横风桥隧区域列车突出隧道时的瞬态气动特性

基于横风作用下高速列车流场的非定常特性,建立了横风-列车-桥隧模型进行仿真计算,并通过1∶8列车动模型试验验证数值方法的准确性。随后研究横风条件下列车突出隧道时,隧道内外瞬态气动压力、气动荷载变化及流场特性,揭示了横风-列车-隧道之间的相互作用机理。研究结果表明:随着横风风速的增大,压力逐渐减小,但压力随时间的变化规律相似;横风对隧道出口处及隧道外监测点处的压力梯度有明显的影响,对于隧道内的监测点几乎没有影响;随着横风风速增大,隧道外背风侧正压峰值随风速增大略有减小,迎风侧正压峰值基本保持不变,背风侧负压峰值减小速率大于迎风侧;横风对列车突出隧道运行过程的压力波动影响有限,在横风风速为20 m/s时,隧道外界流场影响隧道内气动压力的范围不超过20 m。同种横风条件下,迎风侧、背风侧监测点处压力时程变化规律不相同,压力梯度峰值出现的位置也不同,且位于列车同侧越靠近地面的监测点处压力峰值及压力梯度峰值绝对值越大;横风下,气流经过车-桥系统时,在桥底部、列车背风侧顶部及底部发生明显的流动分离现象,导致隧道外车体两侧的压差大于隧道内车体两侧压差。

钢桁梁斜拉桥抗风稳定性数值模拟分析

以金塘大桥为研究对象,基于弹簧悬挂系统,采用Starccm+软件为研究工具,利用微分方程的数值解法和动网格技术,研究不同风攻角下桥梁的颤振临界风速、涡振扭转和竖弯振幅。结果显示:风攻角为3°时颤振临界风速区间为81~83m/s,风攻角为0°时颤振临界风速区间为87~89m/s,风攻角为-3°时颤振临界风速区间为95~98m/s,而规范公式计算的弯扭耦合颤振临界风速为90.44m/s,均大于检验风速76.3m/s;金塘公铁两用大桥的竖向弯曲振动和扭转振动涡振的共振振幅分别为102mm和0.25386°,均小于规范的容许值201.3mm和0.2898°;主梁颤振及涡激振动性能满足要求。研究结果表明金塘公铁两用大桥设计抗风稳定性满足规范要求,研究方法对大跨度桥梁的抗风设计具有参考价值和实际意义。

隧道列车火灾玻璃破裂开口火溢流行为特性研究

在高速铁路长大隧道中,列车车厢内部着火后,车窗玻璃可能被击碎或受热变形,并破裂脱落形成新的通风口,产生由该通风口向隧道内蔓延的开口火溢流,从而扩大火灾规模,造成更大灾害。文中对该类开口火溢流的卷吸行为及燃烧特性进行了研究,揭示了车厢内部烟气温度的纵向衰减规律;利用能量平衡方程及自然对流换热和辐射换热公式,提出了车厢内、外火灾热释放速率的计算方法;建立了开口火溢流角度与火源功率及特征长度之间的耦合关系式;得到了隧道壁面处最大无量纲温度与无量纲溢出火源功率之间的关系模型。结果表明,车厢内、外的热释放速率随火源总释放速率的增加均呈抛物线规律增加,当总的火源热释放速率为17.85 MW时,车厢内、外的热释放速率相等;火源热释放速率在1~15 MW范围内时,车厢内释放速率均大于溢出车厢外的释放速率;火源热释放速率在20~30 MW范围内时,车厢内释放速率均小于溢出车厢外的释放速率;随着火源释放速率的增加,溢出的热烟气增多,隧道壁面处的温度升高,且在3 m左右的高度达到最大值;热释放速度大于20 MW时,直接有火焰溢出。