高速列车通过跨线桥梁时的气动效应分析

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列车高速通过跨线结构时,形成的列车风对于周围的结构物会产生一定的作用力,本文主要采用数值模拟的方法,对高速列车通过跨线桥梁的列车风气动效应进行分析。基于三维,粘性,非定常,可压缩,N-S方程,采用k-ε两方程模型,对高速列车通过跨线桥梁建立三维数值模型。通过变化车头型式、列车长度、列车速度、桥梁高度及列车与桥梁夹角等参数,根据桥梁表面的不同测点采集的压力数据,对列车风在桥梁上产生的风压分布规律进行分析,得到桥梁迎风面、背风面以及底面的风压时程曲线,获得压力幅值的分布规律。对得出的风压分布规律,利用非线性曲线拟合的方法,分析压力幅值与不同变量之间的相关性。计算结果表明:高速列车通过桥梁时,压力时程曲线有两个明显的压力波动,主要是由车头和车尾通过测点时引起的;列车头部的压力影响范围要大于列车尾部;流线形列车的压力幅值要小于钝形列车,并且流线形列车通过测点时作用的时间跨度要比钝形列车短;压力幅值与列车的长度没有关系;当高速列车以不同的速度通过跨线桥梁时,随着测点高度的增加竖向风压逐渐减小,水平方向风压从中心向两测逐渐递减,桥梁底面顺轨道方向最大正压出现在距离桥梁驶入端有一定的距离,最大负压出现距离桥梁驶出端一定距离;当列车以350km/h通过桥梁,桥梁高度变化时竖向风压随着桥梁高度的增加逐渐减小,水平方向风压变化主要集中在列车正上方;轨道与桥梁的夹角不同时,72°相对于其它工况压力幅值要小很多,90°时压力幅值最大;压力幅值与列车运行速度的平方成正比,与桥梁高度成反比,与测点到轨道中心距离是指数关系。本文的工作为高速列车通过桥梁时气动性能进行分析,得到基本的变化规律,为跨线结构的设计、施工以及指导高速列车安全运行提供参考依据。
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