不同线路类型对车辆横风荷载及行车安全性的影响研究

摘要

随着高速铁路的迅速发展，铁路成为主要的出行方式之一，这对高速铁路的安全性和平稳性也提出了更高的要求。高速列车由于其速度高，当受到横风作用时大大影响其行车安全性。本文结合平地、高路堤、深路堑、简支梁桥以及大跨度桥梁五种典型的列车运行环境对列车运行时所受横风荷载的影响情况进行研究，并分析各类环境下横风荷载对列车行车稳定性的影响。本文的创新点在于区别于传统研究方法，建立了三维模型进行研究分析，分别考虑了高速列车头车、中间车和尾车。这区别于传统二维模型，将列车模型统一使用同一种车型进行简化。
　　首先，为了达到既可以得到头车、中间车和尾车的荷载差异情况又能控制网格数量并提高计算效率的目的，确定选用3编组的CRH3三维数值模型。将列车的头车、尾车的形状因素加入考虑范围，可以使结果更加精确。并进行了区域无关性和网格无关性验证，确保数值模型的可靠性。
　　其次，针对列车在乎地、高路堤、深路堑、简支梁桥以及大跨度桥梁等五种环境，进行了5种不同风速（15m/s、20m/s、25m/s、30m/s、40m/s）等级下的数值分析，确定了不同线路类型下列车所受风荷载的变化情况以及同种环境下风荷载随风速大小的变化情况。
　　最后，结合计算所得各个运行环境和风速下的横风荷载，采用风-车-桥（线）耦合振动分析软件BANSYS(Bridge Analysis SYStem)进行列车行车稳定性的计算分析。列车采用8编组列车:2×（动车+拖车+拖车+动车），各节车的静风力通过静力三分力系数输入BANSYS软件，在本次计算中头车和尾车的静风力不同于中间车。基于上述所说讨论了线路类型等因素对横向加速度、竖向加速度、轮轴横向力、轮重减载率以及脱轨系数等的影响，对列车的安全性和平稳性做出准确评定，最后针对各类行车环境给出封闭风速标准和限制车速标准。
　　研究结果表明:在不同运行环境下，列车各节车体因横风作用所受到阻力和升力并不相同，且随风速的变化趋势也存在一定的差异。同时为了保证列车的运行稳定和安全，在不同线路环境和风速环境下，应该满足相应的车速限制。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究概况

1．2．1 平地受横风荷载的影响研究

1．2．2 高路堤受横风荷载的影响研究

1．2．3 深路堑受横风荷载的影响研究

1．2．4 桥梁受横风荷载的影响研究

1．3 本文研究目的和方法

1．3．1 研究目的

1．3．2 研究方法

1．3．3 章节规划

第2章 数值仿真模型及无关性验证

2．1 数值仿真模型

2．1．1 列车模型的选取

2．1．2 分析方法与计算区域

2．1．3 模型网格的划分

2．2 求解参数控制

2．3 区域无关性和网格无关性验证

2．4 本章小结

第3章 不同线路类型对列车横风荷载的影响

3．1 高路堤上列车横风荷载

3．1．1 高路堤与列车数值仿真模型

3．1．2 风速对高路堤上列车风荷载影响

3．2 深路堑上列车横风荷载

3．2．1 深路堑与列车数值仿真模型

3．2．2 风速对深路堑上列车风荷载影响

3．3 平地路基上列车横风荷载

3．3．1 平地路基与列车数值仿真模型

3．3．2 风速对平地路基上列车风荷载影响

3．4 简支梁桥上列车横风荷载

3．4．1 简支粱桥与列车数值仿真模型

3．4．2 风速对简支梁桥上列车风荷载影响

3．5 大跨度桥梁上列车横风荷载

3．5．1 大跨度桥梁与列车数值仿真模型

3．5．2 风速对大跨度桥梁上列车风荷载影响

3．6 本章小结

第4章 不同线路类型上列车行车安全性研究

4．1 风-车-桥(线)耦合振动分析方法

4．1．1 列车风荷载取值

4．1．2 轨道不平顺

4．1．3 车辆评价指标

4．2 不同线路类型上列车行车安全性研究

4．2．1 列车在高路堤上运行

4．2．2 列车在深路堑上运行

4．2．3 列车在平地路基上运行

4．2．4 列车在简支梁桥上运行

4．2．5 列车在大跨度桥梁上运行

4．3 本章小结

结论与展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文