常导高速磁浮桥梁预拱度形式研究

为研究常导高速磁浮桥梁的预拱度形式,计算了单跨轨道梁、双跨轨道梁和40+60+40 m连续梁在列车静活载、温度、收缩徐变作用下的变形,并将以上变形组合为12种预拱度曲线;采用车‑桥耦合振动分析方法,讨论了不同预拱度条件下车速、额定悬浮间隙、温度及收缩徐变、桥梁结构形式等因素对磁浮列车行车性能的影响;以行车安全性和乘坐舒适性为评判指标,分析常导高速磁浮桥梁的合理预拱度形式。结果表明,车速越小、额定悬浮间隙越大,列车荷载、温度荷载和收缩徐变作用下的桥梁变形与预拱度方向相反、大小接近时,高速磁浮列车在单跨轨道梁上的舒适性和安全性指标更优;各预拱度工况下,磁浮列车在双跨轨道梁上的行车性能最优,单跨轨道梁较40+60+40 m连续梁的舒适性更优,行车安全性更差;基于设置预拱度后的行车性能,建议双跨度轨道梁可不设置预拱度,单跨轨道梁和40+60+40 m连续梁桥可按0.5和1倍列车静活载设置预拱度。

侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合动力响应分析

侧风作用是影响高速磁浮系统动力设计的重要因素之一。为获得侧风作用下高速磁浮列车-轨道梁耦合振动响应,首先,建立了风-静悬磁浮列车-轨道梁(WSMG)和风-移动磁浮列车-轨道梁(WMMG)空间耦合分析模型。然后,通过风洞试验对磁浮车辆的气动特性进行测试。磁浮列车的控制系统采用比例-积分-微分(PID)控制器和加速度反馈相结合的比例-积分-微分-加速度(PIDA)控制算法进行调控。最后,分析了平均风、脉动风、风速和车速对磁浮系统动力响应的影响。结果表明:PIDA控制算法可以消除侧风引起的磁浮间隙稳态误差,并减小大约40%的车体横向位移;均匀风只改变列车的平衡位置,脉动风和轨道不平整是引起磁浮列车-轨道系统振动的主要原因;风速对车辆的横向振动的影响更为敏感,当风速超过30 m/s时,高速磁浮列车应停止运行。

不规则截面双柱式桥塔抗风性能研究

以实际工程为研究背景,采用CFD数值模拟方法分析了串列不规则截面桥塔的抗风性能。在不同风向角或间距比条件下,计算并对比了单个塔柱和双塔柱的气动力系数和斯托罗哈数,分析了双塔柱周围流场的时均压力和时均旋涡流线情况。结果表明:两个塔柱的阻力系数和斯托罗哈数相比单个塔柱均发生不同程度的降低。随着风向角的增大,单个塔柱和上游塔柱的阻力系数为降低趋势,而下游塔柱为上升趋势。斯托罗哈数对风向角和间距比的变化并不敏感。随着间距比增大,上游塔柱的阻力系数增大,逐渐接近单个塔柱。在间距比为4时,两个塔柱的阻力系数发生较大变化,斯托罗哈数达到最小值,此时两柱之间的大旋涡破裂,同时在两塔柱附近出现独立的旋涡。

400km/h高速铁路桥梁动力系数研究

为研究通行400km/h高速列车时桥梁的动力性能,采用车-桥耦合振动方法,分析车速、车辆编组、车辆载重3种车辆因素和跨度、桥梁竖向基频、桥型3种桥梁结构因素对400km/h高速铁路桥梁动力系数的影响。结果表明:车速增加到一定程度将出现车桥竖向共振的风险;跨度一定时,桥梁竖向振动基频越大动力系数越小;多数工况下16车编组时桥梁的动力系数较8车编组时大,车辆空载时桥梁的动力系数较车辆满载时大。

考虑参数不确定性的列车-桥梁垂向耦合振动的PC-ARMAX代理模型研究

车-桥耦合系统不可避免的受到系统参数不确定性的影响,为了研究车-桥耦合系统参数随机性的影响,提出了可考虑动态时变系统参数不确定性的PC-ARMAX(Polynomial Chaos expansions and AutoRegressive Moving-Average with eXogenous inputs)模型。该模型采用ARMAX模型建立了不同系统参数条件下的代理模型,针对不同系统参数条件下代理模型的参数进行混沌多项式展开。在不考虑随机轨道不平顺影响的条件下,分析了车体质量、二系刚度和阻尼等参数随机性对车-桥响应的影响。研究了轨道不平顺随机性和参数不确定性共同作用的影响。结果表明:该模型的预测结果和蒙特卡洛模拟(MCS)的结果吻合,最大误差仅为2%,计算效率较MCS提高了2个~3个数量级;车体质量参数随机对车辆响应的影响最大,系统参数随机性的影响在车-桥耦合振动分析中是不可忽略,且同时考虑参数不确定性和激励随机性的影响是必要的。

非对称线路车-桥气动特性风洞试验研究

为了研究线路的非对称性布置对列车和桥梁系统气动特性的影响,开发了一种同步测试车-桥气动力的装置,通过本装置对线路非对称布置的大跨度公铁两用斜拉桥进行了节段模型风洞试验。考虑了下层铁路和下层公路分别为迎风侧的工况,测试了不同车-桥组合下车辆和桥梁各自的气动力,讨论了线路非对称布置、风攻角、双车交会和汽车对车-桥系统气动特性的影响。结果表明:相对下层铁路侧迎风工况,下层公路迎风侧的桥梁升力系数和扭矩系数差别较大,且车辆升力系数也变化较大;桥梁和车辆的阻力系数随风攻角的增加而减小;双车交会时,背风侧车辆阻力系数发生突变;受公铁平层防眩网的作用,汽车对列车气动特性影响相对较小。

Aerodynamic characteristics of moving vehicles of two trains passing each other on bridge under crosswinds

Two trains passing each other is controlling factor for the wind-vehicle-bridge systems.To test the aerodynamic characteristics of moving vehicles under crosswinds when two trains are passing each other,a wind tunnel test device,which has two moving tracks,was developed.The rationality of the test result was discussed,the effects of intersection mode,yaw angle and lane spacing on the aerodynamic coefficients of the leeward train were analyzed,and the difference of aerodynamic coefficients between the head vehicle and the tail vehicle was discussed.The results show that the proposed test device has good repeatability.The intersection modes have a certain effect on the aerodynamic force of the leeward train when two trains are passing each other,and the results should be more reasonable during the two trains dynamic passing each other.With the decrease of yaw angle,the sudden change of train aerodynamic coefficients is more obvious.The decrease of lane spacing will increase the sudden change of leeward vehicles.In the process of two trains passing each other,the aerodynamic coefficients of the head vehicle and tail vehicle are significantly different,so the coupling vibration analysis of wind-vehicle-bridge system should be considered separately.

风-列车-桥系统耦合振动研究综述

风-列车-桥(简称风-车-桥)系统耦合振动涉及多学科交叉,是双重随机激励作用下的时变耦合系统,是研究列车抗风安全性的主要方法之一。从提出风-车-桥的概念以来,国内外学者对此进行了大量的研究,取得了积极的进展,为进一步促进风-车-桥系统耦合振动的研究,从车-桥系统风荷载、车-桥耦合模型、风-车-桥耦合模型三部分出发,对风-车-桥系统研究的一些重要成果进行回顾和介绍。其中,车-桥系统风荷载部分包含静风力、抖振力(脉动风模拟和气动导纳)、风载突变效应3个方面;静风力方面,回顾车-桥静动态系统气动特性的风洞试验方法及数值模拟方法,讨论不同试验和分析方法的优缺点及其适用的情况;抖振力方面,介绍脉动风模拟方法以及气动导纳的计算方法;风载突变方面,介绍横风作用下列车过桥塔及双车交会时风洞试验和数值模拟方法。车-桥耦合振动模型部分,回顾车辆分析模型和车-桥系统的求解方法。风-车-桥耦合模型部分包含分析模型、耦合机理和实际应用3个方面,回顾风-车-桥系统的耦合机理,结合实例介绍风-车-桥系统耦合振动方法的实际应用。最后,结合当前风-车-桥系统研究的不足之处,提出车-桥动态系统气动特性的风洞试验技术、风-车-桥系统的精细化分析模型、现场实测、可靠度及其评价准则是其今后的主要研究方向。