400km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明:1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入口对称设置。

国外400km/h以上高速铁路综合试验研究

介绍国外400km/h以上高速铁路综合试验的相关情况,分析国外高速铁路综合试验对我国更高速度高速铁路综合试验的参考意义。针对日本新一代ALFA-X试验车、德国新型VelaroNovo试验车以及法国V150试验车的高铁综合测试项目,分析国外高速铁路综合试验开始前的车辆设计和线路准备工作、试验内容及试验目的。国外高速铁路综合试验测试了400km/h以上试验速度条件下的新型车辆和基础设施的安全性、可靠性及舒适性,并对高速铁路新装备、新技术、新理念的应用进行了验证,其试验结果可为我国高速铁路技术创新及更高速度综合试验提供有价值的参考。

400km/h高速列车头型对隧道初始压缩波影响初探

采用重叠网格方法,基于三维非定常可压缩的N-S方程和SST k-w湍流模型,探索时速400 km/h高速列车头型对隧道初始压缩波的影响。针对目前国内研发的某型CR450动车组,本文研究2个鼻长均15 m和1个鼻长22 m的拟议新头型,分析在我国现有隧道条件下3种不同头型列车以400 km/h驶入时产生的初始压缩波基本特性;最后分析了不同车速(350 km/h、400 km/h、450 km/h)驶入隧道时对初始压缩波最大压力梯度值的影响。对比距隧道入口72 m处隧道内测点的压力与压力梯度值,结果表明:2个鼻长15 m头型列车对应产生的初始压缩波波形和最大压力梯度值基本一致;相比于鼻长15 m头型,鼻长22 m头型对应产生初始压缩波波形有着明显区别,且最大压力梯度值较之降低约27%;列车速度越高,对应产生初始压缩波最大压力梯度值则越大,但缓冲结构的缓解作用越不明显。研究结果对新一代高速列车头型设计和气动性能比选具有实际性的参考价值。

400km/h高铁隧道组合型式缓冲结构泄压孔优化

国内外已有多条在建高速铁路隧道设计时速达到400km,随着列车速度不断提高,微气压波产生的负面效应愈发严重。相关研究及工程实践表明,单一型式缓冲结构缓解效果有限,而等截面扩大+帽檐斜切+泄压孔的组合型式缓冲结构对缓解微气压波具有更优良的效果。然而国内外对这种组合型式缓冲结构研究相对较少,为了使其满足更多实际场景的要求,针对其泄压孔几何参数进行优化仍具有一定的工程价值。针对这一问题,基于RNG k-ε双方程湍流模型,采用数值模拟和现场实测相结合的方法,从首个泄压孔边缘到帽檐的距离、开孔率、开孔数量和环向开孔位置4个方面开展研究,分析在采用不同泄压孔组合型式缓冲结构下的初始压缩波和微气压波的特征,提出组合型式缓冲结构泄压孔的最佳优化参数。结果表明:相对于首个泄压孔到帽檐的距离为8,16和24m时,当距离为4m时,组合型式缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;相对于开孔率α=24%,40%和48%的组合型式缓冲结构,当开孔率为32%时,缓冲结构对微气压波的缓解最佳;相对于设置2个或8个泄压孔,设置4个4m(横向)×2m(纵向)的泄压孔时,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳;在缓冲结构的环向位置上,在拱顶设置泄压孔,缓冲结构对微气压波的缓解效果最佳。

400km/h高速铁路列车的荷载图式研究

为确定适合400 km/h高速铁路的荷载图式,参考《京沪高速铁路设计暂行规定》中确定0.8UIC荷载作为高速铁路列车荷载图式所使用的方法,以包络德国ICE列车、中国ZGS和中速列车的换算均布活载动效应为原则,提出将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式;然后,在时速400公里高速列车作用下,对24、32、40 m 3种跨度简支梁桥,基于车桥耦合振动分析方法得到车辆动力响应,在此基础上研究动力系数、竖向挠度、梁端竖向转角和轨面不平顺等现行规范指标在0.65UIC荷载条件下的适应性;最后,讨论采用0.65UIC荷载作为设计荷载时,离心力、牵引力和制动力限值对400 km/h高速铁路列车的适应性.结果表明:在现行规范基础上,将0.65UIC荷载作为400 km/h高速铁路列车荷载图式进行桥梁设计是可行的,采用该荷载图式计算的桥梁设计指标限值和设计荷载限值较运营车辆与桥梁间的响应具有一定安全储备.

速度400km/h高速铁路列车风作用的数值模拟研究

为研究速度400 km/h高速铁路列车风的荷载取值,基于动网格和滑移网格组合的方法,对高速铁路列车风效应进行三维数值模拟,分析列车周围不同距离、高度处的压力分布规律,考查不同车速下线周声屏障的气动力变化规律。结果表明,测点距列车距离越远,列车风压力越小,同一测点的列车风压力与车速平方成正比,线周声屏障的列车风压力也有类似的规律。对于速度400 km/h高速铁路列车风的荷载,可在现行规范中350 km/h列车风的荷载基础上,增大31%后作为设计值。

线路关键点对400km/h高速铁路纵断面参数设计影响

研究目的:400 km/h等级高速铁路的规划设计是我国现阶段高速铁路建设与发展的重要目标。目前,尚未有400 km/h高速铁路纵断面参数设计标准的研究。在满足高速列车行驶安全与旅客乘坐舒适条件下,本文对400 km/h等级高速铁路纵断面参数进行了设计与验证,为后续工程应用提供理论依据。研究结论:(1)相同坡度差、夹直线长度条件下,列车垂向振动加速度最大值随竖曲线半径的增加而减小,建议400 km/h高速铁路最小竖曲线半径取值为30000 m;(2)当竖曲线半径≥20000 m,车体垂向振动加速度最大值数值受坡度差值影响很小;(3)车体垂向振动加速度随着夹直线长度的增加而逐渐消散,叠加振动减小,建议400 km/h高速铁路夹直线长度最小取值为200 m;(4)本文研究可为400 km/h高速铁路纵断面参数设计提供技术支撑。

400km/h高速铁路桥梁竖向刚度限值研究

为研究400 km/h高速铁路桥梁的竖向刚度限值,首先,将铁路桥涵设计规范中不同车速的竖向挠度限值拟合外推,得到车速400 km/h时不同桥梁跨度的竖向挠度限值;然后,调整截面竖向惯性矩,实现不同桥梁竖向刚度,并考虑竖向温度变形影响,进行车桥耦合振动分析,得到不同桥梁竖向刚度下的车辆竖向加速度;最后,按规范要求在桥梁最不利位置加载得到桥梁竖向挠度和梁端转角,车辆竖向加速度达到限值时可获得竖向挠度限值和梁端竖向转角限值,并与规范预测值进行对比。结果表明,400 km/h高速铁路桥梁竖向挠度限值可采用现行规范拟合外推得到的挠度限值,梁端竖向转角限值可仍沿用现行规范限值。

基于车辆-轨道耦合动力学的400km/h高速铁路线路平面参数设计研究

为推进我国400km/h等级高速铁路的规划建设和创新发展,本文基于车辆-轨道耦合动力学理论,开展了既有350km/h高速铁路曲线设计参数适应性分析和400km/h高速铁路线路平面参数设计方法研究,揭示了平面参数匹配关系对系统动力学性能的影响规律。研究结果表明:当曲线半径小于7000m时,既有规范的曲线设计参数不再适用;在满足动力学指标和欠/过超高限值要求的条件下,并考虑留有一定的安全裕量,建议400km/h高速铁路曲线半径不应小于7500m;相比于既有欠/过超高设计要求,综合考虑车轨系统动力学性能指标来设计曲线超高具有更宽的合理设置范围。本文通过系统的动力学分析,提出400km/h条件下曲线线路平面参数匹配建议值,并评估了其安全裕量,研究成果可为400km/h高速铁路线路平面设计提供理论参考。

400km/h高速铁路地质灾害及基础设施监测系统研究

高速铁路沿线地质灾害及基础设施健康状态作为影响行车安全的关键因素之一,已成为铁路行业的研究热点。本文针对性地开展了400 km/h高速铁路地质灾害及基础设施监测的需求分析,结合国内外自然灾害监测系统的研究现状和我国智能高速铁路的发展规划,充分依托物联网、5G、云计算、大数据等技术手段,提出了适用于400 km/h高速铁路地质灾害及基础设施监测的系统架构、系统组成及部署方案,研究了监测数据传输、数据加密、数据融合等关键技术的解决方案,为监测系统设计、研发与应用提供了新思路、新手段。

成渝中线400km/h轮轨动车组技术指标研究

为助推成渝地区双城经济圈建设,成渝中线将以最终开行400km/h高速轮轨动车组为目标,实现更高速度高速铁路技术的示范和引领。400km/h高速动车组技术指标的确定,对成渝中线工程以及整个国家更高速度铁路网都至关重要。本文基于既有400km/h高速动车组技术现状,开展了更高速度等级车辆最高设计速度、剩余加速度、轴重、功率、制动距离、减阻能力等主要技术指标的分析研究,提出了适用于成渝中线400km/h速度开行的“优化400”高速动车组概念设计方案,以及主要参数目标和相应的优化措施。

400km/h高速铁路平竖重合地段线路方案动力学评估

文章针对我国新建沪渝蓉高速铁路重庆至成都段线路设计需求,建立中国标准动车组车辆-线路动力学分析模型,对项目某平竖重合段线路方案采用动力学方法进行评估及分析,研究表明:(1)在平曲线与竖曲线重叠设置时,设计速度400 km/h高速铁路最小平面曲线半径在一般和困难条件下宜分别取9500 m和8000 m;(2)设计速度400 km/h、曲线半径为8200 m的平竖重合区段符合运行舒适性和行车安全控制标准;(3)各项动力学指标的频数统计可反映不同车速条件下轮轨作用的强弱程度;(4)基于动力学的PCT评价方法考虑了列车运行过程中车体跟随轨道面的不同步性,可较为客观地反映乘客的舒适性。

400km/h高速铁路隧道洞口微气压波特征及其缓冲结构设计方法研究

隧道洞口微气压波与列车速度呈3~8次方的正比关系,并产生了显著的环境噪声,但国内外对400 km/h高速铁路隧道洞口微气压波特征及其缓冲结构设计的研究相对不足。针对这一问题,本文采用数值仿真和室内动模型试验相结合的方法,分析了400 km/h高速铁路隧道洞口的微气压波特征及其缓冲结构设计。结果表明:(1)隧道洞口微气压波峰值随列车速度的增大而急速增加,400 km/h速度下隧道洞口的微气压波峰值为350 km/h速度下的170%,远超规范允许值,且受隧道长度的影响规律与350 km/h速度存在一定差异;(2)对于400 km/h的高速铁路隧道,既有单一缓冲结构型式不能满足现有规范要求,采用等截面扩大+斜切+开孔的组合型缓冲结构可达到较好的效果。

400km/h高速铁路ZPW-2000轨道电路器材适应性研究

ZPW-2000轨道电路作为铁路信号系统的基础关键设备之一,轨道电路器材正常工作易受牵引电流及其谐波的影响。随着列车运行速度提升至400 km/h甚至更高时,列车的牵引功率将不断增大,钢轨中的牵引回流及其谐波对轨道电路设备的干扰也将随之增大。本文分析了400 km/h高速铁路不平衡牵引电流、牵引电流及其谐波对轨道电路器材设备的影响,提出了轨道电路空芯线圈、扼流变压器适应性方案,同时给出了ZPW-2000轨道电路可靠工作时对动车组牵引电流谐波限值的要求。

BIM技术在400km/h高速铁路接触网工程中的应用

本文结合400 km/h高速铁路接触网工程开展的BIM技术应用,以全寿命周期管理理念为核心,分析了接触网系统BIM正向设计的流程框架和重点环节,阐明利用BIM技术的接触网施工管理,总结通过全过程信息数据的采集和集成,实现接触网系统的数字孪生,从而全面提升运维水平。研究结果为400 km/h高速铁路接触网设计、施工和运维的BIM技术应用提出了系统思路,推动了接触网工程信息数字化设计的发展。

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。

400km/h速度下编组长度对高速列车隧道交会压力波的影响

基于三维非定常可压缩雷诺时均N-S方程与k-ε两方程湍流模型,采用滑移网格方法,对400km/h速度等级下不同编组长度(3车编组,8车编组,16车编组)列车于各自最不利长度隧道的等速交会工况进行模拟。对比数值计算与动模型试验结果,两者同一测点压力峰峰值相差不超过3.6%,验证了数值计算的可靠性。研究结果表明:列车表面压力峰峰值由头车至尾车呈下降趋势;随着编组长度由3车增加到16车,列车表面最大压力峰峰值由12.05 kPa增加到15.18 kPa;隧道壁面最大压力峰峰值由14.73 kPa增加至19.19 kPa。

400km/h条件下现行路基过渡段设计标准适应性研究

本文针对现行路基过渡段设计标准(适用于350 km/h高速铁路)在400 km/h条件下的适应性问题,构建了过渡段车辆-轨道-路基耦合动力学模型,考虑轨面折角、路基刚度变化、列车运行方向等因素,分别在350 km/h与400 km/h条件下开展了动力学仿真分析。结果表明:路基支撑刚度变化对过渡段动力学性能影响不大,轨面不平顺对过渡段动力学性能影响显著,当列车运行速度由350 km/h提升至400 km/h时,其加速度、轮轨力、轮重减载率三项动力学指标均增大,但均未超过控制阈值。因此,现行路基过渡段设计标准适用于400 km/h。研究结果可为今后400 km/h及更高速度高速铁路过渡段的设计提供参考。

400km/h动车组车体压力载荷隧道参数影响特征研究

列车高速进入隧道时产生的压力波动对列车气动阻力、车体结构疲劳强度和车内人员舒适性等产生不利影响。随着动车组运行速度的不断提高,高速列车进入隧道产生的空气动力学问题将更加突出和显著。本文采用一维非定常不等熵流动模型和特征线方法,在数值模拟400 km/h动车组单列车通过隧道和隧道中央等速交会压力波形成机理和车外压力变化的基础上,研究了动车组通过隧道时隧道长度和隧道净空面积对车外压力载荷的影响特性,进一步验证了基于车外压力幅值的最不利隧道长度估算公式的合理性。本文研究结果为确定400 km/h动车组车体压力载荷的分布范围提供了基础数据。

400km/h+高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道动力分析

本文针对既有CRTSⅢ型板式无砟轨道能否满足400 km/h及以上速度列车正常运行的问题,基于有限元方法建立了CRTSⅢ型板式无砟轨道的车辆-轨道耦合动力学模型,分析了列车以400~600 km/h速度正常通过桥梁与路基基础直线地段时车辆与轨道的动力特性,并参考《高速铁路工程动态验收技术规范》的规定限值,对各项动力性能指标进行评判。研究结果表明:(1)CRTSⅢ型板式无砟轨道结构与技术标准满足400 km/h+高速列车的正常运行条件,随着列车速度的增大,轮重减载率有较明显的增大;(2)列车舒适性与平稳性均处于较优状态,无砟轨道各动力性能指标均未超过最大允许值;(3)相较于桥梁基础,路基基础上的列车轮重减载率较小,轨道板垂向位移偏大,为确保400 km/h及以上速度列车的长期运营安全,路基基础刚度不宜过低。