桥梁结构颤振稳定的概率性评价

在对现有桥梁颤振检验方法简要评述的基础上,提出了以我国抗风设计掼为基础的设计风速效应模型、监界风速抗力模型和颤振稳定极限状态,运用一次二阶矩理论的中心点法和验算点法建立了基于实验加理论方法的桥梁颤振稳定的概率性分析方法,并对上海杨浦大桥和江阴长江大桥进行了颤振稳定的概率性评价。     

流线型桥梁断面颤振稳定性数值模拟

对于流线型桥梁断面颤振稳定性,采用动网格实现结构分状态强迫振动法,提取稳定的气动力,按照最小二乘法求得不同折减风速的颤振导数。研究了理想薄平板的8个颤振导数,并将数值计算结果与Theodorsen理论解进行对比,发现采用该方法识别颤振导数与理论解吻合得很好。采用该方法计算了3种不同流线型桥梁断面的颤振导数,并计算了颤振临界风速。结果表明:增大主梁的宽高比,可以提高主梁的颤振稳定性;宽高比相同时,主梁底板采用折线形状要比圆弧线颤振稳定性好。     

桥梁三维颤振分析的状态空间法

本文将结构-气流作为一个系统处理,建立了桥梁三维颤振分析的状态空间法。这一方法,克服了以往理论的局限性,适用于各种复杂的桥梁结构与各种非均匀的风速场,不仅计算工作量较少,而且能够提供在整个亚临界区直至临界区结构动力特性随风速而变化的信息及其颤振形态。这一方法的建立,解决了各种复杂桥梁的颤振分析问题,对桥梁颤振特性与抗风设计方法的研究提供了有效的工具。     

大跨度桥梁颤振稳定性的简化判别

讨论了大跨桥梁两种颤振理论的临床界风速实用计算公式，并给出了一个统一表达形式的临界风速近似估算公式，讨论了攻角对颤振形态和Ｔｈｅｏｄｏｒｓｏｎ数的影响，最后提出一个大跨桥梁颤振稳定性的简化判据，供桥梁初步设计阶段进行抗风设计使用。     

开口桥梁断面颤振及气动措施的数值与试验研究

针对典型开口桥梁断面颤振抑振措施进行了风洞试验和数值模拟研究.风洞试验结果表明,原型断面在较低风速即发生了颤振失稳现象.通过数值模拟方法进行了颤振模拟,与风洞试验得到了一致的颤振临界风速,并研究了其颤振机理,即高折减风速下断面下表面产生的旋涡脱落及其漂移与断面扭转位移相匹配,产生了与断面运动方向相同的气动扭矩,导致了颤振发散.数值模拟显示,下稳定板可以有效阻碍断面下表面旋涡的脱落和运动,使得气动力在断面运动周期内做功为负,抑制颤振发散.节段模型风洞试验和全桥模型风洞试验结果显示,下稳定板是开口桥梁断面颤振的有效气动抑振措施.     

大跨度桥梁的三维非线性颤振领域分析

在PK－F法的基础上,考虑结构以及动力随风速的非线性变换因素,提出了大跨度桥梁的三维非线性颤振频域分析方法,该方法能预测出结构在颤振前后整个过程的振动特性以及颤振监界状态,并且可以对结构变截面、复杂结构等情况进行分析,最后,对江阴长江大桥和荆沙长江大桥进行了颤振分析,揭示了非线性因素对桥梁结构颤振特性的影响以及不同断面桥梁结构颤振形态的内在本质和统一性。     

大跨度流线型箱梁悬索桥颤振稳定性气动优化

以主跨为1 660 m流线型箱梁悬索桥为工程依托,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要因素(主缆空间形式、主梁气动外形和中央稳定板高度)进行了研究,并对气动控制措施机理进行了探讨.结果表明:主缆布置形式对桥梁结构颤振临界风速的影响主要表现为主缆布置形式导致桥梁结构扭转频率的改变,从而影响桥梁结构颤振临界风速;适当增加主梁断面宽高比可有效提高桥梁结构颤振临界风速;设置合适高度的中央稳定板可有效提高带水平分离板的流线型箱梁断面颤振临界风速.中央稳定板附近产生的涡会引起主梁断面竖向气动力增加,导致主梁断面竖向运动参与程度提高,抑制了主梁断面扭转运动,从而提高了流线型箱梁断面颤振稳定性.     

基于状态空间的桥梁颤振分析

针对基于Scanlan自激力模型的桥梁颤振分析方法不能直接以风速作为参数对颤振临界风速进行自动无迭代搜索的缺陷,采用现代控制理论中对动态系统的状态空间描述方式,将结构和气流作为一个动态系统,在状态空间内对自激力进行表达,建立桥梁颤振运动方程并实现了桥梁颤振临界风速的直接求解.通过对系统状态空间中的气动状态进行优化处理,减小了系统状态空间的维数,并结合模态跟踪技术解决了基于状态空间颤振分析中关于结构固有模态根识别的问题.以具有理论解的理想平板截面的简支梁为例验证了算法的正确性,并将其应用于润扬长江大桥的颤振分析中,分析结果和风洞试验结果基本一致.     

由动态阻尼特性判断结构颤振的临界风速

将航空理论中的飞机机翼颤振的分析方法U-g法引入到桥梁颤振的研究中，从而可以由结构的动态阻尼特性，即由g随来流风速U或由对数衰减率dk随折减速度的变化曲线，来判断桥梁发生颤振的临界风速，并就具体的算例进行了研究，良好的结果验证了该方法在土木工程中的适用性。     

桥梁连续型控制颤振理论研究

为了控制大跨桥梁的颤振,提出了能同时控制桥梁竖向、横向、扭转振动的三向控制器;并将其沿全桥主跨连续布置,提出了相应连续型控制颤振理论.以某大跨斜拉桥梁为实际工程背景,将连续控制器沿主跨连续布置,用优化被动控制理论和ANSYS软件,建立了全桥的有限元模型,通过对未安装控制器和安装不同参数控制器的桥梁有限元对比分析可知,连续型控制器能显著提高颤振临界风速.     

典型桥梁断面软颤振现象及影响因素

采用弹簧悬挂节段模型测振的试验方法研究了常用的全封闭箱梁断面、中央开槽箱梁断面、半封闭箱断面和双边肋断面等4种典型桥梁断面可能出现的软颤振响应.试验结果表明:上述4种断面均可能出现不同尺度的软颤振现象,软颤振表现为弯扭自由度耦合的单频振动特征,其耦合程度不仅会随着风速的变化而变化,而且会随着断面流线性变好而增加;流线性较差的钝体断面的软颤振风速区间往往很宽.桥面附属结构会增强软颤振响应,而改变结构阻尼对软颤振稳定振幅的影响并不明显.     

基于性能的大跨桥梁颤抖振响应概率性评价

大跨度桥梁颤抖振响应因风场的随机性呈现较大差异,建立基于性能的大跨度桥梁概率性评价方法尤为重要。文章建立了基于性能的大跨度桥梁颤抖振性能概率性评价方法;首先对同风速时的风场进行10～20组多组随机生成,分别计算不同风速、不同随机风场下桥梁的随机振动响应;然后对同风速下多组响应计算结果进行最不利响应曲线拟合,确定结构响应的概率分布;最后基于结构最不利响应,确定不同损伤程度的界限,建立大跨桥梁损伤的评价标准,对桥梁随机振动全过程损伤程度进行评价,建立不同损伤级别下的损伤曲线。研究结果表明:跨中最不利响应的均值在横向与竖向随风速呈幂指数增长;Q-Q图显示同一平均风速下,跨中横向和竖向随机振动的最不利响应符合正态分布且与风速大小无关;基于行人和行车舒适度的评价标准,结构竖向损伤比横向均对风速更加敏感,结构的损伤主要由竖向损伤控制。     

大风攻角下钢桁梁悬索桥颤振性能研究

由于地形干扰,山区桥位风环境复杂,易表现出较大的来流风攻角.为探明大跨度桥梁在大风攻角下的颤振性能,本文以西部某深切峡谷区大跨度钢桁梁悬索桥为工程背景,通过节段模型风洞试验得到了-7°～+7°大攻角范围内的颤振临界风速.采用多种气动措施对原始断面进行优化,以明确气动优化措施对大风攻角范围颤振性能的影响.结果表明:所研究桥梁颤振临界风速在-5°～+3°的大范围攻角内均较低;封闭桥面板中央开槽、检修道不透风、上下中央稳定板等不同气动措施对主梁在小攻角与较大攻角颤振性能的影响特点不同;采用封闭中央槽和检修道并设置合理高度的上下中央稳定板时,颤振临界风速得到较大提高且主梁阻力系数相对较小.     

紊流对桥梁颤振特性影响的实验研究

以常用的钝头形和近流线形两种桥梁断面为对象,通过在不同紊流强度的均匀格栅紊流下的节段模型风洞实验,研究了紊流强度对桥梁颤振导数及颤振临界风速的影响。     

独塔单索面斜拉桥节段模型风洞试验与计算分析

以某主跨为136 m独塔单索面斜拉桥为工程背景,进行了该桥主梁节段模型测振及测力风洞试验,并在试验的基础上进行了风荷载计算和抖振响应计算.试验与计算结果表明:最大双悬臂状态和成桥状态在设计风速范围内发生了一些小幅涡振现象,但该桥涡振振幅满足规范要求;桥梁最大双悬臂状态和成桥状态颤振临界风速远大于颤振检验风速,大桥具有足够的颤振稳定性.     

间断型三向TMD桥梁颤振控制

为了控制桥梁结构风致振动,提出了间断型三向调谐质量阻尼器(TMD)的概念,旨在提高桥梁结构的颤振临界风速,并提出了间断型三向TMD控制系统及其相应的理论和计算方法.间断型三向TMD能同时控制桥梁结构横向、竖向和扭转三个方向的风致振动.通过最优控制理论计算得出系统的最优参数,通过风洞试验和Ansys软件模拟计算,得到重要结论:参数合理的间断型三向TMD系统能显著提高桥梁结构颤振临界风速.     

沿海典型大跨桥梁桥址区台风极端风荷载预测与应用

基于日本气象局1951年至2015年西北太平洋最佳路径数据库,采用地理加权回归方法,分别建立了台风路径、强度和风场参数递推模型,并结合台风边界层三维风场解析模型,提出了适用于我国沿海地区台风风灾模拟的随机模拟算法。以深中通道伶仃洋航道桥为工程背景,开展了桥址区10万年台风随机模拟,分别构建了极值风速的重现期曲线、超越概率曲线和竖向风剖面等,可直接应用于指导桥梁的抗台风设计。最后,在考虑伶仃洋航道桥结构参数和气动参数不确定性基础上,开展了该桥的颤振可靠度分析,评估其在台风作用下的颤振失效概率和安全性能。     

钢桁梁颤振气动优化措施攻角效应及分离式改善

钢桁梁是建造大跨悬索桥的常用主梁结构形式,其颤振稳定性较差,通常需要采用气动优化措施提高颤振临界风速.文中以某大跨度钢桁架悬索桥为工程背景,通过节段模型风洞试验测试颤振临界风速,探讨了中央稳定板、水平稳定板及上平联下侧稳定板等常规气动措施对该钢桁梁颤振临界风速的影响,发现常规气动措施对颤振临界风速的影响具有攻角效应.提出采用分离式的气动措施,包括分离式水平稳定板、格栅式水平稳定板、分离式上平联下侧稳定板.此类措施在一定程度上可以改善攻角效应,提高钢桁梁颤振临界风速.     

大跨桥梁分离式三箱梁附加攻角效应研究

为研究附加攻角效应对分离式三箱梁颤振性能的影响,结合节段模型风洞试验和理论计算方法获得初始风攻角下的附加攻角,并通过计算流体动力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）数值模拟方法求解初始风攻角下的颤振临界风速. 结果表明,分离式三箱梁的初始风攻角及箱梁之间的横梁对附加攻角有较大影响,节段模型在0°~+7°风攻角下存在十分显著的附加攻角效应,且表现为扭转振幅快速增大的硬颤振. 节段模型自由振动风洞试验难以直接获得分离式三箱梁在小风攻角下的准确颤振临界风速. 对于主跨3?300?m的悬索桥,0°初始风攻角下在颤振失稳前的静风附加攻角达到+7°以上,颤振临界风速大大降低,气弹稳定性得不到充分发挥. 因此,对于采用分离式三箱梁断面的超大跨径桥梁,在抗风设计中应对其附加攻角效应予以重视.     

基于TMDI的大跨度桥梁颤振控制理论研究

为解决传统调谐质量阻尼器（Tuned Mass Dampers， TMD）在低频大跨度桥梁中静位移过大的问题，提出采用调谐质量惯容阻尼器（Tuned Mass Damper Inerter， TMDI）提高大跨度桥梁的颤振临界风速. 提出了一种适用于桥梁颤振控制的TMDI布置形式，并基于二维耦合颤振理论，建立桥梁-TMDI系统运动微分方程，进而导出系数多项式特征方程. 根据劳斯-赫尔维茨稳定性判据，计算颤振临界风速. 以具有理想平板断面的简支梁为例，分析TMDI在桥梁颤振控制方面的有效性，并探讨了TMDI各参数设置对颤振控制的影响. 研究结果表明，TMDI可以有效提高桥梁颤振临界风速. 与传统TMD相比，虽然引入惯容可能会稍微削弱其控制效果，但却可以大幅降低质量块静位移，从而在实际工程中具有更高的实用价值.