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斜风作用下铁路钢桁斜拉桥车桥耦合振动研究

秦羽  
【摘要】:随着我国高速铁路迅速发展,越来越多的线路将跨越大江、大河、峡谷、湖泊以及海湾等特殊地形,大跨度桥梁结构常常会被采用。在这些地区风荷载通常较大并且来流风角度也是随机的,为保证斜风作用下车辆能够安全通过桥梁,进行斜风荷载下的车桥耦合振动研究显得十分必要。以往对于风荷载作用下的车桥耦合振动研究主要是基于来流风方向与桥轴线垂直这一特殊情况,本文主要在已有的风-车-桥耦合振动的研究基础上,研究了斜风作用下的车桥耦合振动。主要的研究内容与结论如下:1)首先回顾了风-车辆-桥梁耦合振动以及斜风作用下桥梁、车辆响应研究的现状;在已有研究基础上给出本文研究问题对应的模型。根据本文的主要研究内容,结合已有的风荷载模型给出了考虑风攻角与风偏角的斜风荷载模型。2)为得到不同风攻角以及风偏角斜风作用下铁路钢桁桥车桥系统的气动力参数,运用计算流体力学软件Fluent分析了-5~°~5~°风攻角与-45~°~45~°风偏角斜风作用下车辆与桥梁的气动力参数,并分析车辆、桥梁的阻力系数、升力系数以及力矩系数与来流风攻角和风偏角的关系。仿真计算结果表明:车桥系统的气动力参数与来流风风向角相关,在存在一定来流风向角时气动力参数出现最大值。3)以沪通铁路长江大桥为工程背景,结合前文计算所得到的三分力系数,分析研究了不同风偏角和风攻角下桥梁及车辆的动力响应;根据仿真计算结果给出来流风攻角及风偏角对车桥耦合振动响应的影响大小。斜风作用下的车桥耦合振动研究结果表明:桥梁跨中横向位移较竖向位移对来流风向角的变化更为敏感,桥梁横竖向加速度与来流风向角相关;来流风向角对车辆响应影响较小,但是在给出桥梁风速(车速)阈值时需要注意斜风荷载的影响。


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