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铁路邻近结构高速列车风致效应研究
| 论文题名： | 铁路邻近结构高速列车风致效应研究 |
| 关键词： | 高速列车;风致效应;铁路邻近结构;数值模拟 |
| 摘要： | 高速列车具有快速、安全、舒适、环保等优势，已成为轨道交通发展的必然趋势。列车高速通过邻近结构时会出现危及行车安全、降低旅客舒适度和恶化周围环境等问题。目前国内外的研究主要集中在列车周围空气动力性能、列车风的形成机理及传播过程，但关于列车风对铁路邻近结构影响的研究有待进一步完善。通过研究铁路邻近结构列车风致效应，有助于深入认识列车风对邻近结构的气动作用，为工程设计提供科学依据，具有重要的理论意义和工程应用价值。 本文以跨线天桥、站台雨棚为研究对象，采用现场实测和数值模拟方法，借助计算流体力学软件Fluent和小波变换技术，研究列车风压分布规律及铁路邻近结构高度、中间开口宽度、外形对列车风压的影响。主要内容可分为三部分。 首先，基于小波变换技术，对跨线天桥表而实测风压进行分解与重构，识别风压在不同频段的分布情况，分析跨线天桥表面列车风压的脉动特性和脉冲影响。研究表明，高速列车经过时铁路邻近结构受到的列车气动力不可忽视。跨线天桥表面列车风受随时间变化的低频部分(0～2.5Hz)的影响占丰导作用，高频脉动风压的影响比较小。 然后，基于计算流体力学技术，结合雷诺时均法，采用滑移网格技术，对铁路邻近结构周围的三维非定常流场进行数值模拟。将实测风压与数值模拟结果进行对比验证，结果表明数值模拟方法具有较好的精度。随后分析列车周围空气动力性能、列车风压分布规律、列车风压与车速的关系、列车风压与列车位置的关系。改变跨线天桥高度、宽度，研究跨线天桥自身对列车风压的影响。以站台雨棚为对象，研究雨棚中间开口宽度、雨棚外形对列车风压的影响。研究表明，车头、车尾经过时，结构表面交替出现正、负风压极值，相邻风压极值之间的时间间隔为0.13s。沿垂直轨道方向风压从正线向两侧呈指数衰减，列车风的主要影响范围为正线两侧15m。铁路邻近结构对列车风压的影响参数主要包括结构的高度、中间开口宽度以及结构外形。列车风压随结构高度的升高而降低;开口宽度在0～8m范围内列车风压随开口宽度的增加而减小;拱形的跨线结构可以显著降低结构表面列车风压。 最后，在上述研究的基础上，参考高铁规范分别给出不同高度结构表面列车风压的变化规律及铁路邻、跨线结构列车风荷载计算简图，并将风压极值转化为压力系数，消除车速的影响，为铁路邻近结构设计时列车风荷载的取值提供依据。 |
| 作者： | 郑修凯 |
| 专业： | 结构工程 |
| 导师： | 杨娜;张建 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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