高速列车运行对铁路简支箱梁空气动力特性的影响

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1、铁道建筑2015年第11期RailwayEngineering文章编号：1003．1995(2015)11．0001．05高速列车运行对铁路简支箱梁空气动力特性的影响肖军，李小珍，刘德军(西南交通大学土木工程学院，四川成都610031)摘要：列车一桥梁系统的空气动力特性不仅受组合断面上的气动绕流影响，而且在顺桥向列车对桥梁的影响还呈现出非均匀性及动态变化。以高速列车通过铁路双线32m简支梁桥为例，分析头车前35m至尾车后35m范围内的桥梁三分力系数变化规律，得到了高速列车运行对该型桥梁不同位置断面空气动力特性的影响规

2、律。研究发现，在任意时刻列车对铁路桥梁的空气动力特性影响都可划分为覆盖区、过渡区和无影响区3个区段，且随着列车在桥上的运行，列车对桥梁的影响区域在动态变化。提出了一种移动窗口模型方法来动态更新桥梁不同部位的气动力系数。该方法真正实现了列车一桥梁系统的动态气动耦合，能够更为精确地模拟风一车一桥系统耦合分析中的动态风荷载。关键词：高速列车简支箱梁桥气动特性动态风荷载中图分类号：U448．213；U238文献标识码：ADOI：10．3969／j．issn．1003-1995．2015．11．01风一车一桥系统耦合分析中，风

3、荷载的准确模拟的总时间较短，此种简化分析不会对风一车一桥系统对车桥耦合振动有很大影响。车桥系统所受的风荷载响应带来过大的影响。文献[2]认为桥梁断面的气动包括列车所受的时变风荷载和桥梁所受的时变风荷特性随列车的到达和离去而改变，整个主梁所受风荷载。对于等截面桥梁，列车在与桥梁相对运动的过程载随列车的运行而动态变化，但在考虑列车对桥梁的中，桥梁对列车的空气动力特性的影响规律保持一致，气动影响范围方面，仅仅是以车头和车尾为界简单划但是当列车运行到桥梁的不同部位，同一桥梁断面将分为列车覆盖区和未覆盖区，并分别采用有车和无车

4、受到不同的列车绕流的影响。研究列车对桥梁的空气情况下的气动系数加以考虑。该方法考虑了列车从头动力特性的影响规律对于准确模拟桥梁所受的气动荷车入桥到出桥的全过程中列车对桥梁的动态气动影响载有实际意义。过程，但是未考虑列车对桥梁气动特性的影响范围。在建立风一车一桥系统耦合分析模型时，通常在冉瑞飞采用CFD软件分析了CRH2型列车位于简车桥耦合系统基础上将风作为一种外部激励加以考支梁和连续梁上时，桥梁不同断面位置的气动力系数，虑¨。针对车桥系统风荷载的模拟，通常依据风洞给出了气动力变化曲线，但是未对车桥相互影响规律试验或者

5、CFD(ComputationalFluidDynamics)数值风进行深入分析，也未将其应用于风一车一桥耦合分析。洞模拟得到在车、桥相互影响情况下的气动力系显然，列车对桥梁气动特性的影响应是限定在从头车数一，然后根据桥址区风特性并考虑其空间相关性，以前至尾车以后的特定区域，已有的关于风一车一桥数值模拟出沿桥塔及主梁分布的随机风速场，进而耦合分析的文献均未对此加以考虑。分别求解列车和桥梁在任意位置所受到的气动力。但本文以CRH3型高速列车及铁路双线32m简支是，已有研究大多仅考虑了桥上有车与无车时的气动箱梁为例，分析

6、了桥上有车时，从头车以前35m至尾力差异，并未考虑列车从头车入桥到尾车出桥全过程车以后35m范围内的桥梁三分力系数变化规律，得到中列车对桥梁的动态气动影响范围及规律。对于小跨了CRH3型列车对该型桥梁断面的气动影响范围及其度桥梁，由于桥梁刚度较大，且从头车人桥到尾车出桥规律。提出了一种移动窗口模型方法用于更为精确地模拟风一车一桥耦合系统中的动态风荷载。该方法对收稿日期：2015-05-21；修回日期：2015-07—13于风一车一桥系统耦合分析尤其是大跨度柔性桥梁如基金项目：国家自然科学基金高铁联合基金项目(U143

7、4205)；国家重点基础研究发展计划(973)项目(2013CB036301)大跨度悬索桥、大跨度斜拉桥等的风一车一桥系统耦作者简介：肖军(1987一)，男，博士研究生。合分析具有重要的意义⋯。2015年第11期肖军等：高速列车运行对铁路简支箱梁空气动力特性的影响3ANSYS／FLUENT14．5。网格数量为7868686，均为四面体网格；FLUENT求解采用Viscous—Standardk-e，StandardWallFn模型，人口采用Velocityinlet，出口采用outflow边界。为监测桥梁断面不同位置

8、的气动力，在从头车前35m至尾车后35m范围内每隔0．2m划分一个桥梁节段进行监测，如图4所示。图5桥梁三分力正方向示意■■■===；===霹圜面所受的侧向力、升力及力矩系数均在远离列车时趋图4桥梁监测断面位置分布近桥上无车情况下的气动力系数；在头车及尾车的端2．2．列车对不同位置桥梁断面的气动影响部位置，桥梁气动特性出现明显的变化。桥梁断面三