风屏障对平层公铁桥上列车气动特性影响的风洞试验研究EI北大核心CSCD

基于列车测压试验,以平层公铁桥梁和CRH2列车为背景,分析了风屏障对平层公铁桥上列车表面风压分布的影响,研究了有无风屏障时列车表面压力以及气动力的跨向相关性的变化规律。研究结果表明:设置风屏障后,列车迎风面与背风面、顶面和底面风压差随风屏障透风率的减小而减小,使得列车总体侧力和升力减小,风屏障透风率为20%时,列车表面脉动压力分布较均匀,有利于桥上列车运行时的安全与舒适。风屏障的防风效果不会随着风屏障高度的增加一直变好,透风率为40%时,风屏障存在一个最优高度3.5 m。风屏障透风率对列车迎风面以及顶面圆弧过渡段表面风压的影响明显大于高度。设置风屏障后,列车底面和背风面测点压力跨向相关性更好,风屏障的挡风效应增强了这两部分展向流场的一致性,使流体的脱落点更一致。随着跨向间距的增大,气动力的相关性越来越差,风屏障对气动力的跨向相关性较无风屏障时弱,设置风屏障时跨向间距超过5倍列车高,气动力完全不相关。     

风屏障透风率对车-桥系统气动特性影响的风洞试验研究

以某流线型钢箱主梁斜拉桥和轨道客运A型车为背景,通过风洞试验研究了风屏障透风率对车-桥系统气动性能的影响。分析试验数据得知:车-桥系统的斯特罗哈数随风屏障透风率增大而减小;当列车处于迎风位置时,风屏障的透风率对车-桥系统斯特罗哈数的影响较为明显;桥梁阻力系数随风屏障透风率的增大而减小,而列车阻力系数随风屏障透风率的增大而增大;随风屏障透风率增大,桥梁和列车升力系数的绝对值均增大;综合考虑列车位置和风攻角等影响因素,风屏障透风率为10%时,列车及车-桥系统在侧风下受到的气动力均较小,有利于行车安全。     

风屏障对高架桥上列车气动特性影响机理分析

基于同步测压技术,以京沪高速铁路典型高架桥和CRH2列车为背景,研究风屏障对典型车桥组合状态下列车的风压分布和各面气动力分布特征的影响,以分析风屏障的气动影响机理,并从流体力学角度进行解释。研究结果表明:风屏障对上游列车气动特性影响较大,下游列车由于处于尾流中,受之影响较小;设置风屏障后,上游列车由于迎风面风压由正变负,使得该面的侧力与背风面相反,故使总体侧力减小,车顶平均风压显著减小,使得车顶升力约增大50%,背风面和车底风压变化较小;风屏障透风率及高度取值需根据具体环境进行优化,并需注意防风效果并不与减小平均风速等同。     

侧风下风障对滑雪跳台比赛风环境的影响研究

滑雪跳台与桥梁结构类似，风障也可以为跳台滑雪运动创造一个低速的比赛风环境。采用数值模拟的方法，研究了风障透风率对滑雪跳台挡风效果的影响，系统分析了涡旋结构、无量纲风速、风环境影响系数和湍流度随风障透风率的变化特性。结果表明：侧风作用下，风障的存在明显改变了滑雪道上空的风场结构，但同时在运动员跳跃高度处会产生较大的竖向风速分量，显著干扰比赛的公正性；滑雪道上空的风环境影响系数随风障透风率的增加呈减小后增大的趋势，其中透风率为10%～20%时风障挡风效果最优，其挡风效率高达79%～97%，同时也可以有效降低运动员跳跃高度处的竖向风速分量，但风场的湍流度会明显增大；考虑滑雪跳台主体结构对风荷载的作用较不敏感，应优选设置10%～20%透风率的风障。     

桥上孔隙式风屏障缩尺模型模拟方法的风洞试验

为了明确孔隙式风屏障缩尺模型的模拟方法,针对铁路桥上设置透风率为30%、高度为2.05m风屏障情况,通过风洞试验测试了不同开孔形式风屏障作用下车辆的气动力系数,分析了风屏障的孔径和开孔形状对车辆气动特性的影响,讨论了圆孔形风屏障与纵条形风屏障的相似性。结果表明,在1∶20的缩尺模型中,风屏障的孔径可取8mm~12mm;透风率相同时,风屏障的开孔形式对迎风侧车辆有一定的影响;纵条形风屏障的间隙数不低于10个时,与设置8mm圆孔形风屏障时的车辆气动特性较为接近,结果可为风屏障的缩尺模型风洞试验和数值模拟提供参考。     

公路风屏障流场特性及自身风荷载的足尺模型风洞试验研究

为探究公路风屏障后方流场分布特性及自身风荷载,针对6种不同板形,通过足尺节段模型风洞试验测试了各风屏障后方不同车道处的流场分布及距离地面不同高度处障条的风荷载,在此基础上对比分析屏障孔隙尺寸和开孔形式对其后方流场分布的影响,求得了不同风屏障整体的阻力系数、力矩系数以及风速折减系数。研究结果表明,孔隙尺寸对风屏障后方流场影响较为有限,开孔形式对屏障前方流场影响较为有限,但是对其后方的流场分布影响较为明显。由于受到盖梁的影响,位于最顶部的障条阻力系数较其他位置处障条阻力系数偏低。屏障整体风荷载系数可为日后该类风屏障设计提供一定的参考。     

轨道交通百叶窗型风屏障防风效果研究

为提高列车在复杂风环境中行车的安全性,提出了一种新型百叶窗型风屏障。并以重庆某轨道专用桥为工程背景进行了风洞试验,探究了横风作用下新型风屏障不同叶片旋转角度、不同风屏障布置形式对车桥系统气动特性的影响,对比分析了百叶窗型与普通格栅式风屏障的挡风效果,同时运用CFD对新型风屏障的防风机理进行了进一步阐述。研究结果表明:百叶窗型风屏障可较大幅度降低车、桥系统的力矩系数,相对同等透风率下的普通格栅式风屏障其防风效果更好;百叶窗型风屏障叶片的旋转角度对车桥系统三分力系数均有一定影响,从行车安全性考虑,建议旋转角度控制在90°内最合适;风屏障的布置形式对车桥系统气动特性影响较小,沿桥梁主导风一侧布置即可取得较好的防风效果。     

风屏障对车桥组合状态下中间车辆气动特性的影响

设置风屏障是提高行车安全的有效措施之一,但防风效果受风屏障参数、周围环境等多种因素影响。基于同步测压方法,结合本征正交分解技术对风压测点进行加密后通过积分获得气动力,以京沪高速铁路典型高架桥和CRH2列车为背景,研究多种风屏障参数对典型车桥组合状态下中间车辆气动力和风压分布的影响。研究结果表明:测压积分可获得与天平测力精度相当的气动力;风屏障对上游列车的防风效果显著,下游列车气动特性则受之影响较小;相对而言,风屏障透风率大小对列车气动特性影响较大,高度影响较小,且二者存在一个最优组合;设置风屏障后,尽管平均气动力会减小,但最大气动力由于特征紊流的影响可能会增大,风屏障参数应通过风洞试验或数值模拟慎重选取。     

斜腹板倾角对扁平箱梁颤振性能影响及量化研究

开展了斜腹板倾角对扁平箱梁颤振性能影响及颤振性能量化的研究。设计制作了仅改变斜腹板倾角,固定宽度和高度的两组节段模型,保持测试系统的动力参数不变,采用风洞试验的方式获得了不同模型的颤振性能。测试结果表明:当扁平箱梁的宽高比在11左右时,在+5~°风攻角条件下,颤振临界风速受斜腹板倾角的影响较显著,而在0~°风攻角下此影响不明显;当宽高比在7左右时,无论在0~°或是+5~°风攻角条件下,斜腹板倾角对于颤振的影响均不明显。利用测试获得的两组模型的颤振导数,发现了斜腹板倾角的改变会造成耦合导数H_3~*和直接导数A_2~*的显著改变,从而导致了颤振临界风速的显著变化。根据试验数据和计算结果,采用颤振临界风速解析计算式中的颤振因子,量化了风攻角和斜腹板倾角对扁平箱梁颤振的影响,给出了不同条件下的颤振因子。相对于目前规范中颤振计算时的单一折减系数,条件化的颤振因子能够较准确地计算出扁平箱梁的颤振临界风速。研究成果也对如何有效改进扁平箱梁的气动布局有参考意义。     

考虑风屏障效应的车桥系统三分力系数风洞试验研究

采用节段模型风洞试验,测试了车辆通过平地路基、跨度32 m简支箱梁、跨度16 m简支T梁时的三分力系数,综合分析了不同行车工况、不同线路构造形式及设置单、双侧风屏障后车辆和桥梁的气动特性。结果表明:较于箱梁和T梁,车辆在路基上行驶时更安全;安装单侧风屏障和双侧风屏障时车辆和桥梁的气动力系数都很接近,背风侧风屏障并不能有效改善车辆的气动性能;双车存在时背风侧车对迎风侧车的气动干扰较小,而迎风侧车的存在却使背风侧车的气动力系数减小,侧力系数甚至出现负值;风屏障的存在改变了车桥系统周围的流场;迎风侧车对右轨线的侧倾力矩系数总是大于对左轨线的侧倾力矩系数。     

CAARC标准高层建筑模型风致效应及背风侧流场特性研究

通过风洞测压试验、PIV试验和动力响应计算,对比分析0°和90°风向下,CAARC模型围护结构风压、模型背风侧流场特性及主体结构风振响应。①对比了模型立面风压分布及整体风力,两种风向下,模型表面风压分布的较大差异存在于侧风面。相比于0°风向,90°风向下模型整体阻力和升力较小,但整体扭矩较大。②直观展现了模型背风侧的流场特性。两种风向下,模型后部水平面内均出现尾流涡对;竖直面内的显著旋涡仅出现在0°风向。相比而言,0°风向下,尾流涡对尺寸较大,逆向流速较高,周围流体横风向运动剧烈。③给出了模型顶部位移和加速度随折减风速变化的拟合方程,两种风向下,模型顶部顺风向响应与折减风速的2～2.6次幂成正比;横风向响应与折减风速的3～3.5次幂成正比。相比而言,90°风向下,模型顶部横风向位移和加速度随折减风速的增幅分别为0°风向下的2倍和2.6倍。     

风屏障对大跨度桁架桥风致振动及车辆风载荷的综合影响研究

为探究风屏障对大跨度桁架桥风致振动及车辆风载荷的综合影响,以某公铁两用桁架桥为背景,在XNJD-1号风洞中进行了1∶47.48的缩尺比节段模型试验,测试了无风屏障和设置不同风屏障方案时,车桥系统中车辆及桥梁各自的气动力系数、主梁的颤振临界风速以及主梁的涡振响应。结果表明:大跨度桥梁风屏障增加了车桥系统中主梁的阻力系数,降低了主梁的升力系数、车辆的阻力系数及升力系数。设置风屏障使主梁的颤振临界风速降低明显。风屏障在一定程度上可用作抑制主梁涡振的气动措施。     

桥梁风屏障的气动效应及其对高速列车运行安全的影响分析

基于风-车-桥系统动力分析模型,分析了风屏障对车桥系统气动效应及桥上高速行驶车辆运行安全性的影响。以新建兰新铁路百里风区跨度16 m简支槽形梁为工程背景,通过风洞试验测试了有、无风屏障时车辆、桥梁的三分力系数,然后对强侧风作用下车辆通过桥梁时的动力响应进行了数值模拟,综合分析得到了保证列车在桥上运行安全的风速-车速阈值曲线。结果表明,对未设置风屏障的桥梁,当风速超过15 m/s即应限速行驶;而设置风屏障后,桥上车辆的运行安全性指标得到了极大地改善,即使风速达到40 m/s,列车仍可以260 km/h的速度安全运行。     

女儿墙对平屋面阵列光伏板风荷载的影响

风荷载是光伏支架最主要的设计荷载之一,目前对于屋顶上的光伏支架取值尚没有统一的标准。通过刚性模型测压风洞试验的方法,对不同女儿墙高度下平屋面阵列光伏板上风荷载分布进行分析。结果表明:对于平屋面上光伏板,无女儿墙时,光伏板的整体体型系数距离屋面边缘越近所承受的风荷载越大;女儿墙高度的增加可以有效减小平屋面光伏板所受到的风吸力。当女儿墙高度大约为0.42倍的光伏板高度时,其最大负压对应的折减系数可以达到50%以上;当女儿墙高度大于该高度后,女儿墙高度的增加对减小光伏板的风荷载效应趋于稳定。     

搭载给水管的宽幅流线型钢箱梁涡振性能及抑振措施研究

为研究给水管不同设置位置对宽幅流线型钢箱梁的涡振性能影响及涡振抑制措施,以某大跨度扁平钢箱梁斜拉桥为研究对象,制作缩尺比为1:50的钢箱梁刚性节段模型进行风洞试验和数值模拟计算。首先对比分析了风攻角为0°、±3°时,给水管设置在主梁风嘴内(Ⅰ型)和设置在桥面上(Ⅱ型)两种不同断面形式的主梁涡振特性;并采用数值模拟探究了给水管对主梁涡振性能影响的作用机理。其次,研究了结构阻尼比对Ⅰ型断面主梁涡振性能的影响;最后,通过试验测试了栏杆透风率、栏杆抑流板等气动措施对Ⅰ型断面主梁涡振性能的影响。试验结果表明：给水管是涡振敏感构件,对于Ⅰ型断面,风攻角为-3°时,主梁未出现涡振现象;风攻角为0°时,有小幅涡振响应;风攻角为+3°时,出现明显的涡振现象;Ⅱ型断面主梁无涡振现象发生。数值模拟结果显示,给水管放置在主梁外部可以有效降低上表面旋涡的尺寸,从而抑制涡振的产生。增大结构阻尼比可以有效抑制主梁的涡振;改变栏杆透风率抑振效果不明显;设置抑流板对抑振效果明显。     

基于监测数据的钢箱梁U肋细节疲劳可靠性分析

针对某悬索桥钢箱梁疲劳开裂严重,基于WIM动态称重系统采集的数据,对该桥通行车辆的车型、轴距、轴重、总重、是否超载进行了统计,明确了该桥交通荷载特征及各车道随机车流差异性,依据实桥动应变监测数据,运用雨流计数法及Palmgren-Miner线性损伤累积理论,获得了运营状态下各车道的疲劳应力谱,基于均匀设计-径向基神经网络-重要蒙特卡罗法(UD-RBF-IMC)相结合的算法,运用线弹性断裂力学对U肋对接焊缝疲劳可靠性进行了评估,研究了交通量及轴重增长对疲劳可靠度的影响规律。研究结果表明:该桥疲劳车型可简化为V2～V10共9类,左、右幅V2车型的总重均为单峰偏态分布,超载率不到4%,V3～V10车型的总重均为多峰分布,超载率大于30%,最高达69%;重车道V2～V10车型的比例明显高于其他车道;温度日变化对疲劳应力谱的影响较小,采样频率对应力谱的影响较为显著,不宜小于50 Hz;结合UD、RBF、IMC算法各自的优点,有效提高了基于监测数据的钢箱梁细节疲劳可靠度指标的求解精度和效率;轴重增长系数对疲劳可靠度的影响明显大于交通量增长系数,在运营期间除控制交通量外,还需重点控制重车比例和超载率...     

双层桥面桁架梁三塔悬索桥颤振性能优化风洞试验

双层桥面桁架梁气动性能复杂,已有研究较为少见。以某双层桥面桁架三塔悬索桥设计方案为背景,通过节段模型风洞试验,研究了栏杆透风率与高度、双层桥面板中央开槽、中央稳定板等多种气动措施对颤振临界风速的影响。结果表明:该桥原始断面在-3°、0°、+3°三种风攻角下,颤振临界风速均小于颤振检验风速,存在发生颤振失稳的可能性;中央稳定板的高度对颤振临界风速影响较大,上层桥面设置上中央稳定板能提高桥梁的颤振临界风速;上、下双层桥面板均中央开槽能够显著提高0°风攻角下的颤振临界风速,但使正攻角下的颤振临界风速有所降低;采用上、下双层桥面板中央开槽、合理地设置中央稳定板和改变栏杆透风率等气动综合措施,能使该桥在各攻角情况下的颤振临界风速满足要求。     

考虑高架桥和风屏障影响的高速列车龙卷风荷载特性研究

针对高速列车在龙卷风等局地强风作用下的运营安全,开展了高架桥上高速列车在模拟龙卷风作用下气动力识别刚体模型测压实验,研究了不同龙卷风中心作用下列车气动力的空间分布特征,评价了风屏障对列车气动力的影响。结果表明:相比混凝土栏杆,风屏障将减小龙卷风作用下列车的整体阻力、升力和倾覆力矩系数的最不利值,但会增加整体俯仰和横摆力矩系数最不利值。采用风屏障将改变“气流?车?桥”间的相互作用机制,从而改变列车整体风力系数最不利值发生的龙卷风中心位置。风屏障高度对列车整体风力系数各分量的影响规律不相同。     

蝶形防风网的体型系数和角度风分配系数

针对蝶形防风网的风荷载采用天平测力风洞试验方法进行研究,获得不同风向角两种密实度防风网的气动力系数,分析单体和有周围防风网干扰下气动力系数的差异,并将气动力系数与各国规范及文献结果进行对比,最后给出了蝶形防风网的体型系数和角度风分配系数的建议值。研究表明：蝶形防风网气动力系数的雷诺数效应不显著;对于70%密实度的防风网,单体情况下正面风吹的体型系数大于背面风吹,而有周围防风网干扰情况下规律则相反,其原因为有周围防风网干扰情况下背面风吹的兜风效应更显著;防风网体型系数的试验值与AS/NZS规范非常接近;60%和70%密实度防风网体型系数的建议值分别为1.06和1.10,垂直网面的角度风分配系数建议采用风向角的余弦值。     

4分裂导线风洞试验中跨度折减法的适用性研究

跨度折减法通过系数γ缩小导线的跨度,在输电塔线系统风洞试验中应用广泛,但其对4分裂导线的适用性尚未澄清.基于4分裂导线气弹模型风洞试验,对比研究了不同跨度折减系数的两模型与正常缩尺模型的气动力和功率谱特性,并进一步探讨了湍流度和风向的影响.结果表明:导线风振响应中含有高阶振型,且气动力的平均值和脉动值随风速的增加均呈现...