横风作用下旋叶型风屏障对车桥系统的气动特性影响研究

为保障复杂风环境下高速列车桥上行车安全,以典型简支箱梁与CRH380A列车为研究背景,提出一种上部为导风叶片,下部为不透风屏障所组成的新型旋叶型风屏障。在通过风洞试验验证数值仿真模型的基础上,探究了旋叶型风屏障叶片的旋转角度与底部高度对车桥系统气动特性及流场的影响,并揭示了风屏障参数对车桥气动特性的影响机理。研究结果表明,旋叶型风屏障叶片的旋转角度对车桥气动系数影响显著,其中阻力系数及弯矩系数的变化趋势在列车与桥梁之间呈现相反的特点,而两者的升力系数却呈现相同的变化趋势。叶片旋转方向对风屏障与列车间漩涡的形成具有显著影响,相比逆时针旋转,叶片顺时针旋转时屏障后方流场更平稳,产生的漩涡数量、面积及流速均更小。风屏障底部高度在旋转角度较大时(|α| ≥30°),能明显减小列车的阻力与弯矩系数,且其变化主要影响列车与屏障之间的流场结构。在适当的旋转角度下,旋叶型风屏障相较于栅栏型风屏障能较大幅度地降低桥梁阻力系数与列车的弯矩系数,其中桥梁阻力与列车弯矩降幅最大可达17.8%和48.5%。

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

基于SSA-BP神经网络的车-轨-桥系统随机振动分析

轨道及桥梁结构参数随机性对车-轨-桥耦合系统的振动影响不能忽略。基于代理模型研究轨道-桥梁间3层弹簧刚度和弹簧阻尼以及桥梁刚度和阻尼的随机性对竖向车-轨-桥耦合系统动力响应的影响。首先,基于经典的车-轨-桥耦合系统力学模型(没有考虑桥墩),采用Monte-Carlo生成2 000个样本集,作为代理模型的训练集。然后,对比SSA-BP(麻雀优化BP算法)与传统BP神经网络、GA-BP神经网络(遗传优化BP算法)对车辆和桥梁响应的预测精度,同时探讨样本数量以及Levenberg-Marquardt和Bayesian Regulation训练算法对SSA-BP神经网络预测精度的影响。最后,假定各随机参数概率分布规律服从高斯型正态分布,所有随机参数变异系数均分为0.05、0.10、0.15、0.20、0.25等5个级别,采用所提出的SSA-BP神经网络研究轨道及桥梁的刚度和阻尼变化对车辆和桥梁响应极值的影响。结果表明:与经典的车-轨-桥耦合系统力学模型相比,所提出的代理模型具有更高的计算效率;SSA-BP模型对车辆和桥梁响应的预测精度高于GA-BP模型,GA-BP模型的预测精度高于传统的BP模型;SSA-BP模型采用Levenberg-Marquardt训练算法对车辆和桥梁响应的预测精度优于Bayesian Regulation训练算法的预测精度;道砟和桥梁之间弹簧刚度的随机变化对桥梁随机振动响应尤为明显;钢轨和轨枕之间弹簧刚度的随机性对车体响应的影响不可忽视,而桥梁刚度和阻尼随机性对车体的影响可不考虑。研究成果可为车轨桥系统随机振动响应预测进一步研究提供依据和参考。

基于HGWOP的自由振动响应下桥梁断面颤振导数识别

基于节段模型弯扭耦合自由振动风洞试验,在现有的最小二乘原理的基础上引入了一种新的基于粒子群算法(Particle Swarm Optimization,PSO)和灰狼算法(Grey Wolf Optimizer,GWO)的混合算法(hybrid GWO with PSO,HGWOP)以搜索相关参数,从而更加准确地识别桥梁断面的颤振导数。通过对理想平板和某大桥在三种加权矩阵下基于传统迭代法和HGWOP的颤振导数识别结果进行对比分析,发现HGWOP不仅能够避免初值敏感性问题,在某一阶模态信号衰减迅速时进行准确地参数搜索,还能在相对复杂的加权矩阵下进行更加稳定和准确地识别。该文提出了一种新的颤振导数识别方法,并为更加科学且复杂的加权矩阵的应用提供了可能。

高铁隧道片状掉块气动行为及对行车安全影响

高铁隧道衬砌病害日益恶化,衬砌掉块问题愈发严重,对列车运行安全危害极大。为探究隧道内行车时衬砌掉块脱落对行车安全性的影响,建立大气-隧道-衬砌掉块-列车三维数值模型,对列车运行条件下衬砌掉块的气动行为进行分析,研究片状衬砌掉块初始下落位置对行车安全性的影响。研究结果表明,不同剥落位置片状掉块沿隧道纵向位移均为负值;拱顶掉块沿隧道纵向位移平均为侧边墙掉块的1.45倍,上侧边墙掉块横向运动位移为拱顶掉块的2~3倍;拱顶掉块随着距隧道中线距离的增大受流场结构影响越显著,初始加速度峰值越大;拱顶剥落的衬砌掉块可能与列车直接相碰,上侧边墙剥落的衬砌掉块可能与车身侧面相碰或者被卷入到轮轨内,下侧边墙剥落的衬砌掉块远离车身运动,对行车安全无影响。研究结果对今后高速铁路隧道衬砌病害防治具有参考意义。

大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)结合改进的随机减量方法(random decrement technique,RDT)识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明,气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时(10°倾角),大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势,低风速下基本为正值,而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异,但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。

风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动响应的影响

为探究风屏障透风率对强风作用下重载铁路刚构-连续梁车桥耦合振动的影响,先通过节段模型风洞试验获取桥上设置0%,20%,40%,60%和无风屏障5种不同透风率风屏障时车桥系统的三分力系数,再根据弹性系统动力学总势能不变原理建立风-车-桥耦合振动仿真计算分析模型,对不同车速下重载货运列车通过设置不同透风率风屏障刚构-连续梁桥开展风-车-桥系统动力学仿真计算与分析研究。结果表明:在列车上桥初期,桥梁横向位移峰值随透风率的增大而明显减小,而当列车运行趋于满布桥梁时,桥梁的横向位移峰值随透风率的增大变化不明显;列车的动力响应峰值随风屏障透风率的增大而增大,相比于满载编组列车,空载和轻重混编编组列车的动力响应对风屏障透风率的变化更加敏感。综合桥梁动力响应和列车走行安全性评价指标(脱轨系数和轮重减载率),该桥梁应设置40%透风率的风屏障。

高海拔深切峡谷典型季节风参数日变化特征

为确定高海拔深切峡谷典型季节风特性参数的日变化特征,依托青藏高原某横跨雅鲁藏布江的大跨度桥梁为工程背景,开展桥位风特性现场实测,选取冬季、夏季没有较强天气系统作用的典型时段,统计分析风速、风向、风攻角、风速剖面等平均风参数,采用db8小波提取时变平均风速,通过非平稳风速模型分析紊流强度、积分尺度、紊流功率谱等脉动风参数。研究结果表明:峡谷风场风速、风向均呈现以天为周期的规律波动,风速在凌晨和上午相对较小,不同季节风速起落时间不一致,夏季、冬季风速分别在10:00、12:00开始逐渐增加,在20:00、21:00后开始快速减小,夏季风向基本稳定,冬季风向在15:00存在突变,风攻角与风速、风向显著相关,在冬季先减后增、15:00取最大负值,夏季相反;冬季风速剖面显著变化、夏季趋于平稳,指数律模型不能准确描述峡谷风速的垂直分布规律;夏季紊流强度趋于平稳,冬季先减后增、12:00取最小值,实测横风向、竖向紊流强度与顺风向比值高于规范推荐值;冬季、夏季紊流积分尺度变化趋势相同且与风速变化趋势一致,实测积分尺度远小于规范推荐值;归一化功率谱峰值频率随时间变化先减后增,功率谱可采用统一形式进行描述,并考虑其在频域内分布随季节、时间改变产生的偏移效果。

建筑设计中土木工程结构相关减震措施研究

随着现代建筑技术的不断发展,施工工艺也在不断进步,土木工程的结构形式越来越复杂,传统的抗震设计方法已经很难满足高层建筑的抗震要求。传统的抗震设计多依靠提高自身抗震性能,属于被动消极的抗震措施。本文通过综合分析当前的减震设计理论和技术,结合具体工程实例,探讨了土木工程结构减震设计的优化策略,以期为提高建筑结构的抗震性能提供参考。

基于BP神经网络的混凝土箱梁最大温度梯度预测

混凝土箱梁受到太阳辐射、大气温度波动等多种气象因素的综合作用,结构内部会产生显著的非均匀温度分布。截面内温度梯度可能会导致桥梁结构产生过大的温度应力与温度变形,影响桥梁结构的安全性和耐久性。本文旨在探究气象因素对混凝土箱梁温度场的影响机理,并提出一种能精确预测中国多区域混凝土箱梁截面最大温度梯度的方法。首先建立了日照条件下混凝土箱梁温度场计算模型,将2 a以上气象资料作为输入条件,对多个地区混凝土箱梁温度场长期变化进行了仿真模拟,并对混凝土箱梁截面温度梯度的长期变化趋势进行了分析。然后利用主成分分析(PCA)确定了混凝土箱梁截面最大温度梯度预测模型所需的输入参数。最后利用遗传算法优化的BP神经网络建立预测混凝土箱梁竖向、横向温度梯度的网络模型,并与混凝土箱梁截面温度梯度进行比较。结果分析表明BP神经网络模型可以精确地预测混凝土箱梁最大温度梯度,预测值平均绝对误差(AAE)均小于0.9℃,均方根误差(RMSE)均小于1.2℃,决定系数(R^(2))均大于0.9。基于当地气象条件,本文利用经典的BP神经网络模型所建立的预测模型对中国不同地区的混凝土箱梁截面最大温度梯度均能给出准确的预测,为混凝土箱梁设计和施工阶段的最大温度梯度的计算提供一种高效的方法。

高速列车作用于人行道盖板的脉动风压特性

运行的高速列车对线路两侧人行道盖板施加风荷载,盖板可能被瞬时气动吸力掀翻,也可能在列车风的反复冲击下出现疲劳破坏。以32 m简支箱梁桥为工程背景,对CRH380A型高速列车作用于人行道盖板的脉动风压特性进行数值模拟,分析开孔形式、列车运行速度对盖板表面风压和流场分布的影响,阐述盖板开孔“泄压”的作用机理,并基于抗揭安全裕度对盖板进行掀翻风险评估。研究结果表明:盖板上表面离列车近处压强大,风压极值不随开孔数改变;盖板下表面风压分布均匀,风压极值随开孔数增加而增大。开孔能将列车风引入排水渠,让盖板下表面受到与上表面方向相反、数值较小的均匀风荷载,产生一种压强抵消效应,且开双孔效果更好。与其他线路附属结构类似,盖板表面车致脉动风压数值近似与列车速度的平方成正比。盖板抗揭安全裕度随开孔数的增加而增大,随车速的增加而减小,当车速高于350 km/h时,开双孔盖板仍具有充足的安全裕度。

高速列车过站时高架站房楼盖表面风压分析

研究目的:大跨度高架站房结构向着更轻、更柔的趋势发展,高速列车气动力所引起的站房结构表面风压变化是站房抗风设计中不可忽视的重要因素。为了探究高速列车通过大跨度高架站房结构时楼盖表面的风压特性,采用CFD数值模拟,基于Fluent动网格技术,对时速350 km的高速列车以单、双线运行形式通过大跨度高架站房时楼盖表面的风压特性展开数值模拟仿真研究,分析楼盖表面风压的时程特性及其空间分布特性。研究结论:(1)与高速列车单线运行相比,双线列车跨中交会运行时所产生的列车风叠加效应对楼盖底面风压幅值有显著影响;(2)相较于列车单线运行的工况,列车交会运行时跨中区域各测点的头波正、负风压极值均有较大程度增加,其中测点正、负风压极值的最小增幅都有62.30%和64.36%;(3)本研究结果可为进一步优化大跨度车站结构的抗风设计提供参考。

间距对公铁双幅主梁气动特性影响的试验研究

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2~2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并推断主梁周围绕流特征,明确间距对非对称公铁双幅主梁气动干扰规律的影响规律。结果表明:无论风向角α=0°或α=180°,上游主梁气动力系数、表面风压分布和绕流方式受间距影响程度相对较小,与单幅主梁气动特性和绕流方式相似;但下游主梁气动特性受间距影响较大,且完全不同于单幅主梁,间隙处的绕流形式随间距的增大而发生变化,下游主梁气动力系数、平均风压系数曲线和脉动风压曲线也表现出完全不同的规律;且间距越大,下游主梁气动特性和绕流方式越接近于单幅主梁。公路主梁的流线性相比于铁路主梁更强,这种气动外形差异导致2种来流方向下非对称双幅主梁气动特性和绕流形式不同,间距在L/Br=0.2~2.0范围内,气动干扰对其影响规律也完全不同。如α=0°时,双主梁上表面始终为“单一钝体流态”;但α=180°时,双主梁上表面属于“剪切层附着流态”,间距不同,上游公路主梁尾流附着于下游铁路主梁的位置不同,据此可再细分为2种不同的绕流方式。研究成果可为同类型非对称双幅桥梁间隙距离设计提供参考。

墩顶撞击作用下高铁桥墩动力行为研究

以往关于桥墩在侧向撞击下的力学行为研究主要关注车辆或驳船的撞击作用,即撞击位置在桥墩中部或墩底。然而,在实际工程中桥墩也可能在墩顶处遭受撞击,例如地震中发生于抗震挡块处的撞击。文章以高铁桥墩为研究对象,通过试验和数值模拟的方法探究缩尺桥墩在墩顶撞击作用下的动力响应。试验结果表明,一个典型的撞击过程包括3个阶段:碰撞阶段I、碰撞分离阶段和碰撞阶段Ⅱ。在碰撞阶段I,撞击荷载主要由构件中的惯性力来平衡;在碰撞阶段Ⅱ,撞击荷载由惯性力和恢复力共同平衡。因此,在发生同等墩顶位移的条件下,构件所承受的撞击荷载会远大于静力荷载,且该现象对于碰撞阶段I尤为显著。数值模拟结果表明,由于惯性效应导致的振动,构件在撞击作用下与在静力作用下的内力发展显著不同。在拟静力作用下,沿桥墩的弯矩呈三角形分布;而在撞击作用下,桥墩截面弯矩发生显著振荡。

凸显行业特色的智能建造专业建设方案问卷调查研究

大力发展智能建造是实现土木工程行业高质量发展转型的必由之路,如何培养具有鲜明行业特色的智能建造专业人才不仅是高校普遍面临的专业建设问题,而且是实现智能建造专业健康可持续发展必须解决的难题。该文在梳理338份涵盖高校教学科研工作者、学生和土木工程相关技术和管理人员的调查问卷结果基础上,对如何建设具有行业特色的智能建造专业建设方案问题进行初步探索,以期为高质量智能建造专业人才培养提供支撑。

南京长江大桥安全监测和状态评估的初步研究

本文简要阐述了国内外既有桥梁安全监测和状态评估研究发展概况 ,以南京长江大桥为背景 ,提出了南京桥结构安全监测思路和具体实施方案 ,目的在于建立南京长江大桥结构安全监测和状态评估系统 ,以对桥梁的结构响应和工作环境进行实时监测 ,并利用获取的信息分析结构的工作状态 ,评估结构的可靠性 ,为大桥的管理和维护提供科学的决策依据 ,该方案即将在南京长江大桥上实施。在征求众多专家和管理单位的意见后 ,确定南京桥监测的主要内容分为环境荷载、结构响应和重点病害等三类。结合理论分析和现场实测数据分析 ,本文重点介绍振动响应监测子系统 ,包括监测内容、测点布置、传感器及二次仪表的选型、信号分析处理方法等内容。对大型桥梁实施安全监测和状态评估的重要性、广阔应用前景也进行了探讨。

高速列车编组长度对隧道壁面压力极值的影响

隧道空气动力学一直是高速铁路和隧道工程领域的一个研究热点,短编组试验结果能否准确反映隧道内压力极值的分布规律也成为国内外学者重点关注的内容之一。为揭示列车编组长度对隧道壁面正负压力极值的影响,首先基于压力波叠加原理,推导隧道壁面正负压力极值的分布情况和列车编组长度与隧道压力波之间的定量关系;然后通过数值模拟得到时速300 km不同编组列车通过2088 m长隧道和时速350 km不同编组长度列车通过1000 m长隧道时的隧道压力极值分布情况,并对理论推导结果进行验证。结果表明:列车编组长度和马赫数显著影响隧道内正负极值的纵向分布,特别是最大正负压力极值的出现位置;当隧道长度满足一定条件时,可用短编组列车经过隧道时获得的隧道壁面正负压力极值,估算目标编组列车通过隧道时的正负压力极值;推导得到的隧道长度计算式与列车长度和马赫数相关。

洞庭湖大桥斜拉索减振试验研究

采用磁流变 (MR)阻尼器对我国第一座三塔斜拉桥——湖南岳阳洞庭湖大桥斜拉索的减振问题进行了试验研究。内容包括 :(1)设计试验装置 ;(2 )不装阻尼器的斜拉索自由振动试验 ;(3)装有 MR阻尼器的斜拉索自由振动试验。试验结果表明 ,安装 MR阻尼器可显著提高斜拉索的模态阻尼比。通过模态阻尼比随 MR阻尼器外加电压变化的关系 ,可得出拉索等效模态阻尼比的优化值 。

铁路钢桁梁斜拉桥单悬臂施工方法研究

为分析单悬臂施工方法相对于双悬臂施工方法对铁路钢桁梁斜拉桥施工过程和最终成桥状态的影响,以南广铁路郁江特大桥[(36+96+228+96+36)m双塔双索面钢桁梁斜拉桥]为背景,基于影响矩阵原理,采用MIDAS Civil有限元软件建立全桥有限元模型,分别对2种施工方法下该桥斜拉索索力和各施工阶段受力状态进行分析,并以索力控制为主进行施工监控。结果表明:2种施工方法下,虽然施工过程中斜拉索索力与各施工阶段受力状态有所差异,但通过调整斜拉索初张力及施工控制,采用单悬臂施工方法可以达到与双悬臂施工同样的目标成桥状态,且塔梁受力状态均能满足要求;该桥最终实测索力与目标索力误差在±5%以内。

经皮与经肌间隙入路椎弓根螺钉内固定治疗单节段胸腰段AO A3型骨折的疗效对比

目的对比经皮与肌间隙入路椎弓根螺钉内固定治疗单节段胸腰段AO分型A3型骨折患者的临床疗效。方法回顾分析揭阳市人民医院2021年1月1日至2022年12月31日期间收治的74例单节段胸腰段A3型骨折患者,根据手术方法不同分为经皮螺钉内固定组(38例)和经肌间隙入路(wiltse入路)(经肌间隙组,36例)比较两组的临床疗效和影像学指标。结果所有病例随访1年。两组术中失血量、切口长度、术后住院时间、住院费用无统计学差异。经皮螺钉组手术时间为121.6±19.4 min,而肌间隙组为91.7±19.3min(P<0.05)。经皮螺钉组术中放射次数(15.0±2.1)较经肌间隙组(5.1±1.1)多(P<0.05)。两组术后均能有效改善椎体角、椎体高度及VAS、ODI等临床评分。其中经肌间隙组在椎体夹角、cobb角更优(P<0.05)。经皮螺钉组发生一例切口愈合不良,两组均无严重并发症发生。结论经皮与椎弓根入路椎弓根螺钉内固定技术均可有效治疗单节段胸腰段AO A3型骨折,经肌间隙组术中放射次数少,手术时间短,术后椎体高度恢复更优,更适合在基层医院开展使用。