桥塔及风屏障对桥面风环境和行车安全性的影响研究

发布时间：2017-10-19 21:17

  本文关键词：桥塔及风屏障对桥面风环境和行车安全性的影响研究

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【摘要】：桥塔会对其附近桥面上方风环境产生较复杂的影响,列车通过该区域时受到的风荷载会发生突变。为此本文以大跨度钢箱梁悬索桥为例,研究了横风作用和斜风作用下桥塔对桥面风环境的影响,在桥塔附近设置渐变式风屏障,探讨风屏障对桥塔区域风环境的影响。在此基础上,通过风一车—桥耦合振动计算,分析桥塔和风屏障对行车安全性的影响。本文主要工作如下：1)利用计算流体动力学(CFD)方法,建立裸塔和塔梁两种模型,采用数值模拟的方法研究横风作用下桥塔区域桥面风环境,对比两种模型桥面风环境差异,分析桥塔的影响范围。在塔梁模型的基础上,设置不同形式的风屏障,考察了横风作用下不同形式风屏障的气动影响。研究了横向垂直风作用下和斜风作用下桥塔对桥面区域风环境的影响范围。2)利用科研分析软件BANSYS,分别对不考虑桥塔影响、考虑桥塔遮风影响以及考虑风屏障的影响等各工况进行风—车—桥耦合振动计算,探讨各工况下车辆的横向加速度、竖向加速度、脱轨系数和轮重减载率等响应的变化情况。桥塔区域桥面风环境研究表明：横风作用下,桥塔附近桥面风速出现折减,随距桥塔中心距离增加,折减效果减小,单侧的影响范围为桥塔宽度的2倍左右。改变来流风速,桥面上方风场分布变化不大。风屏障能有效的改善距桥面5m以下高度范围内的风环境。不同透风率的风屏障对桥面风剖面的影响规律基本相同。斜风作用下,桥塔对桥面遮风范围和横风时桥塔遮风范围基本相同,但遮风位置发生了改变。有限元风—车—桥耦合振动计算表明：因迎风侧车辆的升力系数Cv其值较小,桥塔遮风效应对车辆竖向加速度影响很小。桥塔和风屏障主要影响车辆过桥时的横向相关响应,但对不同车辆横向加速度的影响效果相近。桥塔和风屏障遮风效应对迎风侧车辆的横向加速度、脱轨系数和轮重减载率的影响比对背风侧车辆的影响要大—些。
【关键词】：桥塔遮风效应 风屏障 桥面风环境 三维数值模拟 风—车—桥系统
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U443.38
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 论文研究背景及意义11-12
• 1.2 国内外研究概况12-15
• 1.2.1 桥塔区域风环境研究12-13
• 1.2.2 风屏障减风效果研究13-14
• 1.2.3 车—桥耦合振动研究14-15
• 1.3 论文研究方法和内容15-16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 工程背景及计算模型17-24
• 2.1 工程背景简介17
• 2.2 模型建立17-23
• 2.2.1 前处理18-20
• 2.2.2 求解控制20-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第3章 桥塔及风屏障对桥塔区桥面风环境的影响24-40
• 3.1 横风作用下桥塔对桥塔区域桥面风环境的影响24-30
• 3.1.1 计算工况24-25
• 3.1.2 各工况结果分析25-30
• 3.2 横风作用下风屏障对桥塔区域桥面风环境影响30-34
• 3.2.1 计算模型及工况30-31
• 3.2.2 不同透风率风屏障的影响分析31-34
• 3.2.3 不同高度风屏障的影响分析34
• 3.3 斜风作用下桥塔区域桥面风环境研究34-38
• 3.3.1 计算模型及工况34-35
• 3.3.2 结果分析35-38
• 3.4 本章小结38-40
• 第4章 桥塔处风荷载突变效应对行车安全性的影响40-53
• 4.1 风-车-桥系统耦合振动分析方法40-41
• 4.2 计算工况41-42
• 4.3 桥塔遮风对行车安全性的影响42-47
• 4.4 桥塔局部风屏障对行车安全性的影响47-51
• 4.5 本章小结51-53
• 结论与展望53-55
• 致谢55-56
• 参考文献56-60
• 攻读硕士学位期间参与的项目及发表的论文60

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本文编号：1063362