平列式公铁两用独塔斜拉桥风致响应及桥上列车倾覆稳定研究

发布时间：2017-09-10 01:37

  本文关键词：平列式公铁两用独塔斜拉桥风致响应及桥上列车倾覆稳定研究

  更多相关文章： 风场模拟 抖振时域分析 交通流 气动力系数

【摘要】：随着越来越多桥梁因风致振动而产生破坏,风对桥梁结构的影响越来越受到人们的重视,而如今大跨度公铁两用桥的应用日趋广泛加之桥上列车运行速度的不断提高,桥上列车在侧风作用下的安全问题也愈加被重视。因此,对桥梁风致振动性能以及桥上列车倾覆稳定的研究具有一定的现实意义。本论文是以某平列式公铁两用斜拉桥为工程背景,通过风洞试验和CFD数值模拟等方法研究了桥梁系统的气动力影响因素,基于有限元计算软件分析了平列式公铁两用斜拉桥的风致响应性能并讨论了桥上列车的倾覆稳定性。主要工作如下：1、结合自然风的特性及桥址风场特点,将桥梁三维脉动风场进行合理简化,对主梁以及各桥墩、桥塔进行了脉动风场的模拟,并分别对主梁及部分墩塔进行了功率谱、紊流度以及相关性等检验工作,由检验的结果可得出此桥风场模拟的结果较好。2、用有限元软件ANSYS建立了跨东平水道桥的成桥有限元模型,分析计算了该桥成桥状态下的静风和抖振响应,响应结果良好。3、研究了不同交通流状况下桥梁系统气动力的变化情况,首先通过风洞试验的方法测量了不同交通流时的气动力,结果发现当桥上仅行驶轿车时,桥梁系统的气动阻力不会随着交通流的增加而增加,然后通过CFD数值模拟的方法对相同的工况进行了模拟,计算得出了相似的结论,可以设想轿车交通流的存在会改善桥梁的气动外形,减小系统的风阻。4、通过CFD数值模拟的方法研究了风攻角以及铁路风屏障对桥梁和桥上列车气动力的影响。5、研究强侧风下列车倾覆稳定问题,计算临界倾覆风速,说明了风屏障的设置对列车行驶安全方面有利。
【关键词】：风场模拟 抖振时域分析 交通流 气动力系数
【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】：U441.3;U448.27
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-20
• 1.1 引言11
• 1.2 列车倾覆研究现状11-12
• 1.3 桥梁抖振研究简介12-13
• 1.3.1 抖振频域分析13
• 1.3.2 抖振时域分析13
• 1.4 CFD数值模拟基本理论13-17
• 1.4.1 基本控制方程14-16
• 1.4.2 湍流模拟方法16-17
• 1.5 本文研究工程背景17-18
• 1.6 本文主要研究内容18-20
• 第二章 平列式斜拉桥风场简化模拟20-30
• 2.1 引言20
• 2.2 风场简化20-21
• 2.3 风场模拟方法21-23
• 2.4 风场模拟23-28
• 2.4.1 相关参数23-24
• 2.4.2 主梁风场模拟24-28
• 2.4.3 主塔风场模拟28
• 2.5 本章小结28-30
• 第三章 桥梁抖振响应分析30-47
• 3.1 引言30
• 3.2 ANSYS有限元模型建立30-31
• 3.3 成桥状态动力特性31-33
• 3.4 三分力系数33-39
• 3.4.1 风洞试验三分力系数33-36
• 3.4.2 三分力系数拟合36-39
• 3.5 风荷载的施加39-41
• 3.5.1 静风荷载39
• 3.5.2 抖振力荷载39-41
• 3.6 成桥状态线性时域分析41-46
• 3.6.1 抖振位移计算结果41-43
• 3.6.2 抖振内力计算结果43-44
• 3.6.3 抖振加速度计算结果44-45
• 3.6.4 结果分析45-46
• 3.7 本章小结46-47
• 第四章 不同交通流状态下桥梁系统气动力的研究47-58
• 4.1 引言47
• 4.2 风洞试验研究47-53
• 4.2.1 试验模型的建立47-48
• 4.2.2 不同交通流的模拟和试验工况48-49
• 4.2.3 试验结果及分析49-52
• 4.2.4 单侧交通流工况分析52-53
• 4.3 CFD数值模拟研究53-57
• 4.3.1 计算模型的建立53-55
• 4.3.2 计算结果及分析55-57
• 4.4 本章小结57-58
• 第五章 列车—桥梁系统气动力的研究58-75
• 5.1 引言58
• 5.2 计算模型58-60
• 5.2.1 研究对象的模型简化58-59
• 5.2.2 计算域和网格划分59-60
• 5.2.3 FLUENT中参数选取60
• 5.2.4 气动力系数计算60
• 5.3 风攻角对列车—桥系统气动性能的影响60-68
• 5.3.1 迎风侧有车时车桥系统气动力计算结果60-63
• 5.3.2 背风侧有车时车桥系统气动力计算结果63-65
• 5.3.3 两侧有车时车桥系统气动力计算结果65-68
• 5.4 风屏障对列车—桥系统气动性能的影响68-74
• 5.4.1 迎风侧有车时车桥系统气动力计算结果68-70
• 5.4.2 背风侧有车时车桥系统气动力计算结果70-72
• 5.4.3 两侧有车时车桥系统气动力计算结果72-74
• 5.5 本章小结74-75
• 第六章 强侧风作用下列车倾覆稳定性评估75-80
• 6.1 引言75
• 6.2 列车倾覆情况分类75
• 6.3 倾覆稳定性评价指标75-76
• 6.4 列车倾覆稳定评估76-79
• 6.4.1 计算模型的建立76-77
• 6.4.2 临界风速计算77-79
• 6.5 本章小结79-80
• 结论与展望80-82
• 致谢82-83
• 参考文献83-86
• 攻读硕士学位期间参与的科研项目86

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本文编号：823982