强风作用下超大跨度公铁两用悬索桥列车走行性研究

作     者：鞠金来 

作者单位：中南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：郭向荣

授予年度：2022年

学科分类：081406[工学-桥梁与隧道工程] 08[工学] 0814[工学-土木工程] 082301[工学-道路与铁道工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：强风作用 超大跨度公铁两用悬索桥 风-车-桥耦合振动 列车走行性 风屏障 车速阈值 

摘      要：当高速铁路需要跨越较宽的江河峡谷时,自重轻、跨越能力强的悬索桥是一种选择,同时,若公路与铁路走线一致时,超大跨度公铁两用悬索桥是一种更为经济的方案。超大跨度的悬索桥刚度较低且桥位风环境一般较为复杂,桥梁与列车均易受到强风的影响,若要确保列车安全平稳的通过桥梁,就应探究列车在强风作用下的走行性。本文以荆荆铁路主跨1120m李埠长江公铁大桥悬索桥方案为研究对象,主要研究工作及结论如下:(1)根据弹性系统动力学总势能不变值原理与形成矩阵的“对号入座法则建立了风-列车-桥梁空间耦合振动仿真模型与桥梁有限元模型,分析了桥梁的自振特性。结果表明,该桥自振频率间隔紧密且频率较低。(2)在无风条件下,考虑汽车荷载、升温与徐变附加变形的影响,进行了车-桥空间耦合振动仿真计算。计算结果表明,无风条件下桥梁刚度满足要求,具有良好的列车走行性。(3)使用计算流体力学仿真软件分析了主梁与车-桥组合状态下的流场特性,并使用风洞试验数据进行了验证。速度场与压力场的分析结果表明,斜杆、竖杆与桥面附属结构使得桁架内部漩涡较多,流场较为复杂,导致列车风压分布不均匀。(4)桥上不设置风屏障时,考虑汽车荷载与附加变形,进行了风-车-桥空间耦合振动仿真计算,研究不同风速、风攻角与车速对列车走行性的影响,得到了该桥的车速-风攻角-风速阈值。计算结果表明,0°攻角并非该桥最不利攻角;当桥面平均风速不高于20m/s时,列车可按设计时速250km通过,当风速达到25m/s时,列车应限速至175km/h,当风速达到30m/s时,应封闭桥梁禁止通行。(5)研究了桥上风屏障设置高度与位置对该桥列车走行性的影响。计算结果表明,风屏障有效保障并提高了列车运行的安全性,这种效应将随风屏障高度的增加而更加显著;并且公路外侧设置方案优于铁路外侧方案。图362幅,表26个,参考文献153篇