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高速铁路隧道空气动力学特性及气动荷载谱研究
| 论文题名： | 高速铁路隧道空气动力学特性及气动荷载谱研究 |
| 关键词： | 高速铁路隧道;空气动力学;气动荷载谱;压力舒适性 |
| 摘要： | 高速铁路运输是未来客运与货运的发展趋势，近年来，中国高速铁路事业取得了长足发展，里程数和修建技术也领先于世界其他国家，在“完善高速铁路网”和“走向世界”齐头并行之际，隧道空气动力学相关的研究引起了国内学者以及相关工作人员的重视。一方面要确保司乘人员的安全、舒适以及列车运行过程中车体结构的安全，另一方面要着眼于不同国家和地区所适宜的高速铁路隧道标准断面面积，这两个方面工作的顺利进行都有赖于隧道气动荷载谱，但当前中国气动荷载谱的研究仍处空白。为此，本文采用Fluent有限元软件，在与动模型试验结果比对的基础上，建立三维模型，对隧道空气动力学相关问题进行了数值模拟研究，主要内容及相关结论如下: (1)就隧道空气动力学数值模拟中所用到的控制方程、数学计算模型、边界条件以及计算方法进行了总结和整理;并根据理论文献和相关模型及现场试验的调研结果，总结了列车冲入隧道时，引起隧道内空气压力变化的基本规律。 (2)调研分析了英国、德国及日本等国家的隧道压力舒适性标准，继而参看相关文件，总结出了中国高速铁路隧道压力舒适性标准;然后对中国高速铁路隧道的压力舒适性进行了数值模模拟研究; (3)总结了隧道洞口微压波的计算方法及传播规律，就不同隧道长度、不同列车运营速度以及不同隧道阻塞比对洞口微压波的影响进行了数值模拟研究。研究成果表明:隧道洞口微压波受隧道长度的影响并不大，但它与列车运营速度的立方呈正比，并和隧道阻塞比成幂次关系; (4)研究了不同隧道长度、不同列车运营速度以及不同隧道阻塞比对隧道内气动荷载的影响，并提出了最不利隧道长度;同时，气动荷载与列车运营速度的二次方呈正比，并和隧道阻塞比成幂次关系; (5)借鉴德国联邦铁路公司所辖某线路隧道气动荷载谱的形式，提出了适宜中国实际情况的隧道气动荷载谱。 本论文研究成果补充了中国隧道空气动力学相关数值模拟成果的数据库，弥补了中国在高速铁路隧道气动荷载谱方面研究的空白，编制了结构形式简单但实用性很强的高速铁路隧道气动荷载谱，对中国高速铁路网的完善和中国高铁走向世界过程中铁路隧道标准断面的选取具有非常重要的意义。 |
| 作者： | 郭宏 |
| 专业： | 建筑与土木工程 |
| 导师： | 骆建军 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2017 |
| 正文语种： | 中文 |
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