隧道氣動效應作用下高速列車玻璃動態響應研究

劉小根，齊 爽，萬德田，鄭德志，孫與康，潘瑞娜

（1.中國建筑材料科學研究總院有限公司 綠色建筑材料國家重點實驗室，北京 100024；2.中國國檢測試控股集團股份有限公司 中央研究院，北京 100024）

為保證通車的平順性，艱險山區高速鐵路線路一般采取長大隧道及隧道群的形式穿越山嶺或丘陵，因此，隧道修建多、長及特長隧道較多、隧道群普遍分布等已成為我國艱險山區高速鐵路通行環境的一大特征。隨著高速列車運行速度不斷提高，列車與周圍空氣的動力作用明顯加劇，尤其是列車在隧道中高速運行時誘發的隧道氣動效應對列車行車環境及安全形成巨大影響［1］。作為整個列車最薄弱部位的高速列車玻璃，隧道氣動效應對其不利影響尤為明顯，其破損率遠高于行駛在平原地區線路的高速列車。

已有研究表明，高速列車通過隧道時產生的氣動壓力與運行速度的平方成正比［2］。為了明確列車進入隧道所誘發的氣動壓力變化形成機理及影響因素，自20世紀60年代以來，Ozawa［3］根據日本新干線的在線實車試驗結構提出了計算入口壓縮波的波幅和波形經驗公式；Woods 等［4］依據倫敦—南威爾士鐵路線上的Patchway 單線隧道的實車試驗結果給出了計算入口壓縮波的經驗公式，并提出了描述列車通過隧道時流場的準靜態一維流動模型。隨著現代計算機和數值模擬技術不斷發展，研究者對隧道氣動效應分析也上升到二維和三維數值模擬［5-6］，同時提出了一系列現場實測方法及設備［7-8］，有效地提高了隧道氣動效應壓力波的計算及測量精度。……