鄒思敏，何旭輝，鄒云峰，史 康，歐俊偉

(1.中南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長沙 410075；2.高速鐵路建造技術(shù)國家工程實驗室，湖南 長沙 410075)

隨著國家經(jīng)濟的發(fā)展以及基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進，截至2020年底，全國鐵路運營里程已達14.63萬km，其中高速鐵路3.8萬km。隨著列車運行速度和客運量進一步提高，高速列車面臨著更為復(fù)雜的行車環(huán)境，建設(shè)與維護的技術(shù)難度更大，安全運營過程中將面臨更多挑戰(zhàn)[1]。

高速鐵路車-橋系統(tǒng)是一個龐大又需要多個學(xué)科集中交叉支撐的學(xué)科體系，而在列車行駛過程中，橫風(fēng)作為無法避免的因素對高速列車的運行安全和舒適性有著重要影響[2]。隨著氣候與風(fēng)環(huán)境的不斷變化及列車運量逐步攀升，因橫風(fēng)所致車輛失穩(wěn)或傾覆脫軌的事故偶有發(fā)生。目前在高速列車氣動特性及安全性能的研究中，風(fēng)洞試驗仍是最為行之有效的方法之一。國內(nèi)外學(xué)者對于列車及車-橋系統(tǒng)氣動特性研究，大部分采用的是靜止節(jié)段模型獲取列車以及橋梁的氣動特性[3]，或通過合成風(fēng)向角模擬列車運行時與橫風(fēng)的聯(lián)合作用[4]。這些方法是試驗技術(shù)不成熟時的近似方法，因此存在以下問題：

(1)列車移動時會改變物體周圍的來流風(fēng)剖面及流場均勻性。

(2)當(dāng)通過合成風(fēng)向角進行模擬時，更多是針對列車與來流所形成的風(fēng)向偏角，而實際上在橫風(fēng)中橋梁或路堤等基礎(chǔ)設(shè)施則更多是受90°橫風(fēng)的影響。

(3)對車-橋系統(tǒng)而言相對運動產(chǎn)生的氣動干擾大，僅僅以靜態(tài)車-橋組合難以說明問題。

開展橋上移動列車風(fēng)洞試驗的目的旨在更真實有效地模擬列車在實際運動中的運行過程，并探究隨著列車移動時，在橫風(fēng)作用下車-橋系統(tǒng)的氣動特性及相互作用與影響。

在靜態(tài)模型車-橋系統(tǒng)試驗方法中，作用于行駛車輛上的側(cè)風(fēng)力通常采用準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)方法，利用靜態(tài)模型風(fēng)洞試驗所測得的氣動系數(shù)進行估算[5]。通常靜態(tài)風(fēng)洞實驗中的氣動特性結(jié)果是通過將測量設(shè)備安裝在基礎(chǔ)設(shè)施模型上的靜態(tài)車輛模型來完成。氣動特性的測試是通過對車輛和基礎(chǔ)設(shè)施模型同時進行相同角度的旋轉(zhuǎn)，獲得相對于列車所承受的合成風(fēng)力(這種靜態(tài)的方式包括二維節(jié)段模型試驗和通過旋轉(zhuǎn)風(fēng)向角的方法)。顯然，這種模擬方法與實際列車在運行過程中的情況是不同的。在實際列車運行過程中，車輛和基礎(chǔ)設(shè)施周圍流場會因列車的運動發(fā)生一系列繞流特性變化，導(dǎo)致橫風(fēng)、車輛及橋梁之間的氣動干擾發(fā)生了多次變化與轉(zhuǎn)換。因此，這些靜態(tài)試驗并不能很好地反映列車在橫風(fēng)中橋梁上運行時的真實狀態(tài)。盡管仍有一些研究如運動地板法、邊界層吸力法和切向入射法在一定程度上盡力模擬列車運行時的真實場景。然而，正如Cooper[6]所指出的，風(fēng)切變、湍流的產(chǎn)生及列車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的相對運動只能通過移動的列車模型實驗來正確模擬。

移動列車模型試驗最早在1981年，使用當(dāng)時最先進的1∶5比例APT模型在自然風(fēng)作用下進行，其存在一些不可控制的試驗要素[6]。此后在通過風(fēng)洞試驗方法的研究中，文獻[7-8] 設(shè)計了一個1∶50列車模型，車輛被連接到一個“導(dǎo)軌”上，同時在4個彈性繩的作用下讓車輛以5～20 m/s的速度行駛，但此裝置需要在風(fēng)洞地板開槽，導(dǎo)致底部氣流對試驗結(jié)果產(chǎn)生影響。文獻[9]開發(fā)了一套電機拉動的移動模型并進行了1∶20模型的風(fēng)洞試驗，該設(shè)備系統(tǒng)由機械推進和保持車載力的平衡,該設(shè)計同時放置了離心鼓風(fēng)機,提供對側(cè)風(fēng)來流的模擬。對車-橋系統(tǒng)的繞流特性更為復(fù)雜，在風(fēng)洞試驗移動車-橋系統(tǒng)氣動特性研究中，文獻[10]設(shè)計的移動車輛-橋梁模型風(fēng)洞試驗系統(tǒng)，通過伺服馬達驅(qū)動列車模型在18 m長的導(dǎo)軌上運行。該滑動裝置由垂直桿件連接，測力設(shè)備安裝在桿件上，這個推進系統(tǒng)可以將比例為1∶45的模型車輛以10 m/s的速度進行運行。文獻[11] 進行了橫風(fēng)作用下的列車動模型試驗，在考慮橫風(fēng)僅對列車氣動特性產(chǎn)生影響時，移動試驗方法和靜態(tài)合成風(fēng)向角法結(jié)果之間的差異可能并不十分明顯。Premili等[5]通過CFD數(shù)值模擬方法的討論中，指出當(dāng)存在橋梁等大型基礎(chǔ)設(shè)施時，列車會與基礎(chǔ)設(shè)施形成氣動干擾，從而對氣動特性產(chǎn)生影響。文獻[12]也通過風(fēng)洞試驗研究了車-橋系統(tǒng)特性，并認(rèn)為單獨考慮列車或橋梁的氣動特性研究會導(dǎo)致車-橋系統(tǒng)的明顯誤差，車輛與橋梁需當(dāng)作系統(tǒng)來考慮。

在目前的移動車-橋試驗中，常規(guī)做法是使用測力天平實現(xiàn)氣動力的測量。當(dāng)測力天平安裝在被測車輛模型上時，在每一次移動模型試驗中，難以規(guī)避在導(dǎo)軌上運動時所引起的車身振動。這些振動將導(dǎo)致機械噪聲出現(xiàn)在試驗數(shù)據(jù)的記錄過程中，干擾了氣動力特性的識別與采集。同時，由于目前這些動模型測試方法在模擬試驗時，輪軌接觸方式會產(chǎn)生底部氣流難以模擬的問題，也存在連接方式所引起的慣性力、摩擦以及連接桿件所引起的氣流干擾，從而在測試中難以避免模型振動、扭轉(zhuǎn)和難以測試到局部風(fēng)壓等問題，導(dǎo)致現(xiàn)階段對于車-橋系統(tǒng)之間的相互氣動干擾規(guī)律與影響揭示較少。

本文基于中南大學(xué)風(fēng)洞實驗室以往的風(fēng)洞試驗研究工作[13]，在移動車-橋風(fēng)洞試驗氣動特性測試系統(tǒng)上進行了進一步的優(yōu)化與升級，并采用高速鐵路典型的32 m簡支梁橋和CRH2動車組設(shè)計了縮尺比為1∶25的車-橋風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ拖到y(tǒng)，在風(fēng)洞中進行橫風(fēng)作用下移動列車在橋上運行時的車-橋系統(tǒng)各自的氣動特性測試，該測試方法能夠有效方便地對列車與橋梁的表面風(fēng)壓進行采集，從而分析車-橋系統(tǒng)之間靜、動態(tài)列車在不同風(fēng)速、不同軌道運行位置的氣動特性的相互作用與影響。

1 列車-橋梁風(fēng)洞試驗系統(tǒng)

該試驗在中南大學(xué)風(fēng)洞實驗室低速試驗段內(nèi)完成，風(fēng)洞實驗室低速段寬12 m 、高3.5 m、長18 m，試驗段風(fēng)速為0～20 m/s。移動車-橋系統(tǒng)為自行研究設(shè)計的一套移動車輛模型風(fēng)洞試驗裝置U形滑道[13]。該裝置除能用于測試車輛停留于橋梁上的靜止試驗以外，更重要的功能是適用于測試橋上車輛運動時的車輛和橋梁各自獨立的氣動特性。為盡可能增加試驗橋梁長度，該列車-橋梁風(fēng)洞試驗系統(tǒng)橫向貫穿整個試驗段與來流方向垂直布置，裝置基于勢能轉(zhuǎn)換為動能的原理，可將模型列車牽引至預(yù)定高度進行釋放，列車通過自身重力加速向下滑行，以達到一定的初速度進入試驗段。試驗裝置總長度為14.5 m，兩側(cè)加速滑道頂端距離橋面高度為4.5 m，其中試驗列車模型在橋上運行距離為6.4 m，為滿足風(fēng)洞阻塞比的要求，車-橋系統(tǒng)模型縮尺比為1∶25，將阻塞率控制在3.4%，試驗總體布置如圖1所示。

圖1 車-橋風(fēng)洞試驗系統(tǒng)總體布置

由圖1可知，兩側(cè)滑道采用鋼結(jié)構(gòu)支架進行支撐，而在橋梁部分為更好模擬實際橋梁的氣動外形，采用相似氣動外形的鋼制橋墩進行支撐布置。兩端滑軌的外側(cè)分別安裝對模型進行牽引拉力的卷揚機，同時為了方便試驗可多次重復(fù)操作，避免因人為操作所引起的風(fēng)洞使用問題，在提升卷揚機鋼絲纜繩的前段連接一輛牽引運動小車，該小車可沿軌道方向運動，且可通過在風(fēng)洞外遠程操控進入風(fēng)洞試驗段內(nèi)，通過控制小車和提升卷揚機將高速列車模型提升至預(yù)定高度完成試驗。該加速方式可通過調(diào)整模型的高度提供實現(xiàn)高速列車模型瞬時加速的動力以及所設(shè)定的預(yù)定速度，而兩端滑道的對稱布置則為了方便運動的列車在短時間內(nèi)通過動能轉(zhuǎn)化為勢能，從而將能量進行耗散，達到減速直至自然停止。模型最大速度可達12 m/s，該裝置操作方便快捷，可重復(fù)性強，有效縮短了測試時間，提高了試驗效率，且可使列車在橋梁軌道上實現(xiàn)雙向?qū)﹂_。

車-橋模型與實際高速列車和橋梁結(jié)構(gòu)幾何外形相似，列車模型如圖2(a)所示?？紤]模型在橋上勻速運行的有效試驗時間、距離和穩(wěn)定性等，試驗?zāi)Ｐ筒捎谩邦^車+中車”的兩節(jié)編組，頭車模型長度1 028 mm，中車模型長度980 mm。列車和主梁模型采用優(yōu)質(zhì)木材制作，保證模型具有足夠的剛度，試驗中模型不發(fā)生變形且不出現(xiàn)明顯的振動現(xiàn)象，以保證壓力測量的精度。車廂之間相互獨立，通過連接裝置保持車廂之間的間隔。試驗以中車為測試對象，頭車作為氣動過渡段，以保證中車運行過程中的氣動穩(wěn)定性。同時，為更好地保持氣動外形高度的相似性，試驗橋梁按照原型橋布局設(shè)計，在橋梁上采用“雙軌制”。軌道高度、軌距、軌道中心間距嚴(yán)格按照1∶25比例制作和安裝。為了保證列車運行的穩(wěn)定性和提高測量精度，選用金屬扣件將軌道每10 cm固定一次(與實際軌道鋪設(shè)固定方式類似)。此外，試驗中還采用了鋼軌夾軌輪，保證列車模型的安全穩(wěn)定，風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ腿鐖D2所示。

圖2 風(fēng)洞試驗?zāi)Ｐ?單位：mm)

2 測試系統(tǒng)

列車表面風(fēng)壓數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)采用自主研制的無線測壓系統(tǒng)。系統(tǒng)位于中車車身內(nèi)部通過測壓管與列車表面測壓孔相接，因此可直接獲取中車的表面風(fēng)壓，并實時將采集到的風(fēng)壓數(shù)據(jù)通過無線的方式傳輸?shù)竭h程計算機上，有效避免了傳統(tǒng)壓力掃描閥等帶來的拖線問題以及測力天平抖動導(dǎo)致的慣性力問題，使該測試系統(tǒng)可承載且適用于此種類似移動物體氣動特性的測試，試驗中采樣頻率為1 kHz，壓力測試精度為0.1 Pa。在試驗中，靜止/運動列車在橫風(fēng)作用下的表面風(fēng)壓數(shù)據(jù)可通過該采集系統(tǒng)獲取，并可將數(shù)據(jù)實時發(fā)送至遠端的上位機上。列車測試結(jié)果僅考慮列車在橋梁上的氣動特性，橋梁氣動特性由DSM3400壓力掃描閥測得，采樣頻率為625 Hz。

車輛速度測量采用兩個光電開關(guān)和兩個激光位移計進行。傳感器利用激光工作，可感知探頭與物體距離的范圍為30 cm。為獲取列車速度，將傳感器進行一定間隔距離布置，測量探頭間隔為66.5 cm。由于速度是兩個傳感器之間的距離與時間的比值，通過本方法的設(shè)置獲得試驗中模型列車的速度。探測的持續(xù)時間是將車頭運行至車尾，并且可通過不同高度釋放列車獲得不同的列車變化車速。速度測試設(shè)置在試驗橋梁前與滑道的相接處，因此可得到列車在橋上運行時的速度，由于運行距離較短，且在橋梁段前后兩側(cè)探測速度損失較小，因此可認(rèn)為該試驗在列車進行平緩橋梁試驗段時為勻速運動。

3 試驗工況

為更好得到列車氣動力特性，試驗針對中車模型進行了風(fēng)壓測試，同時為探究列車對橋梁氣動特性的影響，試驗中，在橋梁跨中位置，沿橋梁截面布置了29個測點，車輛以及橋梁風(fēng)壓測點位置如圖3所示。為分析動、靜模型在橫風(fēng)作用下車-橋系統(tǒng)氣動特性的差異，試驗分別針對不同風(fēng)速、車速以及車輛位置對車-橋系統(tǒng)進行氣動特性測試，分析各因素對車-橋系統(tǒng)氣動特性的影響。試驗在低速試驗段進行，每種工況分別設(shè)置3個試驗風(fēng)速(8、 9、10 m/s)，列車速度分別為0、4、6 m/s 3種車速，以及不同的軌道位置(先受到橫風(fēng)影響的一側(cè)為上游軌道)，如圖4所示。為減小動態(tài)試驗數(shù)據(jù)的誤差并兼顧試驗效率，保證試驗結(jié)果的精度以及準(zhǔn)確度，對移動列車每一個工況重復(fù)進行10次試驗。

圖3 車、橋斷面測點位置及編號

圖4 列車運行于不同軌道位置

4 數(shù)據(jù)處理方法

利用測壓技術(shù)對橋梁和列車進行測壓，可以得到橋梁和列車表面的壓力分布，每一點的風(fēng)壓可以用壓力系數(shù)Cpi進行描述。

( 1 )

式中：Pi為試驗測點處測得的風(fēng)壓，以指向試驗?zāi)Ｐ捅砻娴膲毫檎?；P∞為風(fēng)洞內(nèi)試驗參考高度處的靜壓；U∞為參考高度處風(fēng)洞來流風(fēng)速，即取風(fēng)洞試驗風(fēng)速；ρ為空氣密度，通常取1.225。

5 試驗結(jié)果分析

5.1 列車表面風(fēng)壓5.1.1 靜動態(tài)差異

圖5和圖6通過移動和靜態(tài)試驗比較了隨著風(fēng)速變化沿列車截面的壓力分布。從各監(jiān)測點數(shù)據(jù)來看，移動列車風(fēng)壓系數(shù)的分布明顯與靜態(tài)列車不同，這是由于列車運動時產(chǎn)生的強烈三維效應(yīng)和側(cè)風(fēng)的偏航角造成的。

圖5 不同試驗風(fēng)速列車表面平均風(fēng)壓系數(shù)的比較 (上游)

圖6 不同試驗風(fēng)速列車表面平均風(fēng)壓系數(shù)的比較 (下游)

圖5為靜止列車和移動列車在上游軌道時的壓力分布。在列車處于靜止情況下，除迎風(fēng)面外，所有試驗的風(fēng)壓系數(shù)Cp均為負。靜態(tài)情況下的Cp值遠大于移動情況下的Cp值。這是因為列車的繞流特性在靜態(tài)和動態(tài)之間是從90°鈍體繞流狀態(tài)過渡到小偏航角的細長體繞流狀態(tài)[14]。對于下游軌道列車，風(fēng)速為8、9、10 m/s時，迎風(fēng)面壓力為正，其余為負，如圖6所示。在所有試驗中，位于列車車肩附近的點3的壓力負值最大，也表明了氣流在點3附近產(chǎn)生了強烈的分離。此外，移動列車的Cp分布隨風(fēng)速而變化，主要在列車頂部和尾部之間。首先，兩種試驗方式所獲得的列車表面壓力有接近的趨勢，表明在下游區(qū)域時列車會進入下游橋梁提供的低壓區(qū)，并受到由橋面前緣引起屏蔽效應(yīng)。然而處于上游運行的列車更容易受到側(cè)風(fēng)的影響，也因為車輛在此位置時受到側(cè)風(fēng)的直接影響更大。相對于上游，當(dāng)列車在下游時迎風(fēng)面和背風(fēng)面的壓力差異變得較小。此外，通過對比圖5和圖6的結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，在相同風(fēng)速和列車速度的不同軌道上，分別使用靜止和移動模型時，Cp分布有較大的不同。這一觀察結(jié)果表明，使用風(fēng)速和列車速度矢量的合成并不能完全揭示列車在橋上運行時的空氣動力特性。在這種情況下，火車與橋梁之間的相對運動可能起著不可忽視的重要作用。

5.1.2 風(fēng)偏角的影響

列車的運行速度與來流風(fēng)速形成一定的風(fēng)向角，如圖7所示。其中，U為側(cè)風(fēng)速，V為列車速度，W為列車合成速度，α為列車速度與相對速度之間的風(fēng)向偏角。合成風(fēng)向角工況見表1，其中合成風(fēng)向角為側(cè)風(fēng)風(fēng)向與列車前行方向的夾角。

圖7 合成風(fēng)向示意

表1 風(fēng)速與車速工況合成風(fēng)向角

圖8為0、4、6 m/s 3種列車速度，風(fēng)速為8、9、10 m/s情況下Cp的比較。圖8中每個子圖對應(yīng)的是3種不同列車車速下不同的恒定側(cè)風(fēng)風(fēng)速。

圖8 不同風(fēng)向角下的列車表面風(fēng)壓

由圖8可知，風(fēng)壓系數(shù)與偏航角之間存在著緊密聯(lián)系。通過3種不同顏色的箭頭長度表示不同偏航角下的風(fēng)壓系數(shù)差異。圖8中，相對較長的紅色箭頭表示偏航角為90°時靜態(tài)情況下的Cp值，根據(jù)圖8所示，此時風(fēng)壓系數(shù)在所有情況下均呈現(xiàn)出相對較大的數(shù)值結(jié)果。而且，在不同風(fēng)速條件下，偏航角為90° 靜態(tài)工況的風(fēng)壓系數(shù)均呈現(xiàn)類似相同的趨勢。此外，通過對比發(fā)現(xiàn)，在移動和靜止模型試驗中風(fēng)壓系數(shù)的變化出現(xiàn)一些明顯差異，因偏航角的轉(zhuǎn)變而不同，特別是當(dāng)偏航角小于60°時。由于偏航角的變化由車速和風(fēng)速變化組成，在這些偏航角中，56.31°和90°偏航角下，列車的表面風(fēng)壓系數(shù)相對于其他工況更為接近。當(dāng)偏航角小于60°時，可以發(fā)現(xiàn)每個風(fēng)壓測點的一些其他變化，特別是在靠近列車頂部和前緣車肩的位置。這些風(fēng)壓系數(shù)隨列車車速和風(fēng)速變化而變化的規(guī)律，說明了列車在橋上運行時余弦定律不再適用。這些靜動態(tài)列車之間的差異是由于列車與橋梁之間的相對運動造成了周圍一系列繞流特性發(fā)生變化，當(dāng)列車運行時，列車周圍的繞流效應(yīng)將產(chǎn)生更多瞬態(tài)和不規(guī)則的渦旋流動，造成瞬態(tài)速度波動和額外的附著湍流[14-15]。

此外，側(cè)風(fēng)對橋梁產(chǎn)生的湍流通常與流動的分離和再附有關(guān)，而湍流的影響將直接影響列車的氣動特性。但是，這里需要指出的是由移動列車在橋上運行時引起的非定常效應(yīng)，在文獻[16-17]中也發(fā)現(xiàn)了相似的規(guī)律，當(dāng)列車在箱梁和桁架橋梁上運行時，氣動力系數(shù)因偏航角引起的變化規(guī)律導(dǎo)致余弦準(zhǔn)則不再成立。在一定偏航角下，氣動力系數(shù)隨偏航角的變化而變化。在這種情況下，側(cè)風(fēng)作用下行駛的列車被一個復(fù)雜流場所包圍，橋的存在會進一步加劇這種繞流特性的復(fù)雜程度。

5.2 靜、動態(tài)列車對橋梁表面風(fēng)壓的影響

圖9為不同列車運動狀態(tài)下，不同風(fēng)速和軌道位置對橋梁的影響。圖9(a) 為單獨橋梁未有車輛對橋梁進行干擾時所獲得的典型簡支箱梁橋截面的平均壓力分布。橋梁迎風(fēng)面為正壓，其余3個面即頂面、背風(fēng)面和底面所受風(fēng)壓為負。在靠近迎風(fēng)面的底部角落出現(xiàn)較高的負壓值，可能是由于從這些拐角處渦流分離的剪切層中流動分離所引起的強夾帶和吸力。與迎風(fēng)面的壓力值相比，下游面的壓力值較為平穩(wěn)且接近。

圖9 橋梁表面平均風(fēng)壓系數(shù)

為進一步比較列車導(dǎo)致的橋梁氣動特性變化，圖9(b)、圖9(c)為靜態(tài)列車在橋梁上游和下游軌道時，平均風(fēng)壓沿橋面軸線的分布。橋梁的平均風(fēng)壓系數(shù)由于列車的存在而發(fā)生改變。這源于列車固有的三維結(jié)構(gòu)特性改變了橋梁前緣的流場。橋面前緣底部平均風(fēng)壓呈現(xiàn)出極大的負值，在不同風(fēng)速影響下出現(xiàn)較大的差異，且隨著風(fēng)速的增加風(fēng)壓系數(shù)也增大，而其他區(qū)域風(fēng)壓分布在不同位置上的變化趨勢是相似的。在橋梁前緣底部出現(xiàn)這種不一致極大可能是隨著風(fēng)速的增加，流動分離位置和邊界層過渡而導(dǎo)致的結(jié)果。由于列車直接位于橋梁上方，因此橋梁頂面的壓力分布是與列車位置直接相關(guān)的，而且不同的位置對分布影響較大。相比之下，橋梁頂面未出現(xiàn)明顯負壓，這是因為通過車與橋之間的間隙流動被限制在很小的區(qū)域內(nèi)，因此沒有強烈的流動分離。此外，背風(fēng)側(cè)和下游底部的壓力差異相對于迎風(fēng)區(qū)和頂部的差異較小。

圖9(d)、圖9(e) 所示為移動列車工況下橋梁的壓力分布。如圖9(d)所示，橋上的平均風(fēng)壓分布受上游車輛運動的影響。在橋梁迎風(fēng)部分，風(fēng)壓分布和前述工況的分布有較大的不同。除前緣底部呈現(xiàn)出強烈的負壓外，迎風(fēng)面的正壓減弱。對于車輛位于下游情況(圖9(e))，列車在移動的情況下，前緣底部和頂面的風(fēng)壓變得容易受到列車移動的影響。這是因為列車的運動對周圍的流場影響導(dǎo)致橋面的壓力發(fā)生變化。從圖9(d)、圖9(e)還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)列車在下游軌道運動時，風(fēng)速的變化對橋梁氣動特性的影響較前三工況更大。此外，通過對比圖9各工況可以發(fā)現(xiàn)，列車不同狀態(tài)下導(dǎo)致的風(fēng)壓系數(shù)分布與其他情況有較大的不同。這一結(jié)果進一步表明當(dāng)橋梁和車輛同時使用靜止試驗遭受風(fēng)偏角為90°的影響時，并不能完全揭示列車運行時橋梁的氣動特性。

6 結(jié)論

車-橋系統(tǒng)的氣動特性風(fēng)洞試驗測試常采用靜止節(jié)段模型獲得，但車-橋系統(tǒng)移動列車風(fēng)洞試驗在系統(tǒng)的氣動特性研究上正愈發(fā)展現(xiàn)出其優(yōu)勢。本文采用中南大學(xué)風(fēng)洞實驗室自主研發(fā)的車-橋氣動特性風(fēng)洞試驗系統(tǒng)對列車表面風(fēng)壓以及橋梁氣動特性進行風(fēng)洞試驗研究，該系統(tǒng)可方便改變來流風(fēng)速、車輛運行速度以及相對位置等，通過對車輛表面風(fēng)壓以及橋梁氣動特性的分析，得到以下結(jié)論：

(1)在橫風(fēng)作用下，列車表面風(fēng)壓受到列車在橋上行車位置的影響，列車在下游運行時，列車表面風(fēng)壓受列車靜、動狀態(tài)的影響較小。

(2)當(dāng)列車在橋上運行時，在車-橋系統(tǒng)氣動特性研究中，由于受到橋梁的氣動干擾，合成風(fēng)向角法變得難以成立。

(3)與靜態(tài)試驗不同，在橫風(fēng)作用下車輛在橋梁上運行時，風(fēng)速對橋面氣動特性影響十分敏感，特別是在下游軌道區(qū)域。

(4)列車在橋上運行時，會對橋梁的氣動特性產(chǎn)生更明顯的干擾，會因此引起風(fēng)-車-橋系統(tǒng)氣動耦合效應(yīng)，引起結(jié)構(gòu)振動，對行車安全與舒適性產(chǎn)生影響。