基于拉格朗日体系的典型桥梁断面风-雨耦合作用数值模拟

对典型桥梁断面风-雨耦合作用下的静三分力进行了CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究.对计算流体动力学软件进行二次开发,采用DPM(Discrete Phase Model)模型结合UDF(User Defined Function)函数施加源项的方法来研究风-雨耦合作用对桥梁断面静三分力系数的影响.将空气作为连续相通过欧拉法求解,采用基于拉格朗日体系的离散相模型对雨滴运动轨迹进行求解,引入离散随机游走模型来考虑旋涡对雨滴运动的影响,并通过冲量定理得到风-雨耦合下的雨滴对主梁断面的冲击载荷.通过与文献结果比较来验证方法的正确性,然后研究了风-雨耦合作用对典型桥梁断面三分力系数的影响,以及三维风-雨耦合作用对典型桥梁断面的作用机理,为研究桥梁风-雨耦合荷载提供了基础理论方法.     

桁架桥主梁三分力系数试验

针对制振措施可能影响到结构的静力稳定性的问题,结合某大桥节段模型风洞试验,以中央稳定板、栏杆透风率、风障和车辆作为分析三分力系数的影响因素,共模拟了13种工况,得到各种制振措施对桁架桥主梁静力三分力系数的影响规律。结果表明：三分力系数的改变直接影响到静风荷载,这些参数的变化对主梁静风荷载的影响不容忽视;中央稳定板的不同设置方法对主梁静力三分力系数的影响明显,单独设置上中央稳定板时主梁阻力系数显著增大,在大风攻角时增幅超过100%;下中央稳定板和封闭栏杆的组合设置对主梁静力影响较小;风障的设置显著增大了主梁阻力系数。     

桥梁主梁断面三分力系数的数值模拟研究

CFD方法相对于传统的风洞试验方法有着费用少、省时省力、良好的重复性等特点,其突出的优点是实现了流动的可视化。本文以苏通长江大桥为模型,对不同攻角下主梁断面的三分力系数进行了数值识别,并将数值识别结果与风洞试验值作了比较,验证了采用CFD技术识别桥梁三分力系数方法的可行性和可靠性。文中还给出了0°攻角下流场的速度和压强的等值线图和云图。     

大跨度高铁连续梁桥箱梁断面静力三分力系数的数值模拟

我国高铁桥梁建设发展迅猛,其中一大批桥梁处于强台风多发区,其抗风性能备受重视,高铁桥梁的主梁断面静力三分力系数分析是其抗风研究的基础。本文基于计算流体动力学(CFD)技术,对东南沿海某大跨度高铁连续梁桥箱梁断面静力三分力系数开展研究,考虑不同风攻角和主梁断面尺寸对静力三分力系数的影响,并将识别结果与已有数值计算结果进行对比。结果表明:采用CFD技术可有效识别高铁连续梁桥钝体箱梁断面静力三分力系数,箱梁断面尺寸的变化对静力三分力系数影响显著。随着断面高宽比的增大,箱梁断面的阻力系数和升力系数也随之增大,而升力矩系数随之减小。研究结论可为大跨度高铁连续梁桥的抗风研究与设计提供有益参考。     

中承式桁架拱桥节段模型风洞试验研究

通过重庆朝天门长江大桥的节段模型静力试验和动力试验,获得了主梁及主拱的静力三分力系数随攻角的变化规律、主梁的颤振特性,识别了主梁的8个颤振导数,并对试验获得的结果进行了详细分析;对该桥的主梁和主拱结构的抗风性能进行了评价。     

桥梁断面三分力系数的数值风洞研究

基于计算流体力学(CFD)方法,利用商业软件FLUENT计算风对桥梁的静力作用,以一大跨桥梁的扁平箱梁为模型,分别以Realizable k-ε和SST k-ω湍流模型建立流场,提取不同攻角下的桥梁三分力系数,与物理风洞试验数据进行对比,给出主梁断面周围流场的压强与速度分布图并进行分析。结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果基本吻合,其结果精度能满足工程上的需求,进一步验证CFD能较为精确的数值模拟主梁断面的三分力系数并且在显示流体流动方面有极大的优越性。     

基于车激索力响应的斜拉桥主梁损伤识别研究

基于车桥耦合振动理论,建立车桥索耦合振动方程,求解得到车激索力时程响应,其次定义主梁刚度折减系数为主梁损伤因子,根据泰勒级数展开方法建立索力响应与损伤因子的灵敏度方程,然后采用Tikhonov正则化方法和有限元模型修正技术求解该方程,得到主梁的损伤因子,从而实现对主梁的损伤识别.最后,以实验室独塔斜拉桥试验模型为例,对主梁单一位置损伤和多位置的损伤识别进行了数值仿真,并探讨了车辆参数、噪声干扰等对损伤识别结果的影响.结果表明:提出的识别方法理论正确,识别的结果可信,且该方法对车辆的参数、斜拉索的选择不敏感,可用不同参数车辆激励下的任意一根斜拉索的索力响应对斜拉桥主梁各种损伤位置和损伤程度进行有效识别.     

组合梁斜拉桥有效宽度系数及实用计算方法

为了掌握组合斜拉桥主梁混凝土桥面板在轴向力和弯矩共同作用下有效宽度系数沿跨长方向的分布规律,进行了空间有限元计算,提出了斜拉索水平轴向力作用下混凝土桥面板有效宽度系数沿跨长方向分布曲线计算公式.同时,通过理论分析得出了弯矩作用下混凝土桥面板有效宽度系数计算方法.研究结果表明:斜拉索水平轴向力在混凝土桥面板中的传递角度可取28°;综合考虑轴力和弯矩复合作用的有效宽度系数实用计算方法,能够准确反映组合斜拉桥混凝土板的应力状态,对保证结构安全、改进设计方法具有重要参考价值.     

沧口航道桥主梁静风稳定性分析

沧口航道桥(双塔双索面钢箱梁斜拉桥)是青岛海湾大桥的主通航孔桥,为确保其在建成运营后的抗风稳定性、安全性和适用性,对其主梁进行了静风稳定性分析;采用FLUID软件计算主梁静力三分力系数,对主梁节段模型进行静力三分力系数风洞试验(与计算数据相吻合),然后求解主梁静风扭转发散临界风速,采用ANSYS软件求解其动力特性和主梁的静风横向屈曲临界风速。结果表明:主梁静风扭转发散、横向屈曲临界风速计算最小值分别为579 m/s和745.6 m/s,均远大于检验风速95.8 m/s,因而沧口航道桥主梁的空气静力稳定性能够得到足够保证。     

风屏障对桥梁及车桥系统气动特性影响的数值研究

利用数值模拟方法探究风屏障参数对流线型桥梁气动特性的影响;分析风屏障对不同桥型气动特性的影响并进行横向对比;讨论风屏障的透风率对车桥系统的气动特性以及流场的影响,通过分析车桥的三分力系数、压力云图、速度流线图、车桥表面风压分布以及风剖面等特征,揭示风屏障对车桥系统气动特性的影响机理。研究结果表明:风屏障能降低主梁上方的流速,从而减小列车的阻力和力矩,但同时也增加了桥的阻力,因此,安装风屏障可提高列车的行驶安全性但不利于桥梁抗风;针对流线型主梁断面,当风屏障高度为3 m且透风率为30%时为最优组合,此时车桥系统的阻力系数可达到最小值1.33;风屏障对不同桥型的遮蔽效应不同,相同的风屏障遮蔽效应对流线型主梁断面的影响远大于对钝体主梁断面的影响。