高铁与城际铁路地面站站台门风压研究

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高铁抗风稳定性分析与设计研究

高铁抗风稳定性分析与设计研究

高铁抗风稳定性分析与设计研究近年来,高铁在我国的发展如火如荼。

作为一种高速交通工具,高铁给人们的出行带来了便捷和舒适,但高铁在运行过程中也面临着挑战,其中之一就是抗风稳定性问题。

在这篇文章中,我们将对高铁的抗风稳定性进行分析与设计研究。

高铁经过数十年的发展,已经具备了相当成熟的技术水平。

然而,由于高铁运行速度较快,面对高铁列车运行时的巨大风阻力,需要高铁具备一定的抗风能力,以确保列车在高速状态下的稳定性和安全性。

首先,我们来分析高铁遭遇风力时的动力学特性。

高铁列车具备一定的抗风能力是基于其流线型外形和结构的设计。

高铁列车的车身采用流线型设计,可以减少风阻,提高抗风能力。

此外,高铁车头部分的形状设计为圆滑曲线,进一步减少了风阻力。

车辆的底部也经过优化设计,使得空气能够流畅通过,在高速运行时不会产生过大的风力影响。

其次,高铁的轨道系统也对抗风稳定性起到了关键作用。

高铁的轨道系统由车辆运行所需的轨道、道床和轨道支承系统构成。

这些组成部分通过工艺和材料的优化设计,以及合理的轨道几何形状等因素,能够提供一定的抗风作用。

要进一步提高高铁的抗风稳定性,还需考虑高铁车辆自身的减振和安全措施。

高铁列车通常装备有专业的减振系统,可以有效降低车辆在运行过程中受到的风力震动。

同时,高铁车辆内部的安全设施如安全带和坐椅等也起到了保护乘客的作用。

除了高铁车辆自身的设计,高铁抗风稳定性也需要考虑路线的选择和环境的因素。

例如,在高速列车设计中,通常会避开风力较大的区域,或者采取措施来减少风力对列车的影响。

此外,在高铁线路的设计和建设中,也需要充分考虑周边环境,确保高铁线路的稳定性和安全性。

总之,高铁的抗风稳定性是确保高速列车运行安全和舒适的关键因素之一。

通过对高铁列车本身的设计和优化,以及对路线和环境因素的考虑,可以进一步提高高铁的抗风能力。

然而,随着科技的不断进步和高铁的发展,我们仍需不断进行研究与设计,以提升高铁的抗风稳定性,从而为乘客提供更加安全和舒适的出行体验。

高速铁路桥梁风障设置对列车及主梁气动性能影响研究的开题报告

高速铁路桥梁风障设置对列车及主梁气动性能影响研究的开题报告

高速铁路桥梁风障设置对列车及主梁气动性能影响研究的开题报告一、研究背景及意义随着高速铁路的建设不断推进,桥梁是铁路线路中不可或缺的组成部分之一,它是系统中的重要节点,对整个系统的正常运行和安全稳定起着至关重要的作用。

然而,桥梁在高速列车高速行驶过程中也面临着许多问题,包括风险、风阻、气动性能等等。

针对高速铁路桥梁风阻问题,目前的有效方法之一是通过设置风障来减小风阻,降低风险。

但是,风障设置对于列车和主梁气动性能有着一定的影响,这些影响需要进行深入研究,以保证高速铁路线路的安全、稳定和高效运行。

因此,本研究将对高速铁路桥梁风障设置对列车和主梁气动性能的影响进行探究,以期为铁路系统的优化设计提供参考意见,并为高速铁路的安全、舒适和高效运行提供指导。

二、研究内容与方法本研究将从以下两个方面展开:1. 高速铁路桥梁风障设置对列车气动性能的影响本部分将以ANSYS Fluent数值模拟软件为工具,建立高速列车和桥梁风障的三维数值模型,通过模拟高速列车在风障下的空气动力学效应,分析风障对列车气动性能的影响。

研究参数包括列车速度、风障高度和宽度、风障的位置等。

通过对气动性能的实验研究,确定高速列车和桥梁风障间的最佳距离、最佳高度。

2. 高速铁路桥梁风障设置对主梁气动性能的影响本部分将对桥梁主梁进行数值模拟,计算风障对主梁的气动力效应,分析风障在不同位置、高度和宽度时对主梁气动性能的影响。

研究参数包括风障高度和宽度、位置和风速等。

通过实验研究,确定风障设置对主梁气动性能的最佳方案。

三、预期研究结果及意义通过对高速铁路桥梁风障设置对列车和主梁气动性能的分析研究,可以找到适合高速列车运行的最佳风障设置方案,从而提升高速铁路的行车安全性、稳定性和可靠性。

同时,本研究的结果也有望为高速铁路桥梁风障的实际应用提供具体的技术支持和技术指导,为工程实践提供重要的参考依据。

综上所述,本研究拟以数值模拟为主要手段,针对高速铁路桥梁风障设置对列车和主梁气动性能的影响进行深入探究,其结果对当今我国高速铁路建设和发展具有重要的现实和科学意义。

列车高速过站风压对站台门结构特性的影响

列车高速过站风压对站台门结构特性的影响

列车高速过站风压对站台门结构特性的影响王志飞(中国铁道科学研究院集团有限公司电子计算技术研究所,北京100081)来稿日期:2020-02-02基金项目:国铁集团科技研究开发计划课题(J2019X005);铁科院集团公司院基金(1851DZ0602);中国铁路网络有限公司科研项目(DZYF19-13)作者简介:王志飞,(1981-),男,内蒙古东胜人,博士研究生,副研究员,主要研究方向:从事系统工程技术研究1引言有限元仿真软件能实现多学科的机械、液压、气动、热、电磁等领域的仿真分析计算。

目前,用有限元法分析工程问题的难度并不在于方法本身,而在于如何根据所分析问题的特点,合理选择计算模型和参数,并对计算结果进行判断分析[1-5]。

站台门系统是我国轨道交通行车安全保障的重要设备之一,站台门的结构强度受到多种因素影响,尤其是长期在列车高速通过车站的应用,设备结构强度涉及行车安全,且一般难以在运行线路上进行结构变形的长期监测,加上外界因素的不确定,存在一定的安全隐患。

近年来,国内外学者在站台门结构有限元分析方面进行了大量的研究[6-7],普遍采用试验室进行模拟气动载荷值进行测试来验证有限元结果的可靠性。

相对线路试验,由于模拟气动载荷值进行测试,结果的可靠性有待于进一步证实。

根据站台门受列车高速通过时风载荷大的特点,针对国内高铁站台门系统,提出一套适用于站台门的有限元载荷施加方法。

在仿真试验的基础上,进行线路试验验证,通过对比试验与仿真数据来证实方法的有效性和和评价站台门结构设计的合理性。

2高铁站台门有限元分析构建站台门3D 结构模型并进行网格划分,采用PATRAN摘要:针对列车高速通过车站时,站台门在列车气动载荷的作用下产生结构变形,且难以在运营线路上进行实时监测的问题。

提出了计算流体力学、有限分析和线路试验相结合的分析方法。

首先,采用计算流体力学仿真求解出列车过站风压;然后,通过模拟过列车过站时的气动载荷,进行站台门结构变形的有限元分析;最终,在站台门结构上表面选择11个测点粘贴应变片,在列车180km 、200km/h 高速运行的线路上进行试验验证。

高铁列车风挡压力测试系统设计及试验研究

高铁列车风挡压力测试系统设计及试验研究

文章 编 号 :1 0 0 1 ~ 6 8 3 X( 2 0 1 5)0 3 — 0 0 5 7 — 0 4
定 ,日本 由过去 的2 0 s 提高:  ̄ J 5 o S ,现在德 国、意大利 等
0 引 言
转 而采用压 力从 3 6 0 0 P a 降至 l 3 5 0 P a 的时 间大于 l 8 s 的
列车车 体结构 、能耗等 均有不 良影响 。为了避免 压力变 气密性方 面的工作 已经起步。 基金项 目:国家 自然科 学基金 资助项 目 ( 5 1 5 0 5 4 1 9 ) ;质检 公益性行业科技专项 ( 2 o 1 4 1 0 1 5 5 ); 浙 江省重 大科技 专项 ( 2 O 1 5 C ; 0 1 1 5 7 )。


由于动 车组风 挡体积 庞大 ,对其精 度要求 不是很
负压压力 调节原理 与正压压力 调节原理 一致 ,测 试
高 ,针对风 挡压力测试 要求 ,以气 动开关 阀和流量计 为 过程 中 ,控 制器 根据真 空容 器6 的压力 大小 自动启 停 真 主要器件 ,结合虚拟 仪器技术设 计 了一个 带有压力 测试 空泵5 。当真空 容器 中气 压高 于设 定 值时 ,启动 真空 泵 系统 的试 验台 ,实现 了对风挡 正负压 、保压 及泄漏 面积 5 ;压力低于设定值时 ,关 闭真空泵5 。
化 幅度过 大 ] ,影 响舒 适性 。因此 ,车体 气密性 测试 环
节至关重要 。
国外对车体气 密性采 用试验 的方法进行评 定 ,对 于
中图分 类号 :U 2 7 0 . 1 文献标 识 码 :A
运行 速度较快及 舒适性要 求较高 的列车 ,欧洲 曾采用 车
内气压 由4 0 0 0 P a 降至l 0 0 0 P a 所 需 的时间大 于5 0 s 来评

210966764_城际铁路列车通过地下站站台门时的风致效应仿真与试验研究

210966764_城际铁路列车通过地下站站台门时的风致效应仿真与试验研究

技术装备第一作者:周梅,女,高级工程师城际铁路列车通过地下站站台门时的风致效应仿真与试验研究周 梅1,毛 良2(1. 广东省铁路建设投资集团有限公司,广东广州 510645;2. 广东珠三角城际轨道交通有限公司,广东广州 510335)1 引言站台门系统作为保障旅客安全出行的关键设施,广泛应用于国内多条城际铁路中,在城际铁路的安全运营中发挥着至关重要的作用,而站台门自身结构的安全性也受到业界的广泛关注。

为规范和指引行业发展,国家铁路局已于2020年12月正式颁布行业标准TB/T 3559-2020 《城际铁路站台门系统》,该标准对城际铁路站台门机械性能做出明确规定:门体结构最大载荷下的弹性变摘 要:针对城际铁路列车高速通过地下车站时,站台门在列车气动载荷的作用下产生结构变形,且难以在运营线路上进行实时监测的问题,文章提出一种将计算流体力学、有限元分析和线路试验相结合的分析方法。

该方法采用流体力学仿真技术计算出城际铁路列车过站风压,并通过模拟列车过站时的气动载荷,对站台门结构变形开展有限元分析,最后在具备列车160 km/h 高速过站工况的线路上进行试验验证。

将试验与仿真数据进行对比可得,有限元分析和线路试验两者得出的应力变化趋势基本一致,且最大的标准差不超过 0.43,从而验证城际铁路地下站站台门有限元模型加载方法的可行性,为进一步研究站台门在城际铁路以及高速铁路中的应用提供依据。

关键词:城际铁路列车;站台门;气动载荷;有限元分析;建模仿真;线路试验中图分类号:U231形量不应大于20 mm 。

作为典型的机电一体化设备,站台门系统由机械结构和电气系统共同构成,其机械结构的强度会受到多种因素影响,其中最重要的当属列车风致效应。

由于列车长期高速通过站台,导致站台门的结构强度会逐渐减弱,当站台门结构强度减弱到一定程度时会对系统安全造成严重影响,但受限于目前的行业发展水平,尚无法在运行过程中对站台门结构形变进行长期监测,再加之诸多不确定的外界因素,如何确定站台门结构性能和安全性已是目前亟待解决的问题。

城际铁路正线站台门设置标准研究

城际铁路正线站台门设置标准研究

2020年12月第12期(总267)铁道工程学报JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETYDec2020NO.12(Ser.267)文章编号:1006-2106(2020)12-0021-05城际铁路正线站台门设置标准研究孙海富巒(中国铁路设计集团有限公司,天津300308)摘要:研究目的:《城际铁路设计规范》没有规定正线站台门的设置标准,各项目设计时采用的标准也不统一。

本文对国内城际铁路车站正线站台门的设置标准进行了调研,结合仿真计算和研究分析,提出了城际铁路正线站台门的设置标准,对于完善城际铁路设计标准,指导城际铁路设计有借鉴意义。

研究结论:(1)正线站台门至站台边缘的距离需要考虑空间环境、列车通过速度、站台门强度等因素;(2)地面站、高架站宜设置半高站台门,站台门高度宜为1.5m,站台门强度为±1.5kPa,正线站台门宜设置在距站台边缘1.2m处;(3)地下站宜设置全高站台门,站台门高度宜为3.0m,站台门强度为士3.0kPa,当列车以160km/h及以下速度通过地下车站时,正线站台门可设置在距站台边缘0.1m处;当列车以200km/h速度通过地下车站时,正线站台门可设置在距站台边缘0.2m处;当列车以250km/h速度通过地下车站时,正线站台门可设置在距站台边缘0.6m处;(4)本文对城际铁路设计具有借鉴意义和指导作用。

关键词:城际铁路;正线站台门;设置标准中图分类号:U212.31文献标识码:AResearch on the Setting Standard of Platform Door for Main Line of Intercity RailwaySUN Haifu(China Railway Design Corporation,Tianjin300308,China)Abstract:Research purposes:There is no setting standard for platform doors in Code for Design of Intercity Railway, and the standards adopted in the design of each project are not uniform.In this paper,the setting standard of the main line platform door of the intercity railway in China is investigated,combined with the simulation calculation and research analysis,the setting standard of the main line platform door of the intercity railway is proposed,which has a reference significance for improving the design standard of the intercity railway and guiding the design of intercity railway. Research conclusions:(1)The distance from the platfonn door of the main line to the edge of the platform needs to consider the space environment,train passing speed,platform door strength and other factors.(2)The ground station and elevated station should be equipped with half height platform doors,which should be1.5m high and±1.5kPa strong. The main line platform door should be set 1.2m away from the platform edge.(3)The underground station should be equipped with full height platform doors,which should be3.0m high and±3.0kPa strong.When the train passes through the underground station at the speed of160km/h or below,the platform door of the main line can be set at0.1m of the platform edge;when the train passes through the underground station at the speed of200km/h,the platform door of the main line can be set at0.2m of the platform edge;when the train passes through the underground station at the speed of250km/h,the platform door of the main line can be set at0.6m of the platform edge.(4)This paper has a*收稿日期:2020-09-30**作者简介:孙海富,1971年出生,男,教授级高级工程师。

高速铁路和城际铁路车站站台门设置必要性研究

高速铁路和城际铁路车站站台门设置必要性研究
2.3 提 高乘 客舒适 度
地铁 列车进地下 出站 时 ,站 台门的设置可以阻挡列车 运 行 引起 的活塞风 、灰 尘和噪声 ,减轻对候车乘客产生影响。
表 1不同列车速度不同ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ置处风 压值
3高铁设置站 台门的影 响因素 分析
根据 表 1可知 ,当列车高速通过站台时 ,距离站台边缘 越
3.1 站 台候 车 模式 我国高速铁路和城际铁路行 车密度大 、停站时间短 ,大部
地下车站设置封闭式站 台门后 ,车站空间与列车运行空 间完全隔离 ,避 免了大量空调冷气进入隧道 ,减少了列车刹车 时所散发出 的热量进入候车区 。这样既减少了冷量消耗,达到
市政·交通 ·水利工程设计 l MM ·n咖 · 疵, … n n 1
空调节能 的 目的 ,同时 又减 少了空调设备容量 ,相应地减少了 空调机房土建面积与投资 。
车模式、列车过站速度 、站 台位置 、车站类型,说明 采用站 台候车模 式、列车 高速 过站 且站 台临 靠正线 、列车 高速 过站 的地 下车站的情况下有必要在车站站 台上设置站 台门。 【Abstract】This paper researches the necessity ofsetting platform screen doors in high speed railway stations.It is considered that
underground statiOnwithhigh speedtrainpassing.
【关 键 词 】高速铁路;站 台门:高速过站;地下车站
【Keywords】high speed railway;platform screendoors;passingthroughthe stationathigh speed;undergroundstation

高铁列车抗风性能研究与优化

高铁列车抗风性能研究与优化

高铁列车抗风性能研究与优化摘要:高铁列车是现代交通运输的重要组成部分,其受风影响的性能是保证其安全运行的重要因素之一。

为了提高高铁列车的抗风性能,本文对高铁列车受风机理进行了深入研究,提出了相应的优化方案。

首先,本文介绍了高铁列车受风机理的基本知识,包括风对列车的作用、风对列车速度的影响等。

然后,本文详细分析了高铁列车受风的影响因素,包括列车自身结构、风速、风向等因素。

最后,本文提出了一些优化方案,包括减小风阻、提高列车稳定性等,以提高高铁列车的抗风性能。

关键词:高铁列车;风;抗风性能;优化引言高铁列车作为一种高速、高效的交通工具,其运行速度通常在300km/h以上。

在这样高的速度下,高铁列车受风的影响尤为显著,风对列车的影响不仅会影响列车的稳定性,还可能导致列车出轨等严重事故。

因此,研究高铁列车的抗风性能是非常重要的。

一、高铁列车受风机理研究1.1 风对列车的作用高铁列车受风的主要作用是风对列车施加的风力,风力的大小和方向都会影响列车的运行。

当风向与列车运行方向一致时,列车所受的风力将会增大,使列车的速度降低;相反,当风向与列车运行方向相反时,列车所受的风力将会减小,使列车的速度增加。

因此,风对列车的速度有着重要的影响。

1.2 风对列车速度的影响风对列车速度的影响主要包括两个方面:风对列车的阻力和风对列车的稳定性。

风对列车的阻力会使列车更难前进,影响列车的速度;而如果列车无法很好地抵抗风的影响,可能导致列车的不稳定,甚至出现侧翻等危险情况。

二、高铁列车受风影响因素分析2.1 列车自身结构列车的结构对其受风影响有着重要的影响。

列车的外形设计、车体材料等都会影响列车的风阻系数和稳定性。

因此,设计合理的列车结构对提高列车的抗风性能至关重要。

2.2 风速风速是决定列车受风影响程度的关键因素。

风速越大,列车所受的风力就越大,对列车的影响也就越明显。

因此,要根据不同的风速情况来设计列车的抗风性能。

2.3 风向风向是另一个重要的影响因素。

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高铁与城际铁路地面站站台门风压研究摘要:确定站台门风压大小是开展站台门系统方案设计的首要任务,目前现有规范对高铁与城际铁路站台门的安装位置、风压均没有明确统一的规定。

本文通过分析自然风风速、借助风洞实验室搭建模型、结合仿真软件模拟计算,研究了地面站站台门风压与列车过站速度、站台门距站台边缘距离之间的变化规律,提出了不同的过站速度、退台距离工况下站台门的风压大小,为高铁与城际铁路站台门风压提供了设计依据。

关键词:高铁;城际;站台门;风压;研究引言高铁与城际铁路车站多为地面站,为有效保证旅客乘车安全、增强候车体验,一般情况下在站台边缘设置高度不小于1.5m的半高站台门。

站台门运行环境包含列车车型、限界要求、风压、列车过站速度、站台门距离站台边缘位置等,不同的列车过站速度、不同的退台距离和不同的自然风速对作用于站台门表面的风荷载不同。

为了保障站台门的安全运行,设计阶段需针对站台门的风压进行深入研究,为站台门的详细设计提供参考依据。

1 不同风速条件下风压大小研究风压是垂直于气流方向的平面所受到的风的压力,根据伯努利方程得出风压关系,风的动压为:W p=0.5ρv2(1)其中Wp为风压[kN/m2],ρ为空气密度[kg/m3],v为风速[m/s]。

由于空气密度ρ和重度r的关系为:r=ρg(2)由(1)和(2)所得:W p=0.5rv2/g此式为标准风压公式,在标准状态下(气压为1013hPa,温度为15℃),空气重度r=0.01225 kN/m3,纬度为45°处的重力加速度g=9.8m/s2。

因此:W p=v2/1600上式为风速估计风压的通用公式。

空气重度和重力加速度随纬度和海拔高度而变,一般来说,ρ在高原上要比在平原地区小,也就是说同样的风速在相同的温度下,其产生的风压在高原上比在平原地区小。

依据不同风级风速定义计算出对应的风压大小如表1所示:表1 不同风级风速风压对照表(结构设计参考)2 风洞试验计算站台门环境风载荷为了验证站台门理论最大自然风载荷与实际工况环境下的站台门承受最大自然风载荷的差异。

站台门刚性模型测力风洞试验在世界上最大的大气边界层风洞——西南交通大学 XNJD-3 大型低速风洞中进行,以此获得站台门结构的真实体型系数,为站台门环境风荷载参数的取值提供依据。

2.1 风洞试验模型搭建1)模型设计原则为保证模型刚度要求以及制作可能的前提下,模型设计尽量满足几何外形相似要求。

2)模型环境选取考虑到雨棚对站台门的干扰作用,在模拟站台门的同时,选取站台门近侧雨棚结构进行模拟,以确保模拟环境的真实性和准确性,如图2所示。

3)模型几何参数考虑到XNJD-3风洞的试验段尺寸、站台门和雨棚的实际结构尺寸,模型几何缩尺比定位C L=1:4。

为保证风在站台门表里流动的准确性,模型长度取10m,则站台门模型沿站台布置约40个门单元,雨棚模型沿站台布置约6跨,安装模型后,风洞空气阻塞度小于5%,符合风洞试验要求。

4)模型制作材料站台门的制作材料采用高强度有机玻璃和ABS塑料,雨棚的制作材料采用轻质木料。

5)试验台的设置为满足测力天平安装需要,在站台门和雨棚模型下设置由木板搭建的试验台,试验台前缘设置过渡段以确保气流流动的平滑性。

图1 安装在风洞中的站台门及雨棚模型2.2 风洞试验工况简介本试验的目的是通过测力试验,获取站台门在不同来流风速、不同来流风向角、不同开闭状态、不同位置条件下的阻力值,以计算各个工况下的阻力系数,最终确定站台门的体型系数。

试验方法参考《建筑工程风洞试验方法标准》(JGJT338-2014)相关要求执行。

试验工况的设计主要从以下4个方面考虑,共12种工况:1)为了反映来流风速的影响,来流风速分别取6.2m/s、7.1m/s、8.5m/s三个不同风速。

2)为了反映浏览风向的影响,来了风向角分别考虑0°和180°的情况,其0°指站台门位于雨棚上风向侧,180°指站台门位于雨棚下风向侧。

3)为了反映站台门开闭状态的影响,站台门开闭状态分别考虑站台门单元全闭合、测点单元相邻侧开4个单元、测点站台单元隔4个站台门单元开2个站台门单元、测点站台门单元左右两侧各开2个站台门单元的情况。

4)为了反映雨棚立柱的影响,分别考虑测点站台门单元正对雨棚立柱和测点站台门单元位于两个雨棚立柱中间位置的情况。

表2 站台门测力试验工况汇总表2.3 风洞试验结果静力系数是描述结构断面在风载荷作用下的无量纲参数,该参数反映了风对结构的定常气动作用,其中,阻力系数根据下式获得:式中:ρ—空气密度,取1.225kg/m3U—来风风速Fx—模型阻力测量值H—模型高度B—模型宽度本试验站台门模型单元的高度H=0.375m,宽度B=0.25m。

各个工况下站台门的模型阻力系数试验测量结果如下表:表3 站台门阻力系数试验测量值对比各个工况下站台门阻力系统的试验测量数据可知,M1工况为最不利工况,在此工况下,站台门的阻力系数为最大值,为确保站台门的抗风安全,取该工况下的阻力系数作为站台门的阻力系数,即1.06。

2.4 环境风荷载根据站台门的结构形式和使用功能,站台门环境风荷载的确认依据《建筑结构荷载规范》(GB50009-2012)关于围护结构风荷载的计算方法获得。

计算公式如下:当W k—风荷载标准值W0-基本风压u z—风压高度变化系数u sl—风荷载局部体型系数ρgz—高度Z处的阵风系数按50年重现期考虑,取w0=0.4KN/m2,地面粗糙度类别虽可归为B类,但考虑到站台内包括雨棚等其他建筑物的影响,对站台门实际按C类考虑,因此,风压高度变化系数取μZ=0.65(C类,5m高度以下),高度Z处的阵风系数取ρgz=6.05;风荷载局部体型系数取风洞试验值μsl=1.06。

由上述公式和计算参数可得,站台门受到的重现期为50年一遇的环境风荷载为:W k=2.05×1.06×0.65×0.4=565Pa。

3 不同侧风风速下站台门风荷载大小根据风洞试验结论可知:站台门(宽度1m,高度1.5m)安装在自贡站时,站台门受到的重现期为50年一遇的环境风荷载为565Pa,略小于想情况下(不考虑站台门体型系数和车站站台结构的影响),单扇滑动门承受最大自然风载荷约为600Pa。

试验结果说明车站站台结构(如雨棚和站厅等)会对降低对侧风对站台门的载荷影响。

为保障站台门结构强度的冗余量,可直接参考理想情况下不同侧风风速下站台门表面承受的风荷载大小。

详情参考表3.1.3-1。

表4 不同侧风风速下站台门表面风荷载大小4 不同速度及不同后退距离站台门表面风荷载大小研究站台门设置在站台边缘位置,距离列车车体表面较近。

列车临靠站台股道不停靠过站时,站台门将受到列车风的强烈影响。

列车风在站台门表面引起正负交变的压力波动,这种压力波动形成了站台门表面的脉动气动荷载。

当列车过站速度较大时,列车风对站台门施加的气动荷载可能造成站台门的结构破坏和变形。

为保证站台门的结构抗风安全,必须对列车不停靠过站时列车风施加的气动荷载进行计算。

通过列车风荷载数值模拟计算,获取列车风作用在站台门上的气动荷载,为站台门列车风荷载的提取提供依据。

4.1数值计算模型1)控制方程列车高速行驶经过站台门的过程中,列车周围的空气流动是典型的三维非稳态过程。

此外,列车高速运行时,由于站台门的作用,空气流动受到壁面的限制,将产生相当大的压力瞬变,须考虑空气压缩性的影响,因此,列车周围流场是完全的三维、粘性、可压缩且非稳态湍流流场。

根据质量守恒定律、动量守恒定律及能量守恒定律,并结合k-ε两方程湍流模型可建立如下描述列车周围流场的通用控制方程:式中:—流场速度势参数;U—气流速度;Ug—控制体界面的运动速度;Sφ—广义源项;Гφ—广义扩散系数。

φ、Sφ、Гφ分别取不同的值,即可得到相应的控制方程。

联立上述控制方程及理想气体状态方程,即可得到求解列车周围流场的封闭方程组。

2)计算方法上述控制方程为复杂的非线性偏微风方程,难以采用解析方法求解,因此采用数值计算方法对其进行求解。

数值计算采用目前计算流体力学(CFD)广泛采用的有限容积法FVM。

列车通过站台门区域的过程是一个典型的具有多步校正运算的PISO算法。

3)计算软件计算软件采用大型流体计算软件—STAR-CCM+。

STAR-CCM+是一款优秀的CFD模拟软件。

列车按照一定运行速度经过站台门,整个流场计算空间随时间变化,因此需要应用动网格技术来模拟二者间的相对运动。

动网格技术是为了适应计算区域的变化而发展出来的网格技术,它是通过拉伸压缩网格或者增加减少网格以及局部重新生成网格的办法来适应计算区域的改变,本研究中高速运动的列车与静止的站台门之间的相对运动即通过STAR-CCM+软件的动网格功能来实现。

4)计算条件及网格划分列车和站台门网络模型按实物原尺寸建立,以列车CR400BF型车为例,站台门距离轨道中心线为3m(距离站台边缘1.2m)。

分别计算列车运行速度为160km/h、180km/h、200km/h、250km/h、300km/h、350km/h的情况。

计算网格划分如图2所示。

列车网格区域为动网格,站台门网格区域为静网格。

由于站台门的厚度相对较薄,因此计算中可将站台门视为没有厚度的墙体。

在网格划分时,根据列车运行时的流场特点,对列车运动区域及站台门周围网格进行加密处理,以确保网格尺寸足够反映流场的变化。

需要说明的是,参考UIC标准,可采用列车头部经过时站台门表面引起的气动作用作为站台门的气动载荷,因此计算中将列车视为只有车头的无限长车体,计算车头经过时引起的站台门气动压力。

图2 列车的计算网格划分局部示意图5)计算边界设置列车从距离站台门15m的地方开始运行,计算域上部、侧面及端门均设置为自由面,列车车体表面设置为无滑移墙体边界,边界速度为列车运行速度,地面设置为静止无滑移墙体边界。

计算中将站台门视为无厚度的墙体,应用Baffle 条件设置站台门。

整个计算域均为六面体非结构化网格,如图3所示,共计约210万个网格单元。

图3 计算域网格划分全局示意图4.2速度场分布列车不停靠过站通过站台门与列车交会的情况相同:在有站台门的一侧,由于受站台门的阻挡,列车侧面的空气流动受阻;而在没有站台门的一侧,列车周围的空气流动与单车运行的情况相同。

作为参考,图4给出了列车以一定速度运行时列车周围流场的速度矢量分布情况;图4 列车周围流场速度矢量分布图4.3模拟计算结果车头经过站台门时,站台门表面出现压力最大正值和最大负值,当列车通过后,站台门表面压力恢复到零。

如前所述,列车经过站台门时站台门表面将产生正负交变的压力波动,正是这一压力波形,形成了站台门表面的脉动气动荷载。

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