高速鐵路車站雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應

劉伯奇，李文斌，胡海天，馮海龍，徐安東，張 騫,3

（1.中國鐵道科學研究院集團有限公司 鐵道建筑研究所，北京 100081；2.青島大學 機電工程學院，山東 青島 266071；3.中車青島四方機車車輛股份有限公司 高速列車系統(tǒng)集成國家工程實驗室，山東 青島 266111）

目前，國內(nèi)外學者針對高速列車氣動載荷及其對雨棚結(jié)構(gòu)的動力響應進行了大量探索研究。列車高速行駛或兩車交會時，會對周圍空氣產(chǎn)生劇烈擾動，列車風對鐵路沿線設施的影響也隨之增大［1-5］。費瑞振等［6-7］對列車通過隧道時的空氣動力學問題進行研究，驗證隧道內(nèi)相關人員的安全退避距離與隧道附屬設施的安全性。李紅梅等［8］運用滑移網(wǎng)格技術與大渦模擬湍流的算法，研究不同列車高速通過聲屏障時水平向的脈動風壓分布規(guī)律。馮瑞龍［9］采用Realizablek-ε湍流模型，分析列車通過時站臺門所受的列車風載荷。米宏廣等［10］采用有限體積法與滑移網(wǎng)格技術，對列車高速通過雨棚及張弦梁的列車風載荷分布規(guī)律進行研究。楊娜、鄭凱修等［11-12］運用k-ε湍流模型與動滑移網(wǎng)格技術，模擬CRH380A 型動車組通過時不同外形雨棚的動力響應。Baker 等［13］通過建立1∶25 列車比例模型，對聲屏障、天橋、車站頂棚等基礎設施所受列車風致效應進行測試。程建峰等［14］以1∶20 試驗列車比例模型，模擬列車單車通過和雙車交會時雨棚所受的動力響應。在以往雨棚動力響應研究中，主要側(cè)重于對車站雨棚屋面板和雨棚主體結(jié)構(gòu)的研究，而對雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應研究相對較少。

本文運用FLUENT 軟件分析雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓分布規(guī)律；以此作為外部激勵，對雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應進行分析，確定雨棚附屬結(jié)構(gòu)薄弱部位。對現(xiàn)存典型雨棚附屬結(jié)構(gòu)的連接方式進行分析比選，將不同連接方式互相組合，以雨棚附屬結(jié)構(gòu)的最不利工況為極限條件，對其進行動力響應分析，以確定不同連接方案下雨棚附屬結(jié)構(gòu)的合理高度，為車站雨棚附屬結(jié)構(gòu)的設計安裝提供理論依據(jù)。

1 雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓

1.1 雨棚附屬結(jié)構(gòu)風場數(shù)值模型

為仿真雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓，建立高速列車及雨棚附屬結(jié)構(gòu)數(shù)值模型。雨棚附屬結(jié)構(gòu)數(shù)值模型根據(jù)某車站雨棚實際尺寸進行建模，雨棚下方設置高為1.5 m 的站臺，保留雨棚屋面板與附屬結(jié)構(gòu)（LED 屏等迎風體），屋面板寬度為58.9 m，長度為422.0 m，為半封閉式結(jié)構(gòu)。

運用FLUENT 軟件建立三維黏性非定常Real?izablek-ε湍流流場模型。高速列車數(shù)值模型選用8節(jié)CR400AF 型動車組模型，列車長209.0 m，寬3.3 m，高4.0 m，建模時忽略受電弓、轉(zhuǎn)向架等細部結(jié)構(gòu)。CR400AF型動車組模型如圖1所示。

圖1 CR400AF型動車組模型

為保證計算精度同時節(jié)約計算資源，對整個仿真計算模型進行簡化，外流場區(qū)域總寬度為100 m，總長度為2 452 m。整個流場分成若干采用結(jié)構(gòu)化六面體網(wǎng)格的子塊，并通過改變網(wǎng)格疏密程度以消除網(wǎng)格相關性，車頭、車尾、車身周邊區(qū)域的網(wǎng)格密集，遠離列車表面空間的網(wǎng)格較稀疏。高速列車模型網(wǎng)格數(shù)約1 000 萬個，整體模型總網(wǎng)格數(shù)約3 000 萬個。列車風壓計算時雨棚附屬結(jié)構(gòu)模型網(wǎng)格與高速列車模型車頭網(wǎng)格如圖2所示。

圖2 雨棚附屬結(jié)構(gòu)和高速列車車頭模型網(wǎng)格

選用理想空氣流場，定義列車初始運動時后側(cè)邊界為壓力進口邊界，前側(cè)邊界為壓力出口邊界；選取標準壁面函數(shù)模擬壁面附近的流場；設置列車與空氣之間的交界面為交互邊界，不同計算區(qū)域的數(shù)據(jù)通過交界面?zhèn)鬟f和交換。

為探究高速列車單車通過時某車站雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓分布規(guī)律，在雨棚附屬結(jié)構(gòu)迎風面中心處分別設置28 個監(jiān)控點，仿真附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓。在車站站牌、出站口指示牌、LED 屏的迎風面上分別布置F1，F(xiàn)2和F3風壓傳感器，在雨棚第12跨與13跨之間的屋面板上布置F4風壓傳感器，測試實車通過時的列車風壓。雨棚附屬結(jié)構(gòu)監(jiān)控點（編號1—28）和測點（編號F1—F4）布置俯視圖如圖3所示。

圖3 雨棚附屬結(jié)構(gòu)監(jiān)控點及測點布置俯視圖

雨棚附屬結(jié)構(gòu)的最大安裝高度為10.5 m，為探究該雨棚不同高度附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓分布規(guī)律，在高度方向設置10 個監(jiān)控點，其中監(jiān)控點自距站臺2 m 處開始從下向上依次布置，且監(jiān)控點間距為1 m。

1.2 列車風壓數(shù)值驗證

現(xiàn)場采用CYG1721 風壓傳感器進行列車風壓測試，傳感器性能指標精度等級見表1。

表1 CYG1721風壓傳感器不同性能指標下精度等級

為驗證模型準確性，將雨棚附屬結(jié)構(gòu)實測列車風壓數(shù)據(jù)與模擬列車風壓數(shù)據(jù)進行對比。實測時現(xiàn)場無大風干擾，高速列車以350 km·h-1速度級全速通過雨棚時，風壓傳感器F3 測試的列車風壓時程曲線與仿真LED屏所受列車風壓時程曲線如圖4所示。實測與仿真風壓數(shù)據(jù)對比見表2。

圖4 實測與仿真列車風壓時程曲線對比

表2 實測與仿真風壓數(shù)據(jù)對比

由圖4 和表2 可知：當列車通過雨棚時，雨棚車站站牌、LED 屏的風壓時程曲線變化趨勢均與實測變化趨勢基本一致，均表現(xiàn)為先正后負，再由負轉(zhuǎn)正；雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓對比的最大誤差均小于5.0%，驗證了仿真模型合理可靠。

1.3 車速對雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓影響

為了研究列車車速對雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓的影響，分別仿真計算高速列車以200，250，300，350 和400 km·h-1速度級通過雨棚時，該雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓極值見表3。

根據(jù)表3 數(shù)據(jù)，繪制出高速列車以不同速度級通過雨棚時不同類型附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓極值散點圖，并擬合出列車風壓極值與列車速度的函數(shù)關系。

表3 不同雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓極值

其中LED 屏所受風壓極值與列車速度的關系如圖5所示。

圖5 LED屏所受風壓極值與列車速度關系

由擬合函數(shù)關系可知：在同等高度下雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓極值隨著速度的提高而增大；當高速列車以不同速度級單車通過雨棚時，LED 屏所受列車正風壓極值約與速度的2.03次方成正比，負風壓極值約與速度的1.98 次方成正比；車站站牌正風壓極值約與速度的1.88 次方成正比，負風壓極值約與速度的1.92 次方成正比；出站口指示牌正風壓極值約與速度的1.98 次方成正比，負風壓極值約與速度的1.94次方成正比。

1.4 高度對雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓的影響

在同一雨棚中，不同類型附屬結(jié)構(gòu)存在高度不一致的情況，為探究不同高度下雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓的影響規(guī)律，以400 km·h-1速度級為例，仿真分析列車單車通過雨棚時不同高度雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受風壓極值，見表4。

表4 列車以400 km· h-1速度級通過時不同高度風壓極值

根據(jù)表4 中的數(shù)據(jù)，繪制列車以400 km·h-1速度級通過雨棚時不同高度風壓極值散點圖，并擬合出列車風壓極值與高度的關系如圖6所示。

圖6 400 km· h-1速度級下風壓極值與高度關系

由圖6 可知：雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓極值隨著高度的增加而減??；當列車以400 km·h-1速度級通過雨棚時，列車正風壓極值約與高度的0.67 次方成反比，負風壓極值約與高度的0.56 次方成反比。

2 列車風作用下雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應

2.1 仿真模型

選用ABAQUS 軟件對列車風作用下的雨棚附屬結(jié)構(gòu)進行動力響應分析。以某雨棚附屬結(jié)構(gòu)LED 屏為例，建立LED 屏模型。LED 屏頂部連接方式為帶有支撐板的焊接，焊腳與支撐板厚度均為10 mm，連接桿為空心圓柱，外圓直徑為130 mm，壁厚為25 mm。連接桿與底部連接件為嵌套式結(jié)構(gòu)，并采用焊接連接，底部連接件與LED 屏之間采用M10 螺栓連接。底部連接件長度為300 mm，寬度為100 mm，厚度為20 mm，支撐板厚度為10 mm。模型中，焊縫與支撐板、連接桿間以及支撐板與鋼梁和底部螺栓間的連接均采用“TIE”約束關系模擬。LED 屏網(wǎng)格單元類型為正六面體C3D8R，網(wǎng)格數(shù)量為141 288 個。LED 屏整體模型及頂部焊接連接和底部螺栓連接模型如圖7所示。

圖7 LED屏附屬結(jié)構(gòu)模型

雨棚附屬結(jié)構(gòu)主要為Q345 鋼金屬構(gòu)件，六角螺栓材料為304 不銹鋼，LED 屏主要由Q345 鋼與有機玻璃2 種材料構(gòu)成，車站站牌與出站口指示牌主要由Q345 鋼與聚氯乙烯2 種材料構(gòu)成。相關材料參數(shù)見表5。

表5 雨棚附屬結(jié)構(gòu)材料參數(shù)

2.2 模態(tài)分析

為分析雨棚附屬結(jié)構(gòu)的固有特性，對不同類型雨棚附屬結(jié)構(gòu)進行模態(tài)分析。選用ABAQUS 軟件中的lanczos 算法對附屬結(jié)構(gòu)的自振頻率進行分析，能準確且高效地獲得附屬結(jié)構(gòu)的模態(tài)振型和各階頻率。不同附屬結(jié)構(gòu)自振特性見表6，其中LED屏前4階振型如圖8所示。

表6 不同附屬結(jié)構(gòu)自振特性

由表6 及圖8 可知：不同附屬結(jié)構(gòu)前3 階的自振頻率均表現(xiàn)為低頻振動，但第4階的自振頻率相對較大；其中LED 屏的1 階振型主頻為1.16 Hz，主要表現(xiàn)為繞雨棚橫梁的前后搖擺。

圖8 LED屏前4階振型

2.3 動力響應

為研究雨棚附屬結(jié)構(gòu)受列車風作用下的應力極值并確定附屬結(jié)構(gòu)薄弱部位，對雨棚附屬結(jié)構(gòu)進行動力響應分析。選用ABAQUS/Explicit 顯式算法求解雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應，此算法為時域直接積分法中的中心差分法，通過微小增量步的疊加進而計算相關結(jié)構(gòu)的動態(tài)情況，適合解決附屬結(jié)構(gòu)多個獨立構(gòu)件間復雜接觸的瞬時響應問題。將仿真得到的雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓極值作為外部載荷，對雨棚附屬結(jié)構(gòu)進行激勵，當高速列車分別以不同速度級通過雨棚時LED屏薄弱部位應力極值見表7。

表7 LED屏薄弱部位動力響應極值

由表7可知：LED屏薄弱部位應力極值隨車速提高而增大，且應力極值均出現(xiàn)在頂部連接部位。

在400 km·h-1速度級下LED 屏薄弱部位應力云圖如圖9所示。

圖9 LED屏附屬結(jié)構(gòu)薄弱部位應力云圖

由表7及圖9可知：當高速列車以400 km· h-1速度級通過該雨棚時，LED 屏表現(xiàn)為繞雨棚橫梁的前后搖擺；頂部連接部位應力極值為71.46 MPa，底部連接件應力極值為65.41 MPa，螺栓應力極值為42.12 MPa，應力極值均小于Q345鋼許用應力，滿足強度要求。

高速列車以不同速度級通過雨棚時，車站站牌、出站口指示牌的應力極值變化規(guī)律與LED 屏相似。雨棚附屬結(jié)構(gòu)應力極值隨著速度提高而增大；在相同速度級下，LED 屏應力極值最大，車站站牌次之，出站口指示牌最??；LED屏在3種附屬結(jié)構(gòu)中安全性最低。

2.4 疲勞壽命

雨棚附屬結(jié)構(gòu)受到列車風壓反復作用，根據(jù)《鋼結(jié)構(gòu)設計標準》［15］中的規(guī)定，當應力變化的循環(huán)次數(shù)n≥5×104次時應進行疲勞計算。據(jù)現(xiàn)場觀察統(tǒng)計，每日通過該車站的列車頻次不少于80 次（包含上下行），依據(jù)《建筑結(jié)構(gòu)可靠度設計統(tǒng)一標準》［16］，鐵路永久性建筑物的設計壽命為100 a，可知連接件載荷循環(huán)次數(shù)應大于5×104次，因此，須對雨棚附屬結(jié)構(gòu)進行疲勞壽命分析。

基于疲勞累積損傷理論，運用疲勞分析軟件FE-SAFE 計算在列車風致應力極值的作用下，循環(huán)載荷對附屬結(jié)構(gòu)的疲勞損傷。將ABAQUS 軟件中計算得到的雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應結(jié)果文件導入FE-SAFE 軟件，并針對雨棚附屬結(jié)構(gòu)薄弱部位進行疲勞壽命計算。該結(jié)構(gòu)表面粗糙度介于1.6～4.0 μm。當列車以400 km·h-1速度級通過該雨棚時，應力較大、疲勞壽命較短的LED 屏頂部連接部位和底部連接螺栓疲勞壽命分布如圖10 所示。圖中：藍色表示該部位疲勞壽命相對較短，紅色反之。

圖10 頂部連接部位和底部連接螺栓疲勞壽命分布

由圖10 可知：高速列車以400 km·h-1速度級通過該雨棚時，LED 屏頂部連接部位疲勞損傷主要發(fā)生在頂部支撐板與鋼梁接觸部位，疲勞壽命為106.460=2 884 031 次，底部連接螺栓疲勞損傷主要發(fā)生在螺栓受剪切位置，螺栓疲勞壽命為106.940=8 709 635次，其疲勞壽命高于頂部連接部位。

通過對雨棚附屬結(jié)構(gòu)薄弱部位疲勞壽命計算，得到高速列車以不同速度級通過時雨棚附屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命見表8。

表8 高速列車以不同速度級通過時雨棚附屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命

由表8 可知：雨棚附屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命隨著車速提高而降低，其中LED 屏疲勞壽命小于列車以相同速度級通過時車站站牌、出站口指示牌的疲勞壽命；雨棚附屬結(jié)構(gòu)頂部連接部位的疲勞壽命小于底部連接件的疲勞壽命，且LED 屏頂部連接部位的疲勞壽命最短。

由現(xiàn)場觀察統(tǒng)計可知，每日高速列車上下行通過該雨棚最高頻次為148 次，其單側(cè)通過頻次最高為74 次?？紤]列車車速、頻次等對雨棚附屬結(jié)構(gòu)疲勞損傷的最不利影響，在現(xiàn)有運營條件下，假設每天列車均以350 km·h-1最高運營速度在附屬結(jié)構(gòu)的鄰側(cè)線路通過，通過次數(shù)為74 次，則100 a 內(nèi)通過次數(shù)約為2.70×106次，小于LED 屏附屬結(jié)構(gòu)載荷循環(huán)次數(shù)，則該雨棚附屬結(jié)構(gòu)服役100 a 不會發(fā)生疲勞破壞。

3 環(huán)境風與列車風共同作用下雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應

前面分析了列車風作用下雨棚附屬結(jié)構(gòu)的動力響應規(guī)律，而在實際工況中，雨棚附屬結(jié)構(gòu)不僅受到列車風作用，還會受到環(huán)境風影響。將環(huán)境風和列車風疊加在一起作為外部載荷，明確共同作用下的極限條件，進而通過對雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應分析，確定最低設計高度。

3.1 雨棚附屬結(jié)構(gòu)不同連接方式動力響應

根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研，附屬結(jié)構(gòu)頂部和底部存在多種連接方式且不統(tǒng)一，為了研究不同組合方案下，雨棚附屬結(jié)構(gòu)的動力響應規(guī)律，對連接方式及組合方案進行標號如表9、圖11所示。

表9 連接方式及組合方案標號

圖11 連接方式及組合方案標號

當列車以400 km·h-1速度級通過雨棚時，保持底部連接方式不變，對3種不同頂部連接方式的LED 屏附屬結(jié)構(gòu)分別進行動力響應分析，應力極值見表10。

表10 400 km· h-1速度級下3種頂部連接方式應力極值

由表10可知：在3種頂部連接方式中，螺栓連接的應力極值最大，焊接連接的應力極值次之，帶有支撐板的焊接連接應力極值最小。

當列車以400 km·h-1速度級通過雨棚時，保持頂部連接不變，對底部螺栓連接時3種不同螺栓排布方式的LED 屏附屬結(jié)構(gòu)分別進行動力響應分析，應力極值見表11。

表11 400 km· h-1速度級下3種底部連接方式應力極值

由表11可知：在3種底部連接方式中，應力集中區(qū)域均位于螺栓連接部位，其中螺栓單排排布連接的應力極值最大，螺栓四角分布連接的應力極值次之，2排螺栓連接的應力極值最小。

由表10 和表11 的數(shù)據(jù)分析可知：頂部連接方式中帶有支撐板的焊接連接應力極值最小，底部連接中2 排螺栓連接應力極值最小，因此，上述2 種連接方式的組合方案為最優(yōu)方案，該方案對應標號3-C。

3.2 極限條件下雨棚附屬結(jié)構(gòu)動力響應

在實際工況中，雨棚附屬結(jié)構(gòu)不僅受到列車風作用，還會受到環(huán)境風影響。根據(jù)標準GB/T 28591—2012《風力等級》［17］可知：當環(huán)境風的風力達到9 級烈風時會對建筑物造成部分損傷，故選取出現(xiàn)頻次相對較高且不造成結(jié)構(gòu)主體破壞的8級風的風壓極值作為雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受環(huán)境風極限條件；400 km·h-1速度級單車通過雨棚時，風壓極值隨著附屬結(jié)構(gòu)高度的增高而減小，而雨棚附屬結(jié)構(gòu)的最低設計高度要求不低于3 m，因此選擇附屬結(jié)構(gòu)高度3 m 處的風壓極值作為雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風極限條件。根據(jù)標準GB/T 28591—2012《風力等級》［17］可得8 級大風的最大風速為20.7 m· s-1，考慮最不利工況，取風攻角為0°。

根據(jù)標準GB 50009—2012《建筑結(jié)構(gòu)荷載規(guī)范》［18］可知基本風速與基本風壓轉(zhuǎn)換式為

式中：ρ0為基本風壓，kN·m-2；ρ為空氣密度，kg· m-3；v0為基本風速，m· s-1。

由式（1）可得8 級風風壓為267.81 Pa，將該風壓與列車以400 km·h-1速度級單車通過雨棚且附屬結(jié)構(gòu)高度3 m 處的風壓極值進行疊加，且假設列車風壓和大風風壓作用方向一致，可得雨棚附屬結(jié)構(gòu)受列車風與環(huán)境風二者共同作用的風壓極值為469.53 Pa，即為極限條件下的風壓極值。

為了確定極限條件下雨棚附屬結(jié)構(gòu)的合理安裝高度，將8 級風風壓與400 km·h-1速度級下不同高度列車風壓進行疊加，總風壓極值見表12。

表12 環(huán)境風與不同高度列車風壓疊加后總風壓極值

將上述極限條件中的風壓極值469.53 Pa 作為外部載荷，對最優(yōu)組合方案3-C 的LED 屏附屬結(jié)構(gòu)進行動力響應分析，薄弱部位的應力云圖見圖12。

由圖12 可知：在極限條件下最優(yōu)組合方案的LED 屏附屬結(jié)構(gòu)頂部連接部位應力極值為466.0 MPa，底部連接件應力極值為354.6 MPa，應力極值大于Q345 鋼的屈服極限，附屬結(jié)構(gòu)連接部位會產(chǎn)生明顯的塑性變形，造成列車運行安全風險。

圖12 極限條件下最優(yōu)組合方案的頂部連接部位與底部連接件應力云圖

由于應力極值位于頂部焊接部位，根據(jù)《機械設計手冊》［19］，建筑Q345 鋼結(jié)構(gòu)角焊縫許用應力為167.0 MPa，螺栓連接件許用應力為172.5 MPa，以此為限定條件，確定不同組合方案下LED 屏的合理高度范圍，其中最優(yōu)組合方案下LED 屏高度與應力極值的關系如圖13所示。

圖13 最優(yōu)組合方案下LED屏應力極值與高度關系

由圖13 中擬合函數(shù)可計算出最低設計高度為5.72 m?？紤]到該雨棚高度為11.50 m，LED屏高為1.0 m，則LED屏底面和站臺之間的最大凈高為10.50 m。所以在該雨棚最優(yōu)組合方案下LED 屏的合理設計高度范圍為5.72～10.50 m。

將疊加后的總風壓極值作為外部載荷，分別對LED 屏附屬結(jié)構(gòu)不同組合方案進行動力響應分析，得到9種組合方案下應力極值與高度的擬合函數(shù)見表13。

由表13 可知：1-A，1-B 和1-C 這3 種方案的最低設計高度基本相同，主要是頂部螺栓連接部位為應力集中區(qū)域，在這3種組合方案下，雖然底部3 種連接方式A，B 和C 均存在優(yōu)劣，但是與頂部連接方式1 進行組合后，均為頂部螺栓連接部位最先受到破壞，在整個組合方案中上述3種方案均為最不利組合方案。在最優(yōu)組合方案3-C中，滿足極限條件下的最低設計高度為5.72 m。

表13 9種組合方案應力極值與高度的擬合函數(shù)

4 結(jié)論

（1）在同等高度下，雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓極值隨著車速的提高而增大；在同等車速下，雨棚附屬結(jié)構(gòu)所受列車風壓極值隨著高度的增加而減小，當列車以400 km·h-1速度級通過雨棚時，列車正風壓極值約與高度的0.67 次方成反比，列車負風壓極值絕對值約與高度的0.56次方成反比。

（2）當列車以相同速度級通過該雨棚時，LED 屏附屬結(jié)構(gòu)的應力極值最大，車站站牌附屬結(jié)構(gòu)的應力極值次之，出站口指示牌附屬結(jié)構(gòu)的應力極值最小，其中LED 屏附屬結(jié)構(gòu)所受列車正風壓極值約與速度的2.03 次方成正比，負風壓極值絕對值約與速度的1.98次方成正比。

（3）雨棚附屬結(jié)構(gòu)疲勞壽命隨著車速提高而降低，在相同工況下，3種典型雨棚附屬結(jié)構(gòu)中LED屏附屬結(jié)構(gòu)的疲勞壽命最短，且LED 屏附屬結(jié)構(gòu)頂部連接部位的疲勞壽命最短，但在現(xiàn)有運營條件下，該雨棚附屬結(jié)構(gòu)服役100 a不會發(fā)生疲勞破壞。

（4）擬合得出LED 屏附屬結(jié)構(gòu)的9 種不同組合方案應力極值與高度的函數(shù)關系，其中最優(yōu)組合方案下該雨棚附屬結(jié)構(gòu)的合理設計高度范圍為5.72～10.50 m。