CN111324982A - 一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，包括：S1：建立CFD数值分析模型：进行数值计算并确定边界条件；S2：分析侧风环境下桥上列车气动性：通过不同风速下桥上列车所受的阻力、升力和倾覆力矩变化规律，得到列车受侧风的影响结果；S3：分析风雨环境下桥上列车气动性：通过雨滴对列车的影响，得到列车在风雨环境下气动力变化结果；S4：风雨‑车‑轨‑桥耦合：形成风雨‑列车‑轨道‑桥梁耦合大系统；S5：建立桥上行车安全多水准评价准则：通过风雨‑列车‑轨道‑桥梁耦合大系统建立桥上行车安全多水准评价准则；利用风雨‑列车‑轨道‑桥梁耦合大系统能够准确有效的桥上列车运行安全的判别结果，从而保障列车行车安全。

Description

一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法

技术领域

本发明涉及桥上列车运行安全领域，具体是一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法。

背景技术

随着我国高速铁路建设力度的加大，为减少施工工期、控制线路沉降量，我国多是以“以桥代路”的方式进行高速铁路建设，因此保证高速列车在桥上运行时的安全是保障高速铁路安全高效运营的基础。侧风、降雨和降雪等自然环境作用作为引起桥梁安全事故的重要因素，同时会威胁桥上列车的运行安全。因此，研究恶劣天气条件下高速铁路桥上列车的气动特性则显得尤为重要。

在现有技术中对侧风作用下的高速铁路桥上行车安全的研究正在飞速发展中，在现有技术中已经能够得到侧风作用下铁路悬索桥的行车安全，这是基于风-车-桥耦合振动理论，得到了平均风速横风作用下车辆安全通过某桥的车速阈值；而若通过对车-桥系统进行风洞试验，测试均匀流环境下车辆和桥梁的气动力系数，便能够以此分析了风向角对桥上行车的影响。

然而，以上的研究均是针对侧风这一单一天气条件下进行的。由于在沿海地区有台风登陆的情况下，降雨会有明显的增幅现象，导致暴雨的产生，从多年的统计数据及相关报道中也可以看出，在沿海地区发生台风时多伴有暴雨，为了弥补单一天气条件研究的缺点，需要将风雨共同作用将会导致车辆的气动特性发生变化，从而威胁高速铁路行车安全性的问题进行仔细地研究。因为当列车在平地上行驶时，风雨同时作用将会对列车周围气流造成影响从而改变列车受力，威胁行车安全。

因此，如何基于计算流体力学理论，通过数值计算方法，探明风雨共同作用对高速铁路桥上列车气动特性的影响规律，为后续研究高速铁路桥梁和列车风致安全提供参考便成为桥上列车运行安全领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术采用单一的天气条件进行桥上列车运行安全的判别所得出的结果不准确的不足，提供了一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，通过数值计算方法，探明风雨共同作用对高速铁路桥上列车气动特性的影响规律，从而得到准确有效的桥上列车运行安全的判别结果。

本发明的目的主要通过以下技术方案实现：

一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，包括以下步骤：

S1：建立CFD数值分析模型：选取高速铁路桥梁箱梁，并获取桥梁断面几何尺寸，采用标准k-ε湍流模型和欧拉－拉格朗日离散相模型进行数值计算并确定边界条件，通过桥梁及列车的几何尺寸结合湍流模型分析列车所受气动力；

S2：分析侧风环境下桥上列车气动性：通过不同风速下桥上列车所受的阻力、升力和倾覆力矩变化规律，得到列车受侧风的影响结果；

S3：分析风雨环境下桥上列车气动性：通过增加雨滴对列车的影响，计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩，得到列车在风雨环境下气动力变化结果；

S4：风雨-车-轨-桥耦合：通过建立列车模型、钢轨模型、桥梁模型，在列车和钢轨之间及钢轨和桥梁之间分别通过轮轨相互作用及桥轨相互作用形成列车-轨道-桥梁耦合大系统，将得到的风雨耦合下的各个气动力加进车-轨-桥耦合系统得到风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统；

S5：建立桥上行车安全多水准评价准则：通过风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统建立桥上行车安全多水准评价准则，以桥上行车安全多水准评价准则进行桥上列车运行安全的判别。

本发明旨在探究风雨耦合作用下高速铁路桥上列车行车安全性的判别方法，量化风雨等自然环境对高速铁路桥上列车行车安全性的影响，在步骤S1中，为了研究风雨联合作用对桥上列车气动特性的影响，选取高速铁路桥梁常用的箱梁进行分析，本发明对计算模型的边界条件设置为连续相和离散相，所述标准k-ε湍流模型是针对二维不可压薄剪切曾湍流建立的双方程湍流模型；在步骤S2中通过不同风速下桥上列车所受的阻力、升力和倾覆力矩变化规律能够有效的得到列车受侧风影响最大的位置；在步骤S3中通过列车在风雨环境下气动力变化结果能够有效的分析出风雨环境下气动力对列车的影响；在步骤S4中在已经得到了桥上列车在风雨环境下的列车气动力，之后的工作则是将该作用力加入到车-轨-桥耦合系统中，该车-轨-桥耦合动力模型，包括三个子模型：列车模型、钢轨模型、桥梁模型，列车和钢轨之间及钢轨和桥梁之间分别通过轮轨相互作用及桥轨相互作用形成列车-轨道-桥梁耦合大系统；本发明中将风雨耦合下的气动力加入到车-轨桥系统中进行数值计算，从而得到列车在风雨耦合作用下的行车安全指标，将计算得到的安全指标和安全规范里规定的限值进行对比，从而有效的评定列车行车的安全性。

进一步的，所述步骤S1中包括：

S1.1：计算区域及边界条件：通过桥梁所处无限大的外部流场，进行数值计算，拟定合适的计算区域，保证雨滴从计算域入口下落至结构物时已与风场充分作用；

S1.2：网格划分及湍流模型选取：在ICEM CFD中建立桥梁及列车的几何模型，并划分网格，网格采用非结构化网格。

在步骤S1.1中，计算模型的边界条件设置包括连续相和离散相，连续相的进风口采用速度进口边界条件，出口为压力出口边界，上下边界采用无滑移壁面条件，离散相中的雨滴从上边界下落至结构物，因此上边界采用射流源边界条件，雨滴撞击在车体上时形成水膜，因此车体采用壁面覆膜边界条件，出口设置为逃逸边界条件，其余边界设置为捕集边界条件；而在步骤S1.2中在ICEM CFD中建立桥梁及列车的几何模型，并划分网格，网格采用非结构化网格，由于梁体和列车周围的流体状态会发生显著变化，故在梁体和列车周围需要对网格进行加密，由于列车在桥上运行时周围风场所涉及的流体流动一般为湍流，故采用标准k-ε湍流模型进行数值模拟，本发明采用通用流体动力学软件FLUENT对高速列车周围流场进行分析，从而求解列车在侧风和风雨联合环境下所受的阻力、升力和倾覆力矩。

进一步的，所述步骤S3中包括：

S3.1：计算雨滴颗粒直径及竖直射入速度：在某一历时内的平均降落量为降雨强度，通过降雨强度直接分析降雨过程中的雨滴粒径大小，采用服从M-P分布的雨滴谱来表征单位体积内雨滴粒径、雨强和雨滴数的关系，如下所示：

N(D)＝N₀e^-λD

式中，N(D)为单位体积内雨滴直径为D的雨滴数；N₀为浓度，取8000；λ＝4.1I^-0.21；

工程上为简化计算，将雨强为I时的雨滴粒径D统一用4阶等效粒径D₀表示，即

雨滴下落至结构物的终点速度直接影响了雨滴的作用力大小。本文采用的雨滴下落速度计算模型如下式所示：

式中，V_v(D)为雨滴竖直下落速度。

S3.2：分析风雨联合作用对桥上列车的影响：选用欧拉-拉格朗日离散相模型对其进行求解，并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。由于雨滴颗粒在空气中的分布较为稀疏，总的体积分数小于10％，故选用欧拉-拉格朗日离散相模型对其进行求解，并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。

进一步的，所述步骤S3.2中包括：

S3.2.1：分析降雨强度对风雨环境下列车气动力的影响：选取恒定的风速并改变降雨量，以列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置分析并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩；

S3.2.2：分析风速对降雨环境下列车气动力变化的影响：选取恒定的降雨量并改变风速，以列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置分析并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。

进一步的，所述步骤S5中包括：

S5.1，将轨道不平顺输入风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统，形成特定车速、桥梁附加变形条件下的列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型；

S5.2，采用列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型进行计算，得到车辆的车体竖向振动加速度、车体横向振动加速度、轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率及脱轨系数；

S5.3，根据车辆安全性指标限值及车辆舒适性指标限值，对该车速及桥梁附加变形条件下的车-轨-桥耦合振动分析结果进行评价；

S5.4，如果无指标超限，则保持车速不变，增大桥梁附加变形值，重复S5.1至S5.3，直到某项指标超过限值，这时的桥梁附加变形值即为当前车速下的桥梁附加变形阈值；

S5.5，改变车速，重复S5.1至S5.4，可以得到不同车速条件下的桥梁附加变形阈值；

S5.6，得到不同车速条件下的桥梁附加变形阈值，通过比较得到桥梁附加变形阈值和车速阈值间的对应关系，通过对应关系制定产生桥梁附加变形的桥梁的桥上行车安全多水准评价准则。

综上所述，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

(1)本发明能够通过计算流体动力学-有限元方法-多体动力学原理的联合仿真方法评估了在风雨耦合作用下高速铁路桥上列车行车安全性，并通过探明风雨共同作用对高速铁路桥上列车气动特性的影响规律，从而得到列车-轨道-桥梁耦合大系统，利用列车-轨道-桥梁耦合大系统能够准确有效的桥上列车运行安全的判别结果；

(2)通过采用通用流体动力学软件FLUENT对高速列车周围流场进行分析，从而得到列车在侧风和风雨联合环境下所受的阻力、升力和倾覆力矩，通过将阻力、升力和倾覆力矩加进车-轨桥系统中，从而使得列车-轨道-桥梁耦合大系统能够有效并准确的得到列车运行时的行车安全指标，并通过制定产生桥梁附加变形的桥梁的桥上行车安全多水准评价准则得到最终的列车运行安全判别结果。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：

图1为本发明具体实施方式中桥梁断面几何尺寸图；

图2为本发明具体实施方式中计算域正视图；

图3为本发明具体实施方式中计算域侧视图；

图4为本发明具体实施方式中计算域及边界层网格图；

图5为本发明具体实施方式中侧风作用下列车所受阻力图；

图6为本发明具体实施方式中侧风作用下列车所受升力图；

图7为本发明具体实施方式中侧风作用下列车所受倾覆力矩图；

图8为本发明具体实施方式中风雨联合作用下15m/s侧风速度下列车阻力图；

图9为本发明具体实施方式中风雨联合作用下15m/s侧风速度下列车升力图；

图10为本发明具体实施方式中风雨联合作用下15m/s侧风速度下列车倾覆力矩图；

图11为本发明具体实施方式中风雨联合作用下25m/s侧风速度下列车阻力图；

图12为本发明具体实施方式中风雨联合作用下25m/s侧风速度下列车升力图；

图13为本发明具体实施方式中风雨联合作用下25m/s侧风速度下列车倾覆力矩图；

图14为本发明具体实施方式中风速对降雨环境下列车阻力变化率图；

图15为本发明具体实施方式中风速对降雨环境下列车升力变化率图；

图16为本发明具体实施方式中风速对降雨环境下列车倾覆力矩变化率图；

图17为本发明具体实施方式中桥上行车安全多水准评价准则制定流程图；

图18为本发明具体实施方式中列车-轨道-桥梁耦合动力模型图；

图19为本发明具体实施方式中四轴车辆动力学模型侧视图；

图20为本发明具体实施方式中四轴车辆动力学模型端视图；

图21为本发明具体实施方式中四轴车辆动力学模型俯视图；

图22为本发明具体实施方式中轨道结构振动分析模型侧视图；

图23为本发明具体实施方式中轨道结构振动分析模型端视图；

图24为本发明具体实施方式中车速-桥梁附加变形阈值关系桥墩沉降图；

图25为本发明具体实施方式中车速-桥梁附加变形阈值关系徐变上拱图；

图26为本发明所述方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。

实施例：

如图1～17所示，在本实施例中选取高速铁路桥梁(双线)常用的箱梁进行分析，桥梁断面几何尺寸见图1所示。高速列车模型采用三车编组方式，头车和尾车长25.7m，高3.7m，宽3.38m；中间车长度为25m，高3.7m，宽3.38m。首先按照步骤S1：建立CFD数值分析模型：选取高速铁路桥梁箱梁，并获取桥梁断面几何尺寸，采用标准k－ε湍流模型和欧拉－拉格朗日离散相模型进行数值计算并确定边界条件，通过桥梁及列车的几何尺寸结合湍流模型分析列车所受气动力；通过下列步骤进行：

S1.1：计算区域及边界条件：通过桥梁所处无限大的外部流场，进行数值计算，拟定合适的计算区域，保证雨滴从计算域入口下落至结构物时已与风场充分作用；

S1.2：网格划分及湍流模型选取：在ICEM CFD中建立桥梁及列车的几何模型，并划分网格，网格采用非结构化网格。由于列车在桥上运行时周围风场所涉及的流体流动一般为湍流，故采用标准k-ε湍流模型进行数值模拟，本实施例中采用通用流体动力学软件FLUENT对高速列车周围流场进行分析，从而求解列车在侧风和风雨联合环境下所受的阻力、升力和倾覆力矩，所考虑的计算工况见表1所示。

表1风雨作用工况

S2：分析侧风环境下桥上列车气动性：通过不同风速下桥上列车所受的阻力、升力和倾覆力矩变化规律，得到列车受侧风的影响结果；按照图中给出的不同风速下桥上列车所受的阻力、升力和倾覆力矩变化规律，将倾覆力矩作用位置选择高速列车背风侧与钢轨的接触点位置，即列车底部背风侧距中心线0.7175m的位置处，由图可得，当列车在桥上运行时，所受的阻力、升力和倾覆力矩均随风速的增加而加大，所以，中间车受到侧风的影响最大。

S3：分析风雨环境下桥上列车气动性：通过增加雨滴对列车的影响，计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩，得到列车在风雨环境下气动力变化结果；

S3.1：计算雨滴颗粒直径及竖直射入速度：在某一历时内的平均降落量为降雨强度，通过降雨强度直接分析降雨过程中的雨滴粒径大小，采用服从M-P分布的雨滴谱来表征单位体积内雨滴粒径、雨强和雨滴数的关系，如下所示：

N(D)＝N₀e^-λD

式中，N(D)为单位体积内雨滴直径为D的雨滴数；N₀为浓度，取8000；λ＝4.1I^-0.21；

工程上为简化计算，将雨强为I时的雨滴粒径D统一用4阶等效粒径D₀表示，即

雨滴下落至结构物的终点速度直接影响了雨滴的作用力大小。本文采用的雨滴下落速度计算模型如下式所示：

式中，V_v(D)为雨滴竖直下落速度。

S3.2：分析风雨联合作用对桥上列车的影响：由于雨滴颗粒在空气中的分布较为稀疏，总的体积分数小于10％，选用欧拉-拉格朗日离散相模型对其进行求解，并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。

S3.2.1：分析降雨强度对风雨环境下列车气动力的影响：选取恒定的风速并改变降雨量，以列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置分析并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩；以风速为15m/s和25m/s时，分析不同降雨强度对桥上列车气动力的影响规律，由图可得降雨会明显改变桥上列车在侧风作用下的气动力。在所考虑的两种风速下，列车所受阻力随降雨强度的增加而增大。其中，尾车阻力变化最大。当风速为15m/s时，随着降雨强度逐渐增加至150mm/h，尾车阻力增加了6.6％。头车和尾车的升力也基本与雨强成正比。尾车升力的变化幅度最大，风速为15m/s时，雨强改变使得尾车升力提高了82.5％，方向竖直向下。中间车的升力变化不明显。列车的倾覆力矩与降雨强度呈正比，但变化不明显，主要原因是选取的列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置。随着阻力的增大，列车的倾覆力矩会提高，但降雨同样会导致列车竖直向下的升力提高从而降低倾覆力矩。中间车的倾覆力矩变化量最大，当风速为15m/s时，中间车倾覆力矩最大提高了5.3％。总的来看，降雨对列车升力的影响最明显。

S3.2.2：分析风速对降雨环境下列车气动力变化的影响：选取恒定的降雨量并改变风速，以列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置分析并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。以无降雨和降雨强度为50mm/h两种情况为例，计算头车、中间车和尾车所受气动力，分析了不同风速对降雨环境下列车气动力的影响规律，由图可得，对于头车、中间车和尾车，当风速为15m/s和20m/s时，降雨对列车的阻力和升力作用影响最为明显。当风速较大时，降雨对列车的影响远小于侧风的作用，由降雨引起的列车气动力变化已经很小。

S4：风雨-车-轨-桥耦合：通过建立列车模型、钢轨模型、桥梁模型，在列车和钢轨之间及钢轨和桥梁之间分别通过轮轨相互作用及桥轨相互作用形成列车-轨道-桥梁耦合大系统，将得到的风雨耦合下的各个气动力加进车-轨-桥耦合系统得到风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统；

S5：建立桥上行车安全多水准评价准则：通过风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统建立桥上行车安全多水准评价准则，以桥上行车安全多水准评价准则进行桥上列车运行安全的判别。

S5.1，将轨道不平顺输入风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统，形成特定车速、桥梁附加变形条件下的列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型；

S5.2，采用列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型进行计算，得到车辆的车体竖向振动加速度、车体横向振动加速度、轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率及脱轨系数；

S5.3，根据车辆安全性指标限值及车辆舒适性指标限值，对该车速及桥梁附加变形条件下的车-轨-桥耦合振动分析结果进行评价；

S5.4，如果无指标超限，则保持车速不变，增大桥梁附加变形值，重复S5.1至S5.3，直到某项指标超过限值，这时的桥梁附加变形值即为当前车速下的桥梁附加变形阈值；

S5.5，改变车速，重复S5.1至S5.4，可以得到不同车速条件下的桥梁附加变形阈值；

S5.6，得到不同车速条件下的桥梁附加变形阈值，通过比较得到桥梁附加变形阈值和车速阈值间的对应关系，通过对应关系制定产生桥梁附加变形的桥梁的桥上行车安全多水准评价准则。

由于四轴车辆主要包括1个车体、2个构架和4副轮对共7个刚体及一、二系悬挂装置等，每个刚体考虑伸缩、沉浮、横摆、侧滚、点头、摇头6个运动自由度，每辆车共包含42个运动自由度，并考虑了抗蛇形减振器及横向止当的非线性特性。列车车辆模型通过多体动力学软件SIMPACK建立，主要包括车体、构架、轮对、一二系悬挂、轴箱、抗蛇行减振器、横向减振器、抗侧滚扭杆、转臂、横向止挡、牵引拉杆等。车体、构架及轮对均采用7号铁路铰与大地坐标系连接，有6个自由度；轴箱采用2号铰与轮对连接，仅有绕轮轴转动1个自由度。一二系悬挂、抗蛇行减振器、横向减振器、竖向减振器、抗侧滚扭杆、转臂、横向止挡及牵引拉杆均采用力元模拟。

针对桥上板式无砟轨道，轮轨作用主要受钢轨高频振动影响，本发明主要建立了钢轨的振动模型，轨道板及底座板以参振质量的形式考虑在桥梁振动模型中。板式无砟轨道振动模型的侧视图及端视图如图所示。本实施例采用ANSYS建立桥梁及钢轨有限元模型，桥梁、钢轨模型均采用梁单元建立。在ANSYS中通过子结构分析得到桥梁和钢轨模型的质量、刚度信息文件及几何信息文件，然后通过SIMPACK的FBI文件生成器生成桥梁及钢轨结构的柔性体输入文件，并通过SIMPACK的有限元接口模块实现有限元模型向多体动力学系统的导入。桥梁模型以柔性体的形式导入SIMPACK，导入后需要选择模态阶数或频率范围来确定结构的计算模态。钢轨模型以柔性轨道的形式导入SIMPACK，柔性轨道作为铁路轨道基础的一部分可直接和车辆实现轮轨耦合。轮轨接触采用法向上的Hertz非线性弹性接触理论和切向上的Kalker非线性简化理论-FASTSIM算法。桥梁和钢轨之间通过添加5号力元模拟扣件弹簧，以实现桥-轨相互作用。

轨道随机不平顺可通过轨道谱生成或采用实测轨道不平顺，桥梁附加变形的影响通过轨道附加不平顺的方式考虑到车-轨-桥耦合振动模型中。首先将桥梁附加变形输入桥梁-钢轨变形映射模型中，得到钢轨的附加变形，即轨道附加不平顺。而后，将轨道随机不平顺和轨道附加不平顺叠加，输入车-轨-桥耦合振动模型，作为车-轨-桥耦合系统的激扰源。

通过计算流体动力学-有限元方法-多体动力学原理的联合仿真方法评估了在风雨耦合作用下高速铁路桥上列车行车安全性，并通过探明风雨共同作用对高速铁路桥上列车气动特性的影响规律，从而得到列车-轨道-桥梁耦合大系统，利用列车-轨道-桥梁耦合大系统能够准确有效的桥上列车运行安全的判别结果，通过制定产生桥梁附加变形的桥梁的桥上行车安全多水准评价准则，能够有效的保障桥上列车运行安全。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：建立CFD数值分析模型：选取高速铁路桥梁箱梁，并获取桥梁断面几何尺寸，采用标准k－ε湍流模型和欧拉－拉格朗日离散相模型进行数值计算并确定边界条件，通过桥梁及列车的几何尺寸结合湍流模型分析列车所受气动力；

S2：分析侧风环境下桥上列车气动性：通过不同风速下桥上列车所受的阻力、升力和倾覆力矩变化规律，得到列车受侧风的影响结果；

S3：分析风雨环境下桥上列车气动性：通过增加雨滴对列车的影响，计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩，得到列车在风雨环境下气动力变化结果；

S4：风雨-车-轨-桥耦合：通过建立列车模型、钢轨模型、桥梁模型，在列车和钢轨之间及钢轨和桥梁之间分别通过轮轨相互作用及桥轨相互作用形成列车-轨道-桥梁耦合大系统，将得到的风雨耦合下的各个气动力加进车-轨-桥耦合系统得到风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统；

S5：建立桥上行车安全多水准评价准则：通过风雨-列车-轨道-桥梁耦合大系统建立桥上行车安全多水准评价准则，以桥上行车安全多水准评价准则进行桥上列车运行安全的判别。

2.根据权利要求1所述一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，其特征在于，所述步骤S1中包括：

S1.1：计算区域及边界条件：通过桥梁所处无限大的外部流场，进行数值计算，拟定合适的计算区域，保证雨滴从计算域入口下落至结构物时已与风场充分作用；

S1.2：网格划分及湍流模型选取：在ICEM CFD中建立桥梁及列车的几何模型，并划分网格，网格采用非结构化网格。

3.根据权利要求1所述一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，其特征在于，所述步骤S3中包括：

S3.1：计算雨滴颗粒直径及竖直射入速度：在某一历时内的平均降落量为降雨强度，通过降雨强度直接分析降雨过程中的雨滴粒径大小，采用服从M-P分布的雨滴谱来表征单位体积内雨滴粒径、雨强和雨滴数的关系，如下所示：

N(D)＝N₀e^-λD

式中，N(D)为单位体积内雨滴直径为D的雨滴数；N₀为浓度，取8000；λ＝4.1I^-0.21；

S3.2：分析风雨联合作用对桥上列车的影响：选用欧拉-拉格朗日离散相模型对其进行求解，并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。

4.根据权利要求1所述一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，其特征在于，所述步骤S3.2中包括：

S3.2.1：分析降雨强度对风雨环境下列车气动力的影响：选取恒定的风速并改变降雨量，以列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置分析并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩；

S3.2.2：分析风速对降雨环境下列车气动力变化的影响：选取恒定的降雨量并改变风速，以列车倾覆中心为列车背风侧与钢轨相接触的位置分析并计算桥上运行列车的阻力、升力和倾覆力矩。

5.根据权利要求1所述一种风雨环境下桥上列车运行安全的判别方法，其特征在于，所述步骤S5中包括：

S5.1，将轨道不平顺输入列车-轨道-桥梁耦合大系统，形成特定车速、桥梁附加变形条件下的列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型；

S5.2，采用风雨-列车-轨道-桥梁耦合振动分析模型进行计算，得到车辆的车体竖向振动加速度、车体横向振动加速度、轮轨垂向力、轮轨横向力、轮重减载率及脱轨系数；

S5.3，根据车辆安全性指标限值及车辆舒适性指标限值，对该车速及桥梁附加变形条件下的车-轨-桥耦合振动分析结果进行评价；

S5.4，如果无指标超限，则保持车速不变，增大桥梁附加变形值，重复S5.1至S5.3，直到某项指标超过限值，这时的桥梁附加变形值即为当前车速下的桥梁附加变形阈值；

S5.5，改变车速，重复S5.1至S5.4，可以得到不同车速条件下的桥梁附加变形阈值；

S5.6，得到不同车速条件下的桥梁附加变形阈值，通过比较得到桥梁附加变形阈值和车速阈值间的对应关系，通过对应关系制定产生桥梁附加变形的桥梁的桥上行车安全多水准评价准则。

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