CN104776952B - 一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构及测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明为一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构及测试方法。高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，包括设于桥面板上的道砟以及设于道砟侧向的挡砟墙，挡砟墙的墙外设有用于模拟风屏障的风屏障模拟装置，风屏障模拟装置包括用于感应来自于高速列车运动所产生的列车风和感应外界强风的风压测点、用于从风压测点获取气动信息的数据采集装置以及通过无线信号连接并控制数据采集装置的远程控制装置。

Description

一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构及测试方法

技术领域

本发明涉及桥梁风屏障风荷载现场测试技术领域，具体涉及一种高速铁路风屏障风压现场测试装置，还涉及一种采用高速铁路风屏障风压现场测试装置进行现场测试的测试方法。

背景技术

随着我国高速铁路的迅速发展，如何保障高速列车在强风下的行车安全成为人们广泛关注的焦点。研究表明，设置风屏障是提高既有线路列车行车安全的有效措施，且在国内外均有成功实施的实例。然而，为保证防风效果以及受线路宽度的限制，风屏障距轨道通常较近，以32m跨度简支梁桥为例，风屏障距车辆近壁面仅1.75m左右。加之高速列车运行速度高，列车风显著，风屏障在列车风和自然风联合作用下的安全或疲劳问题愈加突出，并将影响到行车安全大局。为此，有必要深入研究风屏障风荷载，以为风屏障的强度或疲劳验算输入准确的风荷载参数。

列车风和自然风的联合作用为风屏障所受最不利风荷载，风屏障的风荷载测试通常便在该状态下进行。然而，由于列车风属于非定常三维流场，它和自然风的联合作用致使风屏障所处风环境非常复杂，风屏障风荷载难以通过理论分析求解，在风洞试验中也难以模拟，较适合的研究方法是现场实测。为此，需要开发一套有效的高速铁路风屏障风荷载现场测试系统，实现现场无人值守，以满足列车运行时线上不得有人作业的高速铁路运行管理规定。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明的目的是提供一种适用范围广、测试结果精度高的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构。

为了实现上述技术目的，本发明专利的技术方案是：一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，包括设于桥面板上的道砟以及设于道砟侧向的挡砟墙，挡砟墙的墙外设有用于模拟风屏障的风屏障模拟装置，风屏障模拟装置包括用于感应来自于高速列车运动所产生的列车风和感应外界强风的风压测点、用于从风压测点获取气动信息的数据采集装置以及通过无线信号连接并控制数据采集装置的远程控制装置。

优选地，数据采集装置和远程控制装置均装有无线信号收发器，数据采集装置与远程控制装置之间通过共同发出的无线信号密钥识别并相互连接。

优选地，风压测点通过用于屏蔽外力干扰的测压管将风压信息传递至数据采集装置。

优选地，风屏障模拟装置还包括作为风屏障主体的平面连接装置、栓接固定于平面连接装置上并用于承受外界风压和安装风压测点的有机玻璃板以及用于从平面连接装置侧面固定并支撑平面连接装置的侧面支承装置。

优选地，平面连接装置两侧均通过侧面支承装置固定于地面，从而形成平面连接装置的双向固定结构。

优选地，风屏障模拟装置直接置于近轨道侧边；风屏障模拟装置采用预制结构，并可在现场拼装或拆卸。

优选地，远程控制装置包括控制器、信息储存器和信息编译器。

优选地，风压测点的设置位置可调。

优选地，风压测点外设有用于屏蔽风压测点的风压屏障，远程控制装置连接风压屏障并控制风压屏障的开闭。

本发明专利的另一技术方案是：一种高速铁路风屏障风荷载现场测试方法，包括上述高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，测试步骤如下：a、将风压测点布置在置于近轨道侧边的风屏障模拟装置的有机玻璃板表面，风压测点的尾部通过测压管连接；b、通过测压管将风压测点处的风压信息传输至数据采集装置；c、远程控制装置通过与数据采集装置共同发出的无线信号进行密钥识别，并经过网络认证，控制数据采集装置接收采集数据，实现采集信号的无线接收、存储；d、通过编制器对采集数据进行处理，从而获得风屏障风荷载。

本发明的有益技术效果是：

本发明高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，通过将风压测点布置在近轨道侧面，风压测点将风压信息传递至数据采集装置，采用远程控制方法对数据采集装置进行控制，实现数据的采集和保存，并通过无线传输数据至远程控制装置，由风压数据获得风屏障风荷载。由于本测试系统直接测得的是风压，可有效避免外力对气动力测试结果的干扰，保证测试结果的精度。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明实施例的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构的结构示意图之一；

图2是本发明实施例的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构的结构示意图之二。

其中,1、风屏障模拟装置；2、风压测点；3、数据采集装置；4、远程控制装置；5、有机玻璃板；6、平面连接装置；7、侧面支承装置；8、桥面板；9、道砟；10、挡砟墙。

具体实施方式

下面对本发明技术内容的进一步说明，但并非对本发明实质内容的限制。

图1是本发明实施例的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构的结构示意图之一；图2是本发明实施例的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构的结构示意图之二。

如图1和图2所示，本发明实施例的一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，包括设于桥面板8上的道砟9以及设于道砟9侧向的挡砟墙10，挡砟墙10的墙外设有用于模拟风屏障的风屏障模拟装置1，风屏障模拟装置1包括用于感应来自于高速列车运动所产生的列车风和感应外界强风的风压测点2、用于从风压测点2获取气动信息的数据采集装置3以及通过无线信号连接并控制数据采集装置3的远程控制装置4。

如图1和图2所示，本发明实施例，数据采集装置3和远程控制装置4均装有无线信号收发器，数据采集装置3与远程控制装置4之间通过共同发出的无线信号密钥识别并相互连接。密钥(属于本领域公知技术)是一种参数，它是在明文转换为密文或将密文转换为明文的算法中输入的参数。密钥分为对称密钥与非对称密钥。

如图1和图2所示，本发明实施例，风压测点2通过用于屏蔽外力干扰的测压管将风压信息传递至数据采集装置3。

如图1和图2所示，本发明实施例，风屏障模拟装置1还包括作为风屏障主体的平面连接装置6、栓接固定于平面连接装置6上并用于承受外界风压和安装风压测点2的有机玻璃板5以及用于从平面连接装置6侧面固定并支撑平面连接装置6的侧面支承装置7。

如图1和图2所示，本发明实施例，平面连接装置6两侧均通过侧面支承装置7固定于地面，从而形成平面连接装置6的双向固定结构。

如图1和图2所示，本发明实施例，风屏障模拟装置1直接置于近轨道侧边；风屏障模拟装置1采用预制结构，并可在现场拼装或拆卸。

如图1和图2所示，本发明实施例，远程控制装置4包括控制器、信息储存器和信息编译器。

如图1和图2所示，本发明实施例，风压测点2的设置位置可调。

如图1和图2所示，本发明实施例，风压测点2外设有用于屏蔽风压测点2的风压屏障，远程控制装置4连接风压屏障并控制风压屏障的开闭。

本发明另一实施例的一种高速铁路风屏障风荷载现场测试方法，包括上述高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，测试步骤如下：a、将风压测点2布置在置于近轨道侧边的风屏障模拟装置1的有机玻璃板5表面，风压测点2的尾部通过测压管连接；b、通过测压管将风压测点2处的风压信息传输至数据采集装置3；c、远程控制装置4通过与数据采集装置3共同发出的无线信号进行密钥识别，并经过网络认证，控制数据采集装置3接收采集数据，实现采集信号的无线接收、存储；d、通过编制器对采集数据进行处理，从而获得风屏障风荷载。

实施时，提供高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，包括用以模拟风屏障的模拟装置1、设置在模拟装置1上的风压测点2和用以从模拟装置1获得气动信息的数据采集装置3，数据采集装置3由远程控制装置4进行控制采集，数据采集装置3和远程控制装置4之间通过两者发出的无线信号相互连接，风压数据通过编制的专用程序处理，可获得风屏障风荷载。采用本高速铁路风屏障风荷载现场测试机构直接测得的是风压，可有效地避免外力对气动力测试结果的干扰，保证测试结果的精度；数据采集通过远程控制系统操作，数据传输采用无线传输，无需工作人员现场值守，可满足列车运行时线上不得有人作业的高速铁路运行管理规定，为高速铁路风屏障风荷载的现场测试研究提供技术支撑。

提供一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，包括用以模拟风屏障的模拟装置1，设置在模拟装置1上的风压测点2和用以从模拟装置1获得气动信息的数据采集装置3，数据采集装置3由远程控制装置4进行控制采集，数据采集装置3和远程控制装置4之间通过两者发出的无线信号相互连接。风屏障模拟装置1包括用以模拟风屏障的有机玻璃板5，玻璃板两面设有测试气动性能的开孔风压测点2，其尾部通过测压管连接至数据采集装置3，有机玻璃板5通过栓接固定于平面连接装置6，并由固定于地面的侧面支承装置7双向固定。风屏障模拟装置1直接置于近轨道侧边，可测量列车风和自然风联合作用下的最不利风荷载，采用预制方式，可以现场拼装与拆卸，方便转移，并可根据现场情况调节风压测点2的位置和数量。风压测点2通过测压管传递风压信息至数据采集装置3，可有效避免外力对气动力测试结果的干扰。数据采集装置3与远程控制装置4均装有无线信号收发器，通过两者共同发出的无线信号密钥识别相互连接。远程控制装置4装有用以实现远程连接、控制、采集的控制系统。控制系统包括文件管理模块、屏幕控制模块、视频通讯模块、文字聊天模块和系统控制模块。控制系统的使用需要进行网络密钥认证。网络密钥(属于本领域公知技术)即是指在网络中使用的密钥。

提供一种高速铁路风屏障风荷载现场测试系统的测试方法，步骤如下：a、风压测点2布置在置于近轨道侧边的风屏障模拟装置1的有机玻璃板表面，其尾部通过测压管连接；b、通过测压管将风压测点2处的风压信息传输至数据采集装置3；c、远程控制装置4通过与数据采集装置3共同发出的无线信号进行密钥识别，并经过网络认证，控制数据采集装置3接收采集数据，实现采集信号的无线接收、存储；d、通过编制程序对采集数据进行处理，进而得到风屏障风荷载。

高精密装置的可拆卸调节，实现了现场装置定位准确性。根据测试装置特点，预先拼装好测试装置，并可进行调节，保证现场定位的精确性。

无线控制、采集、传输功能，实现了远程采集数据的可能性。因现场采集限制，研制的无线控制、采集、传输模块，实现远程数据的无线采集、传输和处理。

具体实施的一种风屏障风荷载现场测试机构，包括用以模拟风屏障的模拟装置1，设置在模拟装置1上的风压测点2和用以从模拟装置1获得气动信息的数据采集装置3，数据采集装置3由远程控制装置4进行控制采集，数据采集装置3和远程控制装置4之间通过两者发出的无线信号相互连接。高精度的风屏障风荷载现场测试，准确得到风屏障风荷载信息，根据测试特点，研制了风屏障模拟装置，通过角钢固定，胶合板连接，有机玻璃板为载体，开孔一系列风压测点，采用完全封闭的测压管路，保证获取气动信息的精度。因现场采集限制，研制了无线控制、采集、传输模块，实现远程数据的无线采集、传输和处理。

本实施例的，风屏障模拟装置1包括用以模拟风屏障的有机玻璃板5，玻璃板两面设有测试气动性能的开孔风压测点2，其尾部通过测压管连接至数据采集装置3，有机玻璃板5通过栓接固定于平面连接装置6，并由固定于地面的侧面支承装置7双向固定。

本实施例的，风屏障模拟装置1直接置于近轨道侧边，可测量列成风和自然风联合作用下的最不利风荷载，采用预制方式，可以现场拼装与拆卸，方便转移，并可根据现场情况调节风压测点2的位置和数量。

本实施例的，风压测点2通过测压管传递风压信息至数据采集装置3，可有效避免外力对气动力测试结果的干扰。

本实施例的，数据采集装置3与远程控制装置4均装有无线信号收发器，通过两者共同发出的无线信号密钥识别相互连接。

本实施例的，远程控制装置4装有用以实现远程连接、控制、采集的控制系统。

本实施例的，控制系统包括文件管理模块、屏幕控制模块、视频通讯模块、文字聊天模块和系统控制模块。

本实施例的，控制系统的使用需要进行网络密钥认证。

本实施例的，测压管路的数量由风压测点2的数量相应设定，并决定了传输至数据采集装置的通道数量。

具体实施的一种风屏障风荷载现场测试系统的测试方法，步骤如下：风压测点2布置在置于近轨道侧边的风屏障模拟装置1的有机玻璃板表面，其尾部通过测压管连接；通过测压管将风压测点2处的风压信息传输至数据采集装置3；远程控制装置4通过与数据采集装置3共同发出的无线信号进行密钥识别，并经过网络认证，控制数据采集装置3接收采集数据，实现采集信号的无线接收、存储；通过编制程序对采集数据进行处理，进而得到风屏障风荷载。

具体实施的一种风屏障风荷载现场测试方法，包括用以模拟风屏障的模拟装置1，风屏障模拟装置1包括用以模拟风屏障的有机玻璃板5，有机玻璃板5通过栓接固定于平面连接装置6，并由固定于地面的侧面支承装置7双向固定。玻璃板两面设有测试气动性能的开孔风压测点2，其尾部通过测压管连接至数据采集装置3，数据采集装置3由远程控制装置4进行控制采集，数据采集装置3和远程控制装置4之间通过两者发出的无线信号相互连接。

如图1，2所示，风屏障风荷载现场测试方法包括用以模拟风屏障的模拟装置1，风屏障模拟装置1包括用以模拟风屏障的有机玻璃板5，有机玻璃板5通过栓接固定于平面连接装置6，并由固定于地面的侧面支承装置7双向固定。玻璃板两面设有测试气动性能的开孔风压测点2，其尾部通过测压管连接至数据采集装置3，数据采集装置3由远程控制装置4进行控制采集，数据采集装置3和远程控制装置4之间通过两者发出的无线信号相互连接。数据采集完毕通过编制专用程序对数据进行处理，进而得到风屏障风荷载。

本发明属于国家自然科学基金项目(51178471、51322808)的重点研究内容之一，为移动列车气动性能以及安全行驶提供更为精确的风洞试验手段，从而为确保高速列车安全运营的提供技术支持。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的保护范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，包括设于桥面板(8)上的道砟(9)以及设于道砟(9)侧向的挡砟墙(10)，其特征在于，挡砟墙(10)的墙外设有用于模拟风屏障的风屏障模拟装置(1)，风屏障模拟装置(1)包括用于感应来自于高速列车运动所产生的列车风和感应外界强风的风压测点(2)、用于从风压测点(2)获取气动信息的数据采集装置(3)以及通过无线信号连接并控制数据采集装置(3)的远程控制装置(4)；

风屏障模拟装置(1)直接置于近轨道侧边，测量列车风和自然风联合作用下的最不利风荷载，采用预制方式，现场拼装与拆卸，方便转移，并根据现场情况调节风压测点(2)的位置和数量；风压测点(2)通过测压管传递风压信息至数据采集装置(3)，以有效避免外力对气动力测试结果的干扰；

通过角钢固定，胶合板连接，有机玻璃板为载体，开孔一系列风压测点，采用完全封闭的测压管路，保证获取气动信息的精度；采用无线控制、采集、传输模块，实现远程数据的无线采集、传输和处理，以克服现场采集限制。

2.根据权利要求1所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，其特征在于，数据采集装置(3)和远程控制装置(4)均装有无线信号收发器，数据采集装置(3)与远程控制装置(4)之间通过共同发出的无线信号密钥识别并相互连接。

3.根据权利要求1所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，其特征在于，风屏障模拟装置(1)还包括作为风屏障主体的平面连接装置(6)、栓接固定于平面连接装置(6)上并用于承受外界风压和安装风压测点(2)的有机玻璃板(5)以及用于从平面连接装置(6)侧面固定并支撑平面连接装置(6)的侧面支承装置(7)。

4.根据权利要求3所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，其特征在于，平面连接装置(6)两侧均通过侧面支承装置(7)固定于地面，从而形成平面连接装置(6)的双向固定结构。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，其特征在于，远程控制装置(4)包括控制器、信息储存器和信息编译器。

6.根据权利要求1至4中任一项所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，其特征在于，风压测点(2)的设置位置可调。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构，其特征在于，风压测点(2)外设有用于屏蔽风压测点(2)的风压屏障，远程控制装置(4)连接风压屏障并控制风压屏障的开闭。

8.一种高速铁路风屏障风荷载现场测试方法，其特征在于，包括权利要求1至7中任一项所述的高速铁路风屏障风荷载现场测试机构；

风屏障模拟装置(1)直接置于近轨道侧边，测量列车风和自然风联合作用下的最不利风荷载，采用预制方式，现场拼装与拆卸，方便转移，并根据现场情况调节风压测点(2)的位置和数量；风压测点(2)通过测压管传递风压信息至数据采集装置(3)，以有效避免外力对气动力测试结果的干扰；

通过角钢固定，胶合板连接，有机玻璃板为载体，开孔一系列风压测点，采用完全封闭的测压管路，保证获取气动信息的精度；采用无线控制、采集、传输模块，实现远程数据的无线采集、传输和处理，以克服现场采集限制，测试步骤如下：

a、将风压测点(2)布置在置于近轨道侧边的风屏障模拟装置(1)的有机玻璃板(5)表面，风压测点(2)的尾部通过测压管连接；

b、通过测压管将风压测点(2)处的风压信息传输至数据采集装置(3)；

c、远程控制装置(4)通过与数据采集装置(3)共同发出的无线信号进行密钥识别，并经过网络认证，控制数据采集装置(3)接收采集数据，实现采集信号的无线接收、存储；

d、通过编制器对采集数据进行处理，从而获得风屏障风荷载。