底层边界速度型风场进行评估.     

列车风作用下人体气动力的计算分析

根据列车风场的特点，提出一种计算列车风作用于人体气动力的方法，这种计算方法将人体受到的气动力分成压力梯度力和绕流阻力两个部分。结合我国高速列车和人体尺寸情况，计算了车头部列车风作用于人体的气动力，讨论了人体气动力变化的一些特性。     

地震作用下基于场地条件的高速列车行车安全性

针对地震作用下高速列车行车安全性问题,基于多体动力学理论,采用多体动力学软件SIMPACK建立高速铁路车辆模型。采用日本实测地震数据,以脱轨系数、动态轮重减载率、轮轴横向力作为安全性评价指标,从车辆动态行为角度分析不同场地条件下列车速度、横向加速度峰值、垂-横向峰值加速度比对列车行车安全性的影响。研究结果表明:地震作用下列车行驶速度、横向加速度峰值、场地条件对列车行车安全性有显著影响;列车在Ⅲ类场地上行车安全性最差,而在Ⅰ类场地上最好;垂-横向峰值加速度比超过0.67以后,垂向激励对列车行车安全性有显著影响。建议高速铁路地震报警阈值的选取应基于场地条件,且应考虑近场地震作用下垂向激励的影响。     

高速列车抗侧风倾覆稳定性研究

根据侧风作用下车辆在曲线上的受力情况,建立了倾覆稳定性分析模型。以国内某型动车组为例,计算了有关工况下的气动力与临界倾覆风速,并分析了抗侧滚扭杆刚度与横向止挡刚度对车辆倾覆稳定性的影响。计算结果表明,采用主动抗侧滚扭杆装置使车体向迎风侧倾摆一定角度可以改善侧风作用下车辆的倾覆稳定性。     

连镇铁路五峰山长江大桥北锚碇沉井下沉对周边环境的影响

为确保连云港—镇江铁路五峰山长江大桥北锚碇沉井下沉期间周边建(构)筑物的安全,采用数值模拟及现场监测的方法,分只取土、只排水和既排水又取土三种情况计算分析沉井下沉对周边环境的影响.结果表明:不论是否排水,沉井下沉时周边地表沉降均随距沉井中心距离增大而减小;排水下沉时沉井施工对周边环境影响大,而不排水下沉时对周边地表沉降...     

横向风与列车风联合作用下车桥系统绕流分析

采用3维定常不可压缩雷诺平均N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型,利用多重参考系法,对横向风作用下ICE高速列车在日本屋代南桥上运行的绕流进行分析。结果表明:列车风对流场的影响主要表现在对列车表面附近、桥面、挡风墙间的局部流场的影响;列车运行时对头部、尾部附近的空气有排挤、拖曳作用;列车尾部靠迎风侧有一个很强的旋涡;列车风对列车中部附近流场的影响很小,对列车的阻力、横向力、升力、摇头力矩影响较大;列车风的作用使整个列车产生一种向上提升和沿横风向摇头的作用,列车风对列车附近区域桥梁的气动力有明显影响。     

风雨联合作用下南京大胜关长江大桥地铁列车运营安全研究

为降低风雨联合作用对大跨度桥梁上城市轨道交通运营安全造成的影响,以南京大胜关长江大桥地铁搭载段为例,建立横风作用下列车倾覆数学计算模型,并研究列车在风雨联合作用下的运营安全性。结果表明：列车在背风侧运行时的临界倾覆风速大于列车在迎风侧运行时;相对于仅有强风作用,风雨联合作用下列车迎、背风侧的临界倾覆风速均有所降低且背风侧降低较为显著;仅强风作用时桥梁附属设施的增加使列车临界风速有所降低,风雨联合作用下桥梁附属设施的增加对列车临界倾覆风速的影响较小;风雨联合作用下,列车在边跨与中跨运行时的临界倾覆风速变化不大;雨强增大时临界倾覆风速降低不大。由此可见,风雨联合作用下对行车安全影响的主要因素是风速。     

基于姿态变化的列车侧风安全性研究

从流固耦合振动出发研究列车侧风安全性问题。对25 m/s横风环境下以250 km/h的速度运行在高为10 m的高架桥上的列车,首先锁定其悬挂系统,不考虑其姿态变化,进行列车外流场计算。然后以此流场作为初始场,释放悬挂系统,考虑列车与空气介质的相互作用,采用动态网格技术,对列车系统动力学和列车空气动力学进行联合同步仿真。列车在横风作用下自适应得到一个动平衡状态,总体上看,新姿态下作用在车体质心的等效集中气动力较悬挂系统锁定时有所增加。为了比较流固关系考虑与否对列车影响的差异,将悬挂系统锁定情况下的气动力加载到列车上进行动力学分析。计算结果表明,考虑流固关系的列车在侧风下安全性更差。     

强侧风环境下CRH1型高速列车气动性能研究

基于三维、定常、不可压缩N-S方程及k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟计算方法分别对高速列车CRH1在不同侧风风速、不同风向角工况下的气动性能进行模拟。研究结果表明：对于不同横风风速,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着横风风速的增大而增大,但其对应的气动力系数基本保持不变;对于不同风向角,车辆的横向力、升力及倾覆力矩均随着风向角的增大而增大,风向角为75°时,气动力增长率变缓,对应的气动力系数变化与之一致。     

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。     

高速列车脉动风作用下车站人行天桥动力性能试验研究

我国高速铁路车站内人行天桥跨越股道连接各站台,当动车组高速通过正线时,列车周围将产生较大的气动力,会对跨越正线上方的人行天桥产生瞬间的推力和吸力,引起天桥结构横向、竖向振动,从而影响旅客通过天桥的舒适性和安全感。本文对国内外人行天桥振动标准进行归纳,分析京沈高速铁路阜新站内跨线人行天桥的自振特性和动车组通过时人行天桥的动力性能,研究人行天桥在脉动风激励作用下的振动特点、振动水平和振动分布规律,为我国高速铁路人行天桥振动舒适度限值的制订提供技术支持。研究结果表明:高速铁路人行天桥竖向振动加速度参考限值为1. 0 m/s2,横向振动加速度参考限值为0. 3 m/s2;列车行车速度大于300 km/h时,天桥跨中桥面中心区域竖向加速度超过参考限值。建议列车速度大于300 km/h时通过增大高速铁路跨线人行天桥竖向刚度、阻尼等方法减小其竖向振动,并采取优化天桥外形、增大天桥高度等方法减小脉动风的影响。     

风环境下的列车空气阻力特性研究

采用风洞试验方法研究大风环境下列车(由头车、中间车和尾车组成)空气阻力特性,得到风速、风向、列车速度与列车空气阻力之间的关系式.研究结果表明:顺风使列车空气阻力骤降,相当于大风对列车产生非常大的助推力;逆风使列车空气阻力增加,相当于大风对列车产生附加空气阻力.列车空气阻力随小角度风向角的增加而迅速增大,此时,头车空气阻力系数与风向角或风车速比均呈二次方关系增加,而中间车和尾车的空气阻力系数与风向角或风车速比均呈三次方关系增加;当风向角达到一定值时,列车运行速度、风速、风向耦合作用使列车空气阻力达到最大值,此后,列车空气阻力不仅不再随风向角的增加而增大,还有可能随其增加而降低.