本文選題：鐵路橋梁　切入點(diǎn)：高速列車　出處：《北京交通大學(xué)》2013年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：風(fēng)災(zāi)是影響鐵路運(yùn)營安全的主要自然災(zāi)害之一,尤其是我國西北地區(qū),鐵路經(jīng)過幾大風(fēng)區(qū),時常發(fā)生列車停駛或傾覆事故,是我國乃至世界上鐵路風(fēng)災(zāi)最嚴(yán)重的地區(qū)。 建于大風(fēng)區(qū)的橋梁,受到風(fēng)力的激擾會產(chǎn)生強(qiáng)烈的振動,同時,高速運(yùn)行的列車在強(qiáng)勁的橫向風(fēng)壓作用下,在橋上脫軌、傾覆的可能性大大增加。因此,對風(fēng)荷載作用下車輛與橋梁耦合振動系統(tǒng)進(jìn)行綜合研究,并采取防風(fēng)措施以確保列車在橋上的運(yùn)行安全性,對于風(fēng)區(qū)鐵路橋梁和防風(fēng)措施的設(shè)計(jì)建造具有重要的理論和工程意義。本文以在建的蘭新鐵路第二雙線為研究背景,旨在建立一種合理的分析框架,對風(fēng)荷載作用下車輛與橋梁耦合系統(tǒng)的振動響應(yīng)做出估計(jì),以便評價(jià)橋梁的動力性能和橋上高速列車的走行性能。同時對提高列車運(yùn)行安全的防風(fēng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究,使橋梁在強(qiáng)風(fēng)發(fā)生時盡量少甚至不限制行車。全文的主要內(nèi)容及成果如下： (1)通過對國內(nèi)外風(fēng)致列車事故進(jìn)行綜述,闡明了風(fēng)場中防護(hù)列車安全的重要性。然后對車橋耦合振動、風(fēng)致橋梁振動、風(fēng)場中車橋系統(tǒng)振動分析以及風(fēng)場中列車運(yùn)行安全性和防風(fēng)措施的研究現(xiàn)狀進(jìn)行了歸納總結(jié),明確了現(xiàn)階段風(fēng)—車一橋系統(tǒng)動力分析和防風(fēng)措施研究的熱點(diǎn)問題,在繼承前人工作的基礎(chǔ)上確定了本文的研究內(nèi)容及主要方法。 (2)對橋址區(qū)的風(fēng)場特性進(jìn)行了分析,并采用改進(jìn)的數(shù)值方法模擬了橋址區(qū)脈動風(fēng)速時程曲線。分析了風(fēng)場的平均風(fēng)特性和脈動風(fēng)特性以及地形、地貌對風(fēng)特性的影響,著重分析了大風(fēng)區(qū)興建的蘭新鐵路第二雙線上橋梁所處的風(fēng)環(huán)境,戈壁地區(qū)的風(fēng)沙流特性及其對防風(fēng)屏障的影響。詳述了隨機(jī)脈動風(fēng)場的數(shù)值模擬計(jì)算公式,并以白楊河連續(xù)梁橋橋面及橋墩各點(diǎn)風(fēng)速模擬為例加以實(shí)現(xiàn)。 (3)對防風(fēng)屏障進(jìn)行了初步選型并分析了防風(fēng)屏障對車橋系統(tǒng)氣動性能的影響。根據(jù)計(jì)算流體力學(xué)(CFD)的相關(guān)原理,選擇合適的湍流模型對氣流經(jīng)過防風(fēng)屏障這一空氣動力學(xué)問題進(jìn)行數(shù)值模擬,針對幾種防風(fēng)屏障的設(shè)計(jì)方案,分析了不同設(shè)計(jì)參數(shù)(包括開孔率、高度等)的防風(fēng)屏障對風(fēng)速的影響規(guī)律,對橋上防風(fēng)屏障的防風(fēng)效果及有效防護(hù)區(qū)域進(jìn)行定量分析,初步探討防風(fēng)屏障的合理形式和主要設(shè)計(jì)參數(shù)的合理取值。任何形式的防風(fēng)屏障,都會對橋面風(fēng)場產(chǎn)生影響,加強(qiáng)紊流效應(yīng),使橋梁結(jié)構(gòu)周圍風(fēng)場更加復(fù)雜,當(dāng)列車駛過時作用于列車上的風(fēng)荷載與沒有設(shè)置防風(fēng)屏障時有明顯區(qū)別,尤其是在列車的背風(fēng)側(cè)。 (4)建立了考慮橋上安裝防風(fēng)屏障時風(fēng)荷載作用下車橋系統(tǒng)動力相互作用分析模型,編制了相應(yīng)的計(jì)算分析程序。針對橋上安裝不同類型風(fēng)屏障的情況,考慮風(fēng)—車—橋—風(fēng)屏障系統(tǒng)的動力相互作用,計(jì)算了強(qiáng)風(fēng)與列車共同作用下橋梁和列車的動力響應(yīng)及行車安全性指標(biāo),相較于無風(fēng)屏障時,差異明顯。以蘭新鐵路第二雙線上的10跨簡支箱梁橋?yàn)槔?分為無風(fēng)屏障、全段安裝單側(cè)4m風(fēng)屏障、單側(cè)7m風(fēng)屏障及雙側(cè)7m風(fēng)屏障四種情形,計(jì)算分析不同風(fēng)速、不同車速條件下的車橋動力響應(yīng)。 (5)推導(dǎo)了列車進(jìn)出防風(fēng)屏障時車體上的風(fēng)荷載變化計(jì)算公式,討論了風(fēng)載突變對列車運(yùn)行安全的影響；并且計(jì)算了列車運(yùn)行引起的風(fēng)屏障上的氣動脈沖力,將其作用于風(fēng)屏障進(jìn)行時程分析,得到風(fēng)屏障的動力響應(yīng),同時考慮了外部自然風(fēng)的作用。以蘭新鐵路第二雙線上的10跨簡支箱梁橋?yàn)槔?在橋上200m區(qū)段安裝單側(cè)4m風(fēng)屏障、單側(cè)7m風(fēng)屏障和雙側(cè)7m風(fēng)屏障與無風(fēng)屏障及全段安裝同樣風(fēng)屏障時車輛的動力響應(yīng)及行車安全性指標(biāo)進(jìn)行對比；計(jì)算了單側(cè)4m風(fēng)屏障在自然風(fēng)荷載、氣動脈沖力荷載以及二者組合時關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的動力響應(yīng)。 (6)基于自編的計(jì)算分析程序,計(jì)算了蘭新鐵路第二雙線上常用跨度簡支箱梁橋、簡支T梁橋、簡支槽梁橋以及白楊河連續(xù)梁橋列車運(yùn)行時車輛、橋梁的動力響應(yīng),考慮橋上全段安裝風(fēng)屏障和橋上部分區(qū)段安裝風(fēng)屏障等不同情況。根據(jù)列車走行性能的評價(jià)方法和指標(biāo),計(jì)算了不同風(fēng)速下列車的最大安全運(yùn)行速度,提出了風(fēng)場中安裝不同風(fēng)屏障的橋梁上列車安全運(yùn)行車速閾值曲線。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2013
【分類號】：U298.1;U216.413

【參考文獻(xiàn)】

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