兰新二线防风明洞结构安全性数值模拟研究

论文摘要

国内既有铁路通过风沙区大部分采用明线方案通过,工程措施采用路基+挡风墙、防沙栅栏、种植沙生植物、设防沙堤等,取得了一定的效果,但均为普速铁路,且墙内侧积沙现象十分严重,养护工作量巨大。而采用明洞方案可以最大限度地隔离大风环境与列车运营环境,防风效果好,但存在工程费用高、运营环境较差、施工不便及维修养护工作量大等问题。目前国内防风沙结构的一些研究主要在普速铁路路基与桥梁挡风墙方面,对于高速铁路还没有采用防风明洞进行防风的先例,国内外也无这方面的研究。本文以兰新第二双线防风明洞工程为依托,以数值模拟计算为主要研究手段,对以下几个方面进行了研究。（1）通过FLUENT软件数值模拟计算各不同开孔形式明洞在最大风速70m/s情况下,明洞内外风荷载及内外流场的数值情况。（2）通过ANSYS软件将用FLUENT软件数值模拟计算的风荷载值施加在不同截面形式明洞模型上,以此来模拟计算各明洞在最不利风荷载情况下,明洞结构的安全性及相关情况的研究；（3）通过数值软件模拟计算列车被吹翻时的极限风速,并与不同开孔形式下明洞在最大风速70m/s情况下模拟所得的洞内最大风速进行对比,以此判断洞内列车行车的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 项目概况
• 1.1.1 项目基本情况
• 1.1.2 大风区特征
• 1.1.3 国内外铁路现状防风主要措施
• 1.1.4 研究缘由
• 1.2 研究内容
• 第2章 数值模拟方法、选用模型分析
• 2.1 数值模拟方法
• 2.1.1 数学模型选用及计算原理
• 2.1.2 方程离散和求解方法
• 2.1.3 求解过程
• 2.1.4 边界条件设定
• 2.2 选用模型分析
• 2.2.1 边界条件分析
• 2.2.2 模型尺寸分析
• 2.2.3 规范计算
• 2.2.4 两端封闭的模型与规范计算的对比
• 2.3 结论
• 第3章 大风区明洞风荷载、内外流场研究
• 3.1 不开孔情况下明洞风荷载、内外流场研究
• 3.1.1 不开孔明洞数值模型建立
• 3.1.2 计算结果分析
• 3.2 侧面开小孔情况下明洞风荷载、内外流场研究
• 3.2.1 侧面开小孔明洞数值模型建立
• 3.2.2 计算结果分析
• 3.3 侧面开大孔（位置1）情况下明洞风荷载、内外流场研究
• 3.3.1 侧面开大孔（位置1）情况下明洞数值模型建立
• 3.3.2 计算结果分析
• 3.4 侧面开大孔（位置2）洞风荷载、内外流场研究
• 3.4.1 侧面开大孔（位置2）情况下明洞数值模型建立
• 3.4.2 计算结果分析
• 3.5 计算结果分析及结论
• 第4章 大风区明洞结构形式及安全性研究
• 4.1 三心圆截面模型计算
• 4.1.1 概况
• 4.1.2 明洞数值模型的建立
• 4.1.3 计算结果分析
• 4.2 混凝土开口的模型计算
• 4.2.1 概况
• 4.2.2 明洞数值模型的建立
• 4.2.3 计算结果分析
• 4.3 边墙+钢拱架结构（半封闭形式1）的截面模型计算
• 4.3.1 概况
• 4.3.2 明洞数值模型的建立
• 4.3.3 计算结果分析
• 4.4 边墙+钢拱架结构（半封闭形式2）的截面模型计算
• 4.4.1 概况
• 4.4.2 明洞数值模型的建立
• 4.4.3 计算结果分析
• 4.5 结论
• 第5章 大风区明洞内列车行车安全性研究
• 5.1 高速列车行车安全临界风速研究
• 5.1.1 理论计算、模型及参数
• 5.1.2 车厢及车轮反力计算
• 5.1.3 计算结果分析
• 5.2 不同开孔形式明洞内的列车处风速研究
• 5.3 结论
• 结论及建议
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目