高速列车风荷载下接触网-隧道锚固端混凝土损伤分析

作者：舒卓乐; 王汉封; 何旭辉; 李璋; 邓朋儒^*

来源：工程力学, 2023, 1-12.

• 列车风
• 隧道
• 接触网
• 计算流体力学
• 非线性有限元

接触网作为隧道典型附属结构，日常承受高速列车过隧带来的列车风荷载反复冲击作用。为了准确评估其运营安全性，本研究对隧道接触网在列车风荷载作用下腕臂结构的动力放大效应和锚固端混凝土结构受力损伤进行了仿真分析。首先，基于计算流体力学（CFD）分析列车高速过隧时的列车风三维时空分布，开展隧道纵向风速与接触网所受列车风荷载相关性分析以确定最不利接触网位置并获得其风荷载时程。其次，建立接触网腕臂结构有限元仿真分析模型，考虑不同定位管支撑水平连接角度、斜腕臂连接距离的接触网尺寸参数，开展最不利列车风荷载下腕臂结构的静、动力分析以计算结构动力放大系数。最后，考虑列车风动力放大效应，利用非线性有限元（NFEA）方法对锚固端混凝土外荷载下的损伤情况进行了研究，结果表明：隧道纵向风速与接触网所受风荷载有强二次方关系，隧道出口附近接触网存在最不利风荷载；不同分析模型中列车风动力放大系数最小为1.358，最大为1.556。在螺栓预紧力、接触网自重及正常负载、列车风荷载作用下，各螺栓孔附近锚固混凝土在一定深度内存在微裂缝萌生；其中，迎风侧、腕臂伸出方向螺栓孔附近的混凝土存在拉伸损伤因子峰值0.769，压缩损伤因子峰值0.365。此外，列车风对锚固结构内力贡献不超过13.63%。研究结果为隧道接触网结构的设计、衬砌混凝土损伤分析及其维护加固提供参考。

• 单位
  中南大学; 土木工程学院; 中国建筑第五工程局有限公司