高速列车下穿钢箱梁斜拉桥时的列车风及风致振动研究

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近年来,随着车速提高,列车风诱发的如振动病害及行人舒适性受到关注。钢箱梁桥自重轻、刚度低、阻尼小,故高速列车下穿时的气动力可能引起较大的桥梁振动响应。在此背景下,本文研究了高速列车下穿时的列车风和桥梁动力响应特性。首先,通过计算流体力学软件FLUENT对某站跨线天桥进行数值模拟并与实测值进行对比,验证本文分析方法的可靠性。进一步地,建立高速列车下穿斜拉桥时的流场模型并分析列车风特性。在此基础上,分析了不同影响因素下的列车风特性及变化规律。最后,基于有限元软件MIDAS/CIVIL2019研究了这些影响因素下施工和运营阶段斜拉桥动力响应。主要结论如下:(1)各分块风压和梁段三分力均表现出明显的“头波”、“尾波”效应。邻近部分的扰动、距离轨面的高度和与列车距离共同影响不同区域的风压分布规律。升力极值系数与距线路中心线距离呈幂指数关系。各分块风压极值和梁段升力极值与车速呈2次方关系,与桥下净空呈负幂指数关系。随着相交角度减小,梁体两端和跨中梁段升力幅值受影响程度较小,1/4跨和3/4跨处梁段受影响较大。(2)与单线运行相比,桥下会车时风压及升力极值均有大幅增加,迎风面分块头波正压极值和尾波负压极值主要受列车1控制,头波负压极值和尾波正压极值主要受列车2控制,背风面与之相反。L5~R5梁段范围内升力极值约为单线运行时1.7~2.5倍。线间距对各分块风压和各梁段升力影响并不显著。(3)施工阶段和运营阶段在不同影响因素作用下的规律基本相同。随着车速的提高,梁体振动位移有所提前,且幅值基本呈上升趋势。随着桥下净空减小和相交角度的减小,振动位移值基本呈上升趋势。(4)在本文考察的各影响因素取值范围内,列车风引起的临时墩支撑正反力与最大限值相比,可忽略不计。负反力也不会引起临时墩脱空。运营阶段列车气动作用引起的梁体振动不会对行人舒适性造成较大影响。
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