摘要：随着我国交通系统的发展及汽车车速的日益提升,坐落于道路两旁的框架建筑承受的车辆碰撞风险也与日俱增.超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete, UHPC)由于其超高的材料断裂能以及抗拉能力逐渐被应用于框架结构中以提高其使用性能.UHPC框架结构同样承受较高的车辆撞击风险.本文建立了三维动力非线性的车辆-UHPC三层框架结构碰撞模型并采用Ansys/LS-DYNA进行求解.采用已发表的落锤撞击普通混凝土(Normal Concrete, NC)与超高性能混凝土(UHPC)梁试验对材料参数与接触算法的正确性进行了验证.基于三维动力非线性碰撞模型,从结构损伤、碰撞力特性及结构耗能机理三方面对NC及UHPC框架结构进行了全面对比.主要结论如下:(1) UHPC框架结构的抗车辆冲击性能远高于NC框架结构.UHPC框架结构的损伤仅存在于被撞柱,其他部位混凝土的使用性能几乎不受影响.(2)高车速条件下(80~120 km/h),NC柱的损伤分布为剧烈的冲切损伤并伴有明显的塑性变形,框架节点出现明显的受拉及受剪损伤;UHPC柱的背面始终不出现受拉区域,最终发展成贯通框架柱截面的冲剪破坏.(3) NC柱的混凝土内能均比UHPC柱的混凝土内能高,导致NC柱的损伤程度比UHPC柱严重.(4)当车辆保险杠撞击框架柱时,碰撞力产生第一个峰值;当车辆引擎与框架柱撞击时,碰撞力产生第二个峰值.引擎撞击产生的碰撞力峰值均远高于保险杠撞击.UHPC柱的碰撞力峰值平均比NC柱高22.6%,二者碰撞力峰值最大差异可达32.1%.本文研究结果有助于促进UHPC框架结构的抗冲击合理化设计,并保障其安全健康运营.

摘要：高速铁路接触网属于复杂的空间耦联体系,其支持结构一直是我国高速铁路系统的薄弱环节。为给高铁隧道内接触网的设计和施工进一步提供理论依据,基于三维不可压缩N-S方程和标准k-ε两方程湍流模型理论,建立隧道-竖井-列车-空气三维CFD数值模型。基于ANSYS Workbench平台,结合流固耦合计算方法等手段,确定竖井对交叉段内接触网支持结构的不利影响范围以及最不利位置,探讨竖井对交叉段列车风影响的机制,分析不同竖井面积、竖井高度以及竖井交叉角度分别对接触网振动的影响规律。研究结果表明:与横通道-隧道交叉段相比,竖井-隧道交叉段对接触网支持结构风致振动的不利影响更为显著。最不利断面位于竖井前方10 m处,接触网支持结构上最不利位置位于定位点处。竖井-隧道交叉段内最不利位置处接触网振动响应指标(加速度和动位移)与竖井面积呈正相关关系、与竖井高度和交叉角度呈负相关关系。单线隧道条件下接触网振动响应较双线隧道显著。对于单线隧道,竖井设计参数推荐采取面积14 m^(2),高度100 m,交叉角度120°;而对于双线隧道,推荐采取面积40 m^(2),高度100 m,交叉角度90°。

摘要：我国沿海地区已规划(有部分已建成)多条重要的且穿越居民聚集区的高铁线路,多种型式的全封闭矩形式声屏障将在该区域的高铁沿线上广泛运用。近年来,在西太平洋生成的较大台风频繁在该地区登陆,该地区高铁桥上声屏障结构频繁遭遇强横风侵袭。为给高铁桥上全封闭矩形式声屏障结构的抗风设计提供理论依据,参照缩尺比为1∶16.8的列车-声屏障动模型试验装置,建立相同比例的横风-列车-桥梁-声屏障三维精细化CFD数值仿真模型;采用大涡模拟(LES)方法分析横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的气动压力以及流场结构;基于本征正交分解(POD)理论,采用Matlab软件分别对横风作用下2种全封闭矩形式声屏障的绕流流场进行分解,探讨各阶模态对其湍动能的贡献。研究结果表明:1)全封闭矩形式声屏障绕流流场的湍流强度在纵向分布上呈两端小、中间大的规律,内部流场湍流强度高于相应的声屏障外侧,该差异在声屏障中间区段表现最为显著。2)在声屏障进、出口顶部开孔将导致全封闭矩形式声屏障内侧的负压值降低82%,湍流强度升高114%。3)相对于全封闭矩形式声屏障,进、出口开孔式声屏障出现端部绕流现象的纵向区域更长,且相应的湍流模态组成极为复杂,全封闭矩形式声屏障在进、出口顶部开孔将导致横风风致振动加剧。