高速列车脉动风作用下车站人行天桥动力性能试验研究

我国高速铁路车站内人行天桥跨越股道连接各站台,当动车组高速通过正线时,列车周围将产生较大的气动力,会对跨越正线上方的人行天桥产生瞬间的推力和吸力,引起天桥结构横向、竖向振动,从而影响旅客通过天桥的舒适性和安全感。本文对国内外人行天桥振动标准进行归纳,分析京沈高速铁路阜新站内跨线人行天桥的自振特性和动车组通过时人行天桥的动力性能,研究人行天桥在脉动风激励作用下的振动特点、振动水平和振动分布规律,为我国高速铁路人行天桥振动舒适度限值的制订提供技术支持。研究结果表明:高速铁路人行天桥竖向振动加速度参考限值为1. 0 m/s2,横向振动加速度参考限值为0. 3 m/s2;列车行车速度大于300 km/h时,天桥跨中桥面中心区域竖向加速度超过参考限值。建议列车速度大于300 km/h时通过增大高速铁路跨线人行天桥竖向刚度、阻尼等方法减小其竖向振动,并采取优化天桥外形、增大天桥高度等方法减小脉动风的影响。     

新建高速铁路车站最高聚集人数计算软件的设计与实现

针对高速铁路(简称:高铁)车站最高聚集人数计算列车开行方案和乘车人数难以确定的问题,文章设计并实现了新建高铁车站最高聚集人数计算软件。该软件以数据库为基础,通过匹配相似车站及列车开行方案、列车乘车人数、旅客到达规律、最高聚集人数等,计算新建高铁车站的最高聚集人数,并以4个新建高铁车站作为对比,进行软件准确度分析。结果表明,该软件计算的新建高铁车站最高聚集人数与中国国家铁路集团有限公司批复核准的最高聚集人数接近,具有较强的实用价值。     

高速铁路和地铁近距离平行隧道动力响应分析

针对目前国内存在的高速铁路与地铁近距离平行隧道工程,采用拟合的列车振动荷载,通过在轮轨上施加实测振动荷载,同时对列车施加速度场的方式,分析了在高铁列车单独行驶、高铁列车和地铁列车同向行驶及相向行驶3种工况下平行隧道衬砌拱腰、拱脚及道床中心的动力响应特性及其相互关系。结果表明:在列车行驶过程中,列车距离监测点越近,其振动效应越强;在同一横截面上,高速铁路隧道道床中心的动力响应最大,拱脚次之,拱腰最小;高速铁路隧道衬砌动力响应在高铁列车单独行驶时最小,高铁列车与地铁列车同向行驶时次之,高铁列车与地铁列车相向行驶时最大。     

高速铁路大型高架车站的振动研究

高架车站是目前高速铁路建设中广泛运用的建筑形式,动车组列车通过时引起的振动影响旅客候车的舒适性。分析长沙南站结构,对其高架候车厅楼板进行振动测试;对国内外高架车站减振优化设计进行论述和分析,提出减振优化对策。     

基于复杂网络的高速铁路列车服务网络特征

基于复杂网络理论,构建我国高速铁路列车服务网络,阐述复杂网络的指标在列车服务网中的实际意义,对比分析Space L和Space P 2种网络构建方式下高铁列车服务网络的基本特征,并引入旅行时间和服务频率2种权重计算介数,实现对铁路车站枢纽影响力的量化评估。利用Space P方式构建考虑换乘服务理念的局部网络,针对列车接续关系及其特征,提出对接续关系的修正表达与网络构建方法。以武汉站为核心的局部网络为例,通过对比修正前后网络特征的变化,验证修正表达方法的有效性。研究结果显示表明:现行列车开行方案下,每个高速铁路车站平均与52.3个车站有列车直接通达,任意2个车站间平均通过1.1次换乘可以到达。部分车站的可达性、枢纽影响力、服务频率特征不匹配。论文提出的网络构建方法与特征分析结论对高铁列车服务网络性能的综合评价与优化调整具有参考意义。     

京张高铁车站出站信号机设置方案优化研究

从高速铁路的发展,新型复兴号动车组投入运营等情况出发,通过对现行高速铁路设计规范对于京张高铁股道有效长650 m的车站出站信号机设置的要求,以及相关研究试验等详细的分析,提出了4个高速铁路的车站出站信号机设置方案,对各方案的适应性进行分析。结合复兴号列车在京沈高铁试验段的试验和新型复兴号动车组在京沪高铁的开行情况,对京张高铁出站信号机的设置进行了优化,京张高铁出站信号机的优化设置进一步提高高速铁路的安全性,实现到发线有效长的充分利用,进一步优化司机操纵,减少停车附加时分、提高工程经济性等,为京张高铁未来开行17辆长编组"复兴号"动车组预留了行车条件,并为今后规范的修编提供了参考依据。     

“桥建合一”型地铁高架车站振动舒适度研究

"桥建合一"型地铁高架车站的轨道梁刚接在站房结构框架梁上,存在严重的车致振动舒适度问题。为了研究列车过站时"桥建合一"型地铁高架车站的振动舒适度规律,以某典型侧式"桥建合一"型地铁高架车站为研究对象,采用数值计算软件Matlab建立27自由度列车模型,采用有限元软件Ansys建立车站有限元模型,基于分离迭代法实现列车-车站的耦合作用,并对比实测数据验证列车-车站耦合振动分析模型的准确性。采用已验证的列车-车站耦合振动分析模型计算列车到发站时站房的振动舒适度敏感点,并研究列车车速、楼板厚度和桥墩跨度参数对站房振动舒适度的影响。研究结果表明:"桥建合一"型地铁高架车站的结构动力特性具有特殊性,典型楼板的1阶竖弯频率为28.91 Hz,是高铁客运站的4.7~7.7倍;站厅层振动舒适度敏感点位于结构缝附近和车站端部悬挑区域,列车到站时站厅层振动超标最大为32%;站房的车致振动相应总体上随列车车速的增加而增大,列车正线过站时60~80 km/h速度区间与列车会车过站时20~40 km/h和60~80 km/h速度区间的楼板振动增幅较为显著;楼板的车致振动在其自振频率附近会产生"共振效应",楼板厚度参数对楼板自制频率的影响较小,桥墩跨度参数对楼板自振频率的影响较大,合理设计桥墩跨度可以有效避免楼板产生"共振效应"。     

隧道结构内列车风荷载下接触网系统的风致振动响应

以高速铁路隧道内接触网为研究对象,建立列车-隧道结构-接触网系统-空气的流固耦合计算模型,分析高速铁路隧道内列车风荷载下接触网系统的振动响应特性。研究结果表明:列车风荷载作用下接触网系统振型主要表现为,以沿着隧道纵向的前后摆动为主,左右摆动和扭转为辅;接触网系统的动位移和加速度的振动时间与振幅均与列车风相一致,即在列车风出现时接触网开始出现振动,车头达到时风速开始加大,振动位移、速度和加速度同步增大,在车尾经过时达到最大值,各方向分量的振动幅度大小顺序为:纵向分量横向分量竖向分量;衬砌的振动响应特性与接触网类似,但动位移的主频和振幅相对较少。研究结果可为高速铁路隧道内接触网的设计和施工提供参考。     

基于点线一体化的高速铁路通过能力计算研究

在分析现有高速铁路通过能力计算方法的基础上,提出一种新的通过能力计算方法。将车站虚拟为一个区间,从而将计算车站通过能力转化为计算虚拟区间通过能力,实现高速铁路通过能力研究的车站区间一体化。在车站虚拟化的基础上,计算不同列车组的最小列车间隔时间,采用平均最小列车间隔法计算虚拟区间通过能力。通过比较各大型客运站所对应虚拟区间的通过能力,选其中最小者为该区段的通过能力。新方法可以更方便地处理跨线列车和车站各项作业对平均最小列车间隔时间的影响,也可以使运行图结构更加简单,从而简化计算过程。以京沪高速铁路为例,验证该方法的可行性。     

竖井对高速铁路隧道列车风的影响研究

根据三维不可压缩Navier-Stokes方程和标准k-ε湍流模型,以带有竖井的高速铁路隧道为研究对象,建立隧道-竖井-列车-空气三维数值模型,列车运行速度为350 km/h,研究高速铁路隧道竖井交叉结构段列车风的时程变化规律和空间分布特点,分析竖井面积、长度和交叉角度对列车风的作用效果,判定高速铁路单、双线隧道交叉结构段列车风最不利情况。研究结果表明:隧道线路上方典型位置处纵向列车风速度峰值分别是横向列车风和竖向列车风的4.4倍和2.6倍;列车车头经过隧道交叉结构段时,该位置纵向列车风形成涡流,单线隧道处其速度超过20 m/s;竖井会造成隧道交叉段45 m范围内的列车风速度大于一般结构段;高速列车经过单、双线隧道交叉结构段时,典型位置处纵向列车风的速度最大值分别为20.16和18.20 m/s。     

高速、城际铁路车站分布及通过能力研究

近年来,我国高速铁路、城际铁路快速发展,已运营的高铁、城际铁路的通过能力与设计能力存在较大的差距,尤其高铁成网后,车站分布与天窗设置方式及时间安排、列车追踪间隔、线路通过能力、列车开行方案等将成为一个系统性问题。采用铺画运行图与理论计算相结合的方法,利用扣除系数法和直接计算法,分别计算不同速度旅客列车共线运营条件下满足能力需求的合理站间距离,并以宝兰高铁、西成高铁为例,验证车站分布与通过能力的研究成果。     

高速铁路车站接驳交通系统研究

考虑高速铁路(简为"高铁")乘客具有类似航空旅客的高时间价值交通出行特征,分析了高铁客流特点与高铁车站接驳交通要求。通过对国内外高铁车站接驳交通实例分析,总结了高铁车站接驳交通系统设计方法。以无锡高铁区域规划为例,运用高铁车站快速接驳系统设计方法与保障系统可靠性的多通道理念,介绍了无锡高铁车站接驳交通系统方案。     

延续进路对高铁车站到达间隔时间影响分析

国内铁路既有线进站信号机外方制动距离内如有超过6‰的下坡道,接车进路普遍都设置了延续进路,以防止列车冒进出站信号机后发生侧面冲突事故。但这种规定被普遍沿用到了高速铁路的设计和运营当中,延续进路的设置会降低高铁车站的通过能力。针对高速铁路继续沿用既有铁路技术规范的规定,车站设置延续进路后对车辆到达能力影响进行分析。     

列车振动荷载作用下高速铁路近距地铁平行隧道的动力响应特性分析

为研究高铁列车和地铁列车同向以不同速度行驶时的振动对高铁隧道衬砌结构的影响,采用模拟的列车振动荷载,在铁轨上施加对轮轴的模拟振动荷载并考虑列车速度来研究同向列车振动荷载下高铁隧道衬砌的动力响应特性。结果表明:在同向行驶的列车振动荷载作用下,对于隧道特定监测点而言,存在一个列车行驶振动响应的影响区,列车行驶至该监测点时,其振动响应最大;高铁隧道中部横断面衬砌振动响应从上到下逐渐增大,拱脚、拱底竖向应力幅值分别为拱腰的1.63、2.26倍,加速度最大幅值分别为拱腰的1.21、1.29倍。     

高速铁路飞砟与防治

飞砟(迁移)是高速铁路列车动力和列车风空气动力共同作用下产生的破坏性现象,严重制约高速有砟道床应用与发展。在介绍国外飞砟(迁移)研究与应用基础上,系统分析我国高速铁路飞砟研究与应用,以合福高铁巢湖东站区间为例,介绍有砟高速铁路飞砟防治综合拓展方法与措施,服务我国高速铁路有砟道床设计、运营与维修。     

高速铁路车站雨棚附属结构动力响应

为研究列车风激扰下雨棚附属结构的动力响应，以某高铁车站雨棚附属结构为研究对象，建立雨棚附属结构及高速列车仿真模型，分析高速列车以不同速度级通过时雨棚附属结构所受列车风的压力（简称“列车风压”）分布规律；基于此，研究雨棚附属结构的动力响应和疲劳寿命，确定列车风与8级环境风共同作用极限条件下采用不同连接方案时雨棚附属结构的合理设计高度。结果表明：在同等高度下，雨棚附属结构所受列车风压极值随车速的提高而增大；在相同速度级下，列车风压极值随高度的增加而减小；当高速列车以相同速度级通过雨棚时，LED屏应力极值最大，车站站牌应力极值次之，出站口指示牌应力极值最小；雨棚附属结构疲劳寿命随车速提高不断降低，在现有运营条件下雨棚附属结构服役100 a不会发生疲劳破坏，其中LED屏的疲劳寿命最短，疲劳破坏最先发生在顶部连接部位；极限条件下雨棚附属结构最优连接方案下的合理设计高度范围为5.72～10.50 m。     

铁路沿线太阳能电池板及支架立柱的抗风性能

以西成(西安—成都)高速铁路沿线立柱式太阳能电池板支架立柱的布设为背景,通过数值计算、风洞试验及有限元分析研究其抗风性能。为避免结构共振,须获得高速列车脉动风压的振动特性,通过刚性模型测力试验获取了结构最不利风偏角,试验结果可作为调整结构布设方向的依据。铁路沿线结构抗风设计须考虑自然风荷载和列车脉动风荷载的综合作用。本文提出了一种验算铁路沿线结构抗风安全性的方法:基于数值计算得到结构受列车风荷载作用下的极限风压,以此反算结构所受极限风荷载,并利用风洞试验及有限元计算方法计算结构应力。     

桥建合一玻璃幕墙结构动力特性仿真分析

高速铁路客运站房大型幕墙是一种桥建合一的结构体系,由于玻璃幕墙体系与列车轨道梁紧密相联,高速列车通过时可能引起玻璃幕墙共振的问题。因此,在设计幕墙结构体系时,行车振动对玻璃幕墙结构体系的影响必须予以考虑。以某高速铁路站房玻璃幕墙结构为研究对象,运用有限元方法进行数值动力仿真分析,分析结果表明:行车振动荷载不会使幕墙结构产生共振;双边列车通行相比单边列车通行,幕墙结构产生的平面外振动位移要大;当行车振动荷载激振方式为竖向力激振时,竖向激振荷载作用下幕墙结构的平面外振动位移很小。     

兰新高铁风区桥梁关键技术研究

研究目的:兰新高铁经过的百里风区、三十里风区是我国乃至世界上铁路风灾最严重的地区之一,强风下列车的运行安全、舒适、准时问题十分突出。与普速铁路相比,高速铁路列车速度快、轴重轻,在横向强风作用下容易发生倾覆,同时高速运行的列车气动力远大于普速铁路。为满足修建兰新高铁要求,需在桥梁上安装挡风结构,本文对高速铁路设挡风结构后的桥梁及列车处空间风场变化规律和列车、桥梁运营安全性进行研究,以期获得挡风结构设置参数,选择适用于大风区的桥梁梁型及桥梁挡风结构形式,并提出强风下列车运营安全限速值建议。研究结论:(1)简支箱梁横向刚度大,能适用于单、双侧及骨架贯通双侧挡风结构设置需要;组合T梁采用4片T梁布置形式,能适应单、双侧挡风结构形式,工程造价最优;(2)槽形梁将梁体与挡风结构组合使用,能较好适用于百里风区;(3)确定了挡风结构最佳高度为4 m,开孔率为20%;单侧4 m或双侧4 m的挡风结构挡风效果较好,可满足桥梁动力性能及车辆运行安全、舒适的要求,性价比高;(4)Ⅰ型挡风结构适用的环境风速为50 m/s,Ⅱ型和Ⅲ型挡风结构适用的环境风速为60 m/s,Ⅳ型和Ⅴ型挡风结构适用的环境风速为60 m/s;(5)本研究结论可为高速铁路列车安全及防风工程的计算和设计提供参考。     

列车引起的高架铁路车站的振动与噪声

对列车引起的高架铁路车站的振动与噪声问题进行了分析与评价。采用列车一桥梁体系分析模型和车站框架模型研究结构的振动,并用统计能量分析法(SEA)估计结构的噪声。通过计算机模拟,根据辐射率和SEA方法确定了结构振动与噪声的关系。讨论了结构形式、材料、支撑条件、列车速度等因素对噪声的影响。通过对声功率辐射表示的噪声水平的比较,得出了噪声水平随车速提高而增长,橡胶支座可有效降低高架结构的噪声,阻尼较大的结构产生的噪声较小等结论。