输电工程结构设计论文提纲

论文题目：列车风作用对跨高速铁路输电塔线结构影响分析

摘要：列车运行过程中会引起车体周围的空气流动,形成一种非定常流场,这种由列车运动产生的空气流动称为列车风,当列车经过铁路邻近结构时,列车风会对临近结构产生作用力,从而引起结构的振动,列车风作用引起铁路邻近结构振动的问题一直是各国高速列车空气动力学工作者主要研究内容之一。高压输电线路是典型跨高速铁路的铁路邻近结构,而列车风对跨线输电塔线结构的影响尚不明确,输电塔线结构属于柔性结构,易受到外界风荷载的影响,在长期反复的列车风荷载作用下有可能会引起跨线输电线路的破坏,影响高速列车的正常运行。因此,进行列车风作用对跨高速铁路输电塔线结构的影响研究具有重要的工程意义。本文以输电塔线结构跨越高速铁路现象为研究背景,选取CRH2C型高速列车和220k V输电线路为研究对象,采用数值模拟的方法对跨线输电塔线结构的列车风致响应做了详细分析,得到了列车风荷载作用下输电导线的受力特征和输电塔线结构的动力响应特征,并分析不同列车运行速度以及不同输电线路参数对输电塔线结构受到的列车风荷载和列车风致动力响应的影响,基于分析结果提出了考虑列车风效应的跨线输电塔线结构设计建议。文中主要研究内容及结论如下:（1）采用流体力学软件STAR-CCM+建立高速列车—输电导线流体数值模型,通过与试验数据进行对比验证数值模型的准确性,分析了列车穿越输电导线过程中导线受到的列车风荷载分布特征,以及在不同列车运行速度、不同输电导线跨越高差情况下输电导线受到的列车风荷载变化特征。结果表明:在轨道中心正上方输电导线节段受到的列车风荷载最大,轨道两侧导线受到的列车风荷载沿轨道中心平面对称,以对称面为界向轨道两侧递减,在距离轨道中心线15m处的输电导线节段受到的风荷载已接近于0N;输电导线受到的列车风荷载随着列车运行速度的增大呈二次函数关系递增,随跨越高差的增大逐渐递减且衰减率逐渐减小。（2）采用ANSYS有限元软件建立了220k V输电塔线结构有限元模型,通过与理论数据进行对比验证模型的准确性,分析输电塔线结构不同位置处的列车风致振动响应特征及在不同车速、不同跨越高差、不同输电线路档距下的动力响应变化特征,结果表明:列车风荷载作用下输电塔线结构不同位置处的动力响应特点有所不同,在输电线路部分主要为低频振动特征,而输电塔部分呈现高频振动特征,输电塔线结构的列车风致振动响应会随着列车运行速度的增大而增大,输电导线跨中的位移、动张力幅值均与列车运行速度呈线性正相关关系;随着输电线路档距的增大,输电导线跨中的位移、动张力幅值逐渐减小,大致呈线性变化;在跨越高差9m-15m范围内,输电导线跨中的位移、动张力幅值随着跨越高差的增大而减小,通过增大跨越高差可显著降低塔线结构的动力响应。（3）根据现行高压输电线路风荷载设计规范,分析了有无高速列车通过时输电导线受到的风荷载差异,对现行规范输电导线风荷载取值进行修正和补充,根据分析结果,建议对于跨高速铁路线输电线路,在进行输电导线风荷载计算时乘以不小于1.1的风荷载增大系数。

关键词：高速列车;列车风;跨线输电塔线结构;风致振动;数值模拟

学科专业：防灾减灾工程及防护工程

摘要

Abstract

1 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 列车风研究现状

1.2.1 列车风效应研究现状

1.2.2 列车风对铁路邻线结构影响研究现状

1.2.3 跨线输电线路研究现状

1.3 本文研究内容和研究方法

1.3.1 现有研究的不足

1.3.2 本文研究内容及研究方法

2 跨线输电导线列车风荷载数值模拟分析

2.1 计算流体力学基础理论

2.1.1 基本控制方程

2.1.2 湍流模型

2.1.3 壁面函数

2.1.4 数值计算方法

2.1.5 列车运动的实现

2.2 工况简介

2.3 高速列车—输电导线流体数值模型建立及验证

2.3.1 几何模型建立

2.3.2 数值方法

2.3.3 计算域尺寸及边界条件设置

2.3.4 网格划分

2.3.5 网格敏感性及时间步长敏感性分析

2.3.6 模型验证

2.4 监测量及监测点设置

2.4.1 列车风风速监测设置

2.4.2 列车风荷载时程监测设置

2.5 列车风风速时程特征分析

2.5.1 列车周围风场特性分析

2.5.2 监测点列车风速时程特征

2.5.3 沿横向列车风风速变化规律

2.5.4 沿竖向列车风风速变化规律

2.5.5 列车车速对列车风的影响

2.6 联合风场的研究

2.6.1 沿横向风速分布

2.6.2 沿竖向风速分布

2.6.3 列车车速对风速的影响

2.7 跨线输电导线列车风荷载时程分析

2.7.1 跨线输电导线列车风荷载时程特征

2.7.2 沿导线方向列车风荷载分布特征

2.7.3 列车运行速度对导线升阻力的影响

2.7.4 跨越高差对导线升阻力影响

2.8 跨高速铁路区段输电线路风荷载取值建议

2.8.1 现行架空输电线路风荷载设计规范建议

2.8.2 跨高速铁路结构列车风荷载取值建议

2.9 本章小结

3 列车风致输电塔线结构振动响应分析

3.1 输电塔线结构有限元模型建立

3.1.1 输电单塔建模

3.1.2 输电导线建模

3.1.3 绝缘子建模

3.1.4 间隔棒建模

3.1.5 输电塔线结构建模

3.1.6 阻尼设置

3.2 模态分析

3.2.1 输电单塔的模态分析

3.2.2 单导线的模态分析

3.2.3 双分裂导线的模态分析

3.2.4 输电塔线结构的模态分析

3.3 输电塔线结构动力响应分析

3.3.1 列车风荷载施加

3.3.2 监测点布置

3.4 输电塔线结构在列车风荷载作用下动力响应分析

3.4.1 位移响应分析

3.4.2 加速度响应分析

3.4.3 动张力幅值响应分析

3.5 输电导线位移响应影响因素分析

3.5.1 列车运行速度

3.5.2 输电线路跨越高差

3.5.3 输电线路档距

3.6 输电导线动张力幅值影响因素分析

3.6.1 列车运行速度

3.6.2 输电线路跨越高差

3.6.3 输电线路档距

3.7 本章小结

4 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

致谢