高速列車氣動力作用下跨線鐵路斜拉橋及橋上軌道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)

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1、第３５卷，第５期中國鐵道科學(xué)Ｖｏｌ．３５Ｎｏ．５２０１４年９月ＣＨＩＮＡＲＡＩＬＷＡＹＳＣＩＥＮＣＥＳｅｐｔｅｍｂｅｒ，２０１４文章編號：１００１－４６３２（２０１４）０５－００２４－０６高速列車氣動力作用下跨線鐵路斜拉橋及橋上軌道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)閆斌１，陳玥２，戴公連１（１．中南大學(xué)土木工程學(xué)院，湖南長沙４１００７５；２．湖北省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院，湖北武漢４３００５１）摘要：將列車高速運(yùn)行產(chǎn)生的空間流場視為黏性、可壓縮的非定常流，采用滑移網(wǎng)格法建立高速列車和跨線預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋流場模型，分析列車分別以３

2、５０和５００ｋｍ·ｈ－１速度從距離軌面高７．２５ｍ的預(yù)應(yīng)力混凝土斜拉橋下穿過時(shí)該跨線橋受到的氣動力影響?；诮⒌暮蠑n階段斜拉橋、運(yùn)營階段斜拉橋—軌道系統(tǒng)的空間分析模型，分析高速列車氣動力引起的跨線斜拉橋及橋上無縫線路的動力響應(yīng)。研究表明，高速列車尾流對斜拉橋的氣動力作用大于列車頭，列車正上方梁體所受氣動力最大；列車氣動效應(yīng)對合攏階段斜拉橋位移影響極?。豢紤]軌道結(jié)構(gòu)后，斜拉橋橫向位移和扭轉(zhuǎn)略有增大，列車氣動力引起的跨線斜拉橋上鋼軌應(yīng)力和橫向變形最大值分別為０．１８ＭＰａ和０．２８ｍｍ，剪力卡榫及橋塔所

3、受橫向力最大值為１５８ｋＮ。關(guān)鍵詞：跨線斜拉橋；預(yù)應(yīng)力混凝土橋；橋上軌道結(jié)構(gòu)；列車氣動力；動力響應(yīng)中圖分類號：Ｕ４４８．２７：２１３．１２５文獻(xiàn)標(biāo)識碼：Ａｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００１－４６３２．２０１４．０５．０５列車高速運(yùn)行時(shí)，其側(cè)面、底部及尾部附近的空氣也隨之運(yùn)動，形成非穩(wěn)態(tài)、黏性紊流場，對周１工程背景圍構(gòu)筑物產(chǎn)生復(fù)雜的作用力（列車氣動力）。國內(nèi)外學(xué)者已針對列車氣動力對鄰線列車、聲屏障和人該跨線橋位于滬昆客運(yùn)專線長沙段上，為單塔［１－６］體的影響進(jìn)行了廣泛而深入的研究。文獻(xiàn)［７］

4、雙索面半漂浮體系的（３２＋８０＋１１２）ｍ預(yù)應(yīng)力混還介紹了日本東靜岡車站附近一主跨６０ｍ連續(xù)鋼凝土斜拉橋，如圖１所示。斜拉橋１１２ｍ跨跨越武板梁人行橋在列車通過時(shí)的風(fēng)致振動情況。但高速廣客運(yùn)專線，橋梁與武廣線的夾角為２２°。武廣客列車氣動效應(yīng)下跨線斜拉橋的動力響應(yīng)尚不明確。運(yùn)專線軌面至斜拉橋橋底距離為１５．５ｍ。斜拉橋［８－９］相關(guān)規(guī)范雖列舉了列車氣動壓力的近似算法，左側(cè)為４０～３２ｍ簡支Ｔ梁，右側(cè)為１７～３２ｍ簡但其僅適用于列車時(shí)速３５０ｋｍ·ｈ－１以下、且列車支Ｔ梁，橋上鋪設(shè)單線有砟軌道，二期恒載

5、６７．９運(yùn)行方向與跨線構(gòu)筑物正交的情況。－１。為減小對斜拉橋下既有高鐵線路的影ｋＮ·ｍ為研究高速列車下穿對斜交跨線鐵路斜拉橋及其上軌道結(jié)構(gòu)的影響，本文基于大型計(jì)算流體力學(xué)軟件Ｆｌｕｅｎｔ，建立高速列車和跨線斜拉橋流場模型，獲得不同列車時(shí)速下斜拉橋所受氣動力時(shí)程曲線，將該氣動力時(shí)程施加至斜拉橋梁體，分析合攏階段跨線斜拉橋的動力響應(yīng)。在此基礎(chǔ)上，建立考慮斜拉橋—軌道相互作用的系統(tǒng)模型，進(jìn)一步研究列車氣動效應(yīng)對跨線斜拉橋上軌道結(jié)構(gòu)的影響。圖１跨線斜拉橋立面布置圖收稿日期：２０１３－０９－１３；修訂日期：２０

6、１４－０７－２３基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（５１３７８５０３）；中國博士后科學(xué)基金資助項(xiàng)目（２０１４Ｍ５５２１５８）作者簡介：閆斌（１９８４—），男，河南鄭州人，講師，在站博士后。第５期高速列車氣動力作用下跨線鐵路斜拉橋及橋上軌道結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)２５響，跨線斜拉橋拉橋采用轉(zhuǎn)體施工，主梁采用槽型著列車速度的提高，梁體所受到的氣動力增強(qiáng)。截面。橋塔和主梁采用剛性連接，各橋墩上設(shè)置活動支座，在梁體中心設(shè)置剪力卡榫，如圖２所示。圖２斜拉橋支座布置方式示意圖列車速度除按武廣客運(yùn)專線最高運(yùn)營時(shí)速３５０－１計(jì)

7、算外，還考慮未來列車提速的可能，在ｋｍ·ｈ計(jì)算時(shí)將列車時(shí)速提至５００ｋｍ·ｈ－１，以分析超高速列車對橋梁產(chǎn)生的氣動力作用。２高速列車—斜拉橋流場及氣動力分析在分析高速列車對跨線梁體產(chǎn)生的氣動力時(shí)，將空氣視為黏性、可壓縮的非定常流，采用兩方程［１０］湍流模型，選擇分離求解器。考慮到高速列車中部截面相差不大，其氣動效應(yīng)變化也較為穩(wěn)定，為減少計(jì)算量，僅采用車頭（２５．２５ｍ）—中間車圖３高速列車在跨線橋梁上引起的氣動力時(shí)程曲線（２５ｍ）—尾車（２５．２５ｍ）構(gòu)成的ＣＲＨ３型列車［１１］模型，且計(jì)算時(shí)按偏不利

8、情況取武廣客運(yùn)專線３列車氣動力作用下合攏階段跨線斜軌面至斜拉橋橋底的距離為７．２５ｍ。拉橋動力響應(yīng)基于滑移網(wǎng)格法分別建立列車計(jì)算域和將斜拉橋作為剛體考慮的整體計(jì)算域。邊界條件：列車表３．１跨線斜拉橋動力分析模型面設(shè)為滑移壁面，滑移速度為列車運(yùn)行速度，其余在建立跨線斜拉橋動力模型時(shí)，不計(jì)垂向重力［１２］表面均為無滑移壁面。加速度（但考慮其質(zhì)量），采用空間梁單元模擬斜沿順橋向?qū)⑿崩瓨蛄后w劃分為３１個(gè)區(qū)域，每拉橋主梁，用桿單元模擬斜拉索。為考慮氣動力引區(qū)平均長