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高铁全封闭声屏障列车风致振动及力学性能研究
| 论文题名： | 高铁全封闭声屏障列车风致振动及力学性能研究 |
| 关键词： | 全封闭声屏障;高速铁路;风致振动;力学性能 |
| 摘要： | 全封闭声屏障在目前交通降噪措施中效果最好，随经济发展日益受到重视。但由于列车穿过时会形成“活塞风”，其对全封闭声屏障的气动冲击作用相比半封闭和直立式要大很多。特别是近年来我国高铁不断提速，列车脉动风致振动很可能导致全封闭声屏障结构发生疲劳破坏，产生巨大安全隐患，目前有关全封闭声屏障车致脉动风压以及结构振动响应的研究不够深入。本文以京雄城际高速铁路全封闭声屏障为工程依托，建立有限元流场模型和结构模型，对声屏障车致脉动风压、结构动力响应及疲劳性能展开研究，主要内容如下： （1）基于计算流体力学分析方法，建立列车、全封闭声屏障及流体域数值模型，使用FLUENT软件进行流场模拟，得到列车以300km/h、350km/h速度单车通过以及交会等4种工况下声屏障壁面的脉动风压。随后参考列车组动模型试验验证模型合理性。结果表明：4种工况下数值模拟结果与动模型试验结果误差在15％以内，数值模型可以反映列车高速通过全封闭声屏障时脉动风对结构的气动冲击作用。 （2）归纳列车以350km/h单车通过以及在声屏障交会时脉动风沿纵向及横向的分布规律，探究不同车速（250km/h、300km/h、350km/h）对脉动风时程曲线周期和幅值的影响。结果表明：单车通过时，脉动风曲线呈现波峰-波谷-波峰的形式；列车交会时，出入口测点曲线呈现波峰-波谷-波谷-波峰的形式，中间截面附近测点曲线呈现波峰-波谷-波峰的形式。不同工况下同一截面测点脉动风曲线高度重合。车速增加会引起脉动风时程曲线变化周期减小，同时风压幅值发生二次变化。 （3）建立全封闭声屏障整体有限元模型，将模拟得到的风压时程荷载结果作用在声屏障壁面上，得到声屏障单元板和钢拱架时程动力响应，确定结构薄弱部位。结果表明：列车经过时模型区域时结构承受负压作用，动力响应增大并整体向内收缩；随着列车驶离，结构承受正压作用，动力响应减弱并整体向外扩张。列车行驶过程中结构应力最大位置出现在柱脚附近。 （4）建立柱脚精细化有限元模型，将静力加载模拟结果与静力加载试验对比验证，随后把脉动风作用下柱脚附近的荷载内力时程施加在柱脚精细模型中开展疲劳分析。结果表明：柱脚腹板应力水平最高；上下翼缘次之；U型螺栓最低。循环应力谱显示FY应力全循环幅值为47105N，循环1次，均值为-6348N，为主要疲劳荷载，疲劳加载中螺栓与底板连接位置处可能发生应力集中，从而先于钢柱脚其他部位发生疲劳破坏，但疲劳破坏安全系数仍在2.5以上，结构的耐久性和安全性满足要求。 |
| 作者： | 董鹏宇 |
| 专业： | 土木工程;结构工程、防灾减灾工程 |
| 导师： | 缪长青 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 东南大学 |
| 学位年度： | 2022 |
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