峡谷桥梁接触网设计风荷载与风振响应研究

作     者：代笑颜 

作者单位：湖南大学 

学位级别：硕士

导师姓名：牛华伟;周帅

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：桥梁 接触网 峡谷风 风洞试验 风荷载 风振响应 

摘      要：接触网是电气化铁路的供电结构,它在风荷载作用下的变形和风振响应会直接影响列车的正常行使与行车安全。由于特殊地形的风速放大效应,峡谷区桥梁上的设计风速往往更高,其上接触网的设计风荷载取值已成为高速铁路建设中的关键问题之一。我国西部某高速铁路桥隧比高达90%、多次穿越峡谷地区,本文以该铁路工程某峡谷区桥梁接触网为对象,研究特殊区域接触网的结构设计风荷载与风振响应特性。本文完成的主要研究内容和相应结论如下:(1)研究了峡谷桥梁接触网设计风速修正系数,提出了峡谷桥梁接触网设计风荷载修正公式。以西部某铁路峡谷地形为对象开展了CFD数值模拟,计算得到的地形修正系数是规范值的1.7倍以上;通过桥梁刚性节段模型桥面风速的风洞试验测试,得到桥面安装3m高、30%透风率风屏障时的接触网风速修正系数是规范值的1.12倍。(2)通过比例为1:1的节段模型风洞试验,研究了不同承力索和导线布置形式下接触网的体型系数随风速、风向角和紊流度等风参数的变化,对比研究了双线单导、单线单导接触网体型系数与规范取值的差异,结果表明双承力索、单承力索和接触线的体型系数测试值分别为规范值的0.8、1.47和1.35倍。(3)通过有限元计算对比分析了2跨、9跨和31跨接触网模型的动力特性和风振响应特性,并设计制作了2跨双线单导接触网气弹模型进行了风洞试验研究,接触网风振响应的有限元计算结果和风洞试验结果的误差在10%以内,依据风洞试验测试数据得到的接触网风振系数为1.2。(4)基于峡谷桥梁接触网风荷载修正系数和风振响应有限元分析,研究了峡谷桥梁典型接触网的风荷载与风振响应特性,对比了峡谷风荷载和规范风荷载下双线单导接触网的风振响应特性的差异,结果表明峡谷桥梁接触网风致位移均值和根方差可达规范荷载的1.3倍,峡谷风及桥梁主梁对接触网风致响应的影响效应显著。