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.     

圆角矩形柱平均气动力特性的雷诺数效应试验研究

针对宽厚比为2、圆角率为0.3的矩形柱,采用刚性模型测压风洞试验的方法,在均匀流场中对其表面风压时程在不同雷诺数和不同风向角下进行了测试。分析了不同风向角下平均阻力系数、平均升力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明,随着雷诺数的增大,平均阻力系数减小,平均升力系数会产生明显的跳跃现象。迎风侧角点的风吸力会在较高雷诺数时产生明显的突增现象,随着风向角的增大,突增幅度先增大后减小。     

大跨度钢网架双坡屋面结构分区风荷载风洞试验研究

通过某长宽比为5.1∶1的大跨度钢网架双坡屋面结构刚性模型风洞测压试验,得到了结构在不同风向角下的风荷载体型系数,研究了该结构体型系数分布规律、脉动风压系数分布规律以及结构内外表面风荷载分布规律,依据体型系数的不同对结构表面进行了分区,给出了各区域的代表值。结果表明:结构边缘一定宽度范围内,体型系数受流体分离影响较大,其余区域所受影响较小且随风向角变化不明显;结构迎风端脉动风压系数较大,其余区域较小;结构周边建筑对结构体型系数、脉动风压系数、内压系数分布等有一定影响,设计中应考虑周边建筑对结构风荷载的干扰效应。     

方形超高层建筑风振轨迹及耦合效应试验研究

方形超高层建筑在2个水平方向的自振特性接近,强风作用下2个水平方向的风致振动会存在一定的耦合效应.为研究此耦合效应对超高层建筑风致振动的影响,进行了方形超高层建筑气弹模型风洞试验,分别测试了均匀流场和边界层风场下结构的风致振动响应.首先,通过限制结构顺风向位移,研究了结构顺风向振动对其横风向振动响应的影响;然后,分析了...     

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...     

不同车流对桥梁静三分力及局部风压影响的风洞试验研究

在风-车-桥耦舍系统中,不同交通状态车辆将引起桥梁气动力和局部风压的变化。采用测压法测试了不同车流下桥梁断面三分力系数随攻角的变化情况,研究了不同车流下车辆对三分力系数以及局部风压的影响。研究结果表明：在堵车情况下车辆对桥梁断面三分力影响最大,车辆引起桥梁阻力系数和升力矩系数显著减小,使升力系数增大。在车桥耦舍风场作用下,桥梁顶面迎风侧压力值产生由正到负的剧烈幅值变化。     

接触网空间相关随机风场的模拟研究

针对接触网的结构特点,在不降低精度的前提下,对风速相干函数及功率谱密度函数进行了适当简化,提出了基于多变量谐波合成法的接触网随机脉动风速场的模拟模型。该模型采用了适合接触网脉动风场计算的沿高度不变的Davenport谱,考虑了紊流风速在不同节点的相关关系,同时引入了水平风速的相位差;利用FFT(the fast Fourier transform technique)技术来代替谐波叠加的算法提高了谐波项合成效率。最后,应用该方法模拟了新疆兰新线百里风区接触网的随机风场。计算结果表明,互功谱密度函数、互相关函数与目标结果非常吻合,说明所提出的模型可以准确地模拟出适合接触网结构的随机脉动风场。     

计及风沙流影响的接触线振动响应研究

基于风沙荷载的协同激励会加剧接触线的摆动幅度、增大事故发生概率,为了加深对接触网风沙荷载致振机理的认识,利用有限元软件ANSYS建立兰新高铁接触网模型,采用谐波叠加法模拟脉动风场,通过流体力学软件Fluent获得接触线气动系数并计算风沙荷载,仿真分析风沙流对接触线振动的影响。研究结果表明:风沙流作用下接触线气动系数随攻角的变化趋势与净风基本一致;接触线横向、垂向振动位移随携沙量的增大而变大,风速20 m/s攻角0°沙粒体积分数取0.000 100时,横向、垂向最大振动位移分别比净风增大21.9%和12.0%;接触线的横向、垂向振动位移增长率与沙粒体积分数之间均符合高度线性相关关系,相关系数都近似等于1。     

圆形及矩形基础非均质地基极限承载力数值分析

我国经济发达地区广泛分布有软弱黏性土地基,近年大量超高、超大建筑和高速铁路等设施的快速建设对这类复杂地基极限承载力及破坏机理的认识提出更高的要求。采用有限差分方法建立三维数值分析模型,分析强度随深度线性增大的黏性土非均质地基在矩形基础和圆形基础情况下的地基极限承载力和破坏模式。结果表明:黏性土强度不均匀系数越大,地基承载力系数越大;基底粗糙度通过影响土体发生破坏的位置影响地基承载力系数;矩形基础和圆形基础的基础形状系数随着土体强度不均匀系数的增大而减小;数值计算得到的长宽比为10的矩形基础情况下的地基承载力系数与条形基础情况下的地基承载力系数相等。     

现浇X型混凝土桩截面几何特性研究

基于X型桩截面的外包方形截面边长、开弧间距及开弧弧度3个控制变量,推导X型截面面积、周长表达式,建立X型桩截面惯性矩的数值计算方法。X型桩的截面面积及截面惯性矩随外包方形截面边长和开弧间距的增大而增大,随开弧弧度数的增大而减小;周长随X型桩截面3个控制变量的增大均增大;周长与面积比随外包方形截面边长和开弧间距的增大而减小、随开弧弧度数的增大而增大。截面面积相同时,X型桩的周长及截面惯性矩均比圆形桩和方形桩大,且比值均随外包方形截面边长及开弧弧度数的增大而增大,随开弧间距的增大而减小。可见,截面面积相同时,X型桩的侧摩阻力大于圆形桩和方形桩,单桩承载力高。     

现浇Ⅹ型混凝土桩截面几何特性研究

基于Ⅹ型桩截面的外包方形截面边长、开弧间距及开弧弧度3个控制变量,推导Ⅹ型截面面积、周长表达式,建立Ⅹ型桩截面惯性矩的数值计算方法.Ⅹ型桩的截面面积及截面惯性矩随外包方形截面边长和开弧间距的增大而增大,随开弧弧度数的增大而减小;周长随Ⅹ型桩截面3个控制变量的增大均增大;周长与面积比随外包方形截面边长和开弧间距的增大而减小、随开弧弧度数的增大而增大.截面面积相同时,Ⅹ型桩的周长及截面惯性矩均比圆形桩和方形桩大,且比值均随外包方形截面边长及开弧弧度数的增大而增大,随开弧间距的增大而减小.可见,截面面积相同时,Ⅹ型桩的侧摩阻力大于圆形桩和方形桩,单桩承载力高.     

随机风场对弓网系统动态性能影响研究

基于有限元软件MSC-Marc建立弓网系统模型,对在随机风场中的受电弓-接触网动态性能进行仿真研究。模型中采用欧拉-伯努利梁模型模拟接触线和承力索,受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为一个整体进行动态仿真;采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场。在此基础上,采用MSC-Marc软件完成弓网系统在不同随机风荷载作用下的动态性能分析。实验结果表明:模拟随机风的功率谱函数与目标谱结果非常吻合,随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响很大,且沿风向定位器的第一吊弦退出工作时间随风速增大而增长。通过仿真结果比较分析,为进一步研究随机风场下弓网系统结构参数配合奠定了基础。     

基于颗粒流的高填黄土减载明洞土拱效应分析

实际工程表明,在高填方明洞顶部铺设EPS板可以明显降低洞顶竖向土压力,然而,铺设EPS板会将明洞上方的土体荷载向其两侧土体转移,导致其侧墙所受水平土压力及弯矩增大。为了进一步减小明洞受力,提出一种新型减载明洞体系,利用颗粒流软件建立相应数值模型,从竖向、水平土压力、颗粒竖向位移、颗粒间接触力和孔隙率等细观层面研究该减载明洞的荷载传递机制。此外,基于该减载体系,分析EPS板距拱顶位置、宽度和填土压实度对明洞土拱效应的影响。研究结果表明:该减载体系可以扩大土拱效应的影响范围,同时减小洞顶与洞侧土压力;土拱效应的发展与洞顶土体孔隙率的变化相关,孔隙率随EPS板距拱顶距离的增加逐渐减小,土拱效应逐渐减弱,洞顶土压力逐渐增大;随EPS板宽度的增加先增大后减小,当EPS板宽度W=1.5D时,孔隙率达到最大值,土拱效应最强,洞顶荷载分布最少;填土压实度越大,柱土应力比越大,洞顶土压力越小。     

轨道参数对机车车轮磨耗影响的研究

针对轨道参数对机车车轮磨耗的影响问题,以D20E型内燃机车为例,借助SIMPACK软件建立了机车动力学模型。提出根据机车动力学模型、FASTSIM算法与Zobory磨耗预测模型为一体的机车车轮磨耗预测模型,并编制了相应计算程序。利用该模型,分析轨道主要参数对机车车轮磨耗的影响。结果表明:车轮磨耗深度随曲线半径增大而迅速减小;随着轨距的增加,车轮磨耗深度明显降低,磨耗分布范围有所增加;五级谱、六级谱下车轮圆周磨耗深度较四级谱下的结果低;线路等级越差,车轮磨耗分布范围越宽;轨底坡的适当减小可使得车轮磨耗有一定降低;适当减小摩擦系数对于降低轮轨磨耗是有利的。     

不同断面悬浮隧道绕流特性分析

为研究水中悬浮隧道在均匀流作用下的荷载分布规律,采用大涡模拟的数值方法计算5种不同断面形式悬浮隧道的绕流场,比较不同来流速度、宽高比、来流入射角对悬浮隧道升阻力系数和周围压力分布的影响。结果表明:随着来流速度增加,结构表面压强呈平方增长,钝角断面(六边形)升力系数略有增加,阻力系数略有减小,无钝角断面(椭圆形)升阻力系数均减小,变化幅值较小;随断面宽高比增加,矩形升阻力系数先减小后增加,椭圆升阻力系数均减小;随均匀流倾角增大,椭圆断面升力系数增加,阻力系数减小,周向压力分布不再对称于结构水平轴。     

市域快速轨道交通曲线超高研究

市域快速轨道交通是一种服务于市域范围内中长距离客运的轨道交通类型。本文采用多体动力学软件,建立车-线耦合系统动力学仿真模型,对运营在曲线地段处于欠超高状态下的列车进行动力响应分析。计算结果表明:当车辆运行于曲线地段时,内、外轨的轮轨横向力均有所增大;外轨的轮轨竖向力明显增大,内轨的轮轨竖向力明显减小;内、外轨的脱轨系数基本相同。在车辆处于欠超高状态下,随着实设超高的增大,内、外轨横向力均呈现出减小的趋势;内轨竖向力呈现出增大的趋势,而外轨竖向力呈现出减小的趋势;内外轨的脱轨系数均呈现出减小的趋势,并且减小量基本相同。     

地铁隧道不同轨道结构形式对建筑物减振的仿真分析

建立隧道-土层-某建筑物的二维有限元模型,分别施加整体道床和钢弹簧浮置板道床区段的实测边墙竖向加速度,计算出不同轨道结构形式下建筑物的振动响应.计算结果表明,埋深相同时钢弹簧浮置板道床相对于整体道床可使邻近建筑物竖向振动加速度减小约80%;采用整体道床时邻近建筑的竖向振动加速度随隧道埋深增大迅速减小,而采用钢弹簧浮置板道床时建筑竖向振动加速度随埋深增大减小缓慢.     

屋顶安装光伏太阳能板风荷载试验研究

针对利用屋顶铺设光伏太阳能板的光伏发电项目中,光伏太阳能板对屋顶风荷载的影响问题,采用刚性模型测压试验,得到安装光伏太阳能板屋顶的风压和未安装光伏太阳能板屋顶的风压。分别计算两种情况下屋顶风压系数均值、风压系数正向极值、风压系数负向极值以及屋顶局部体型系数。结果表明,安装光伏太阳能板对屋顶整体风荷载的影响不大,但增大了局部的最强风吸力;安装在屋顶的太阳能光伏板体型系数随位置变化不敏感,取值均在正负0.2之间。     

螺纹桩和水泥搅拌组合桩地基处理数值模拟

基于蒙西华中铁路君山车站实际软土地基处理情况,运用FLAC 3D建立桩土二维有限元模型,比较分析螺纹桩和水泥搅拌桩组合桩在不同布置方式和不同桩间距工况下,地基土的竖向沉降、侧向位移以及地基土体的稳定安全系数。研究结果表明:组合桩在分开布置和交叉布置工况,随着桩间距的增加,地基土体竖向沉降量和水平向位移都增加,土体稳定安全系数随着桩间距的增加而减小,说明增大桩间距不利于土体稳定;在桩间距一定的情况下,桩体在分开布置工况下的竖向沉降量和水平向位移相比交叉布置工况有所减小,说明桩体分开布置有利于减小土体变形;当桩间距小于等于3倍桩径时,桩体分开布置的加固效果更明显,当桩间距大于4倍桩径时,桩体交叉布置的加固效果更明显。计算结果为软土地基处理提供了理论依据。