风屏障对流线型箱梁涡振性能影响机理试验研究

为研究风屏障透风率对主梁涡振性能的影响,依托某主跨808 m大跨度钢箱梁悬索桥,通过风洞测振、测压试验得到模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据.测试原桥断面在加设风屏障后±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析原桥断面和3种不同透风率风屏障以及安装水平分流板5种工况下主梁涡振响应和桥面各测点脉动压力系数均值、根方差;同时分析局部气动力与总体气动力的相关性和贡献作用.研究结果表明,原断面在+5°攻角下发生了多区间竖弯涡激振动,且涡振振幅远超规范允许值.安装不同透风率的风屏障后对主梁的涡激共振产生了有利的影响,消除了主梁原断面在低风速区间的涡振,最大振幅也有一定的减小.根据测得的压力数据分析,带风屏障主梁上表面中后部压力脉动减弱及局部气动力与总体气动力贡献系数减小使得主梁振幅有了小幅减小;在主梁风嘴处添加水平分流板后,局部气动力与总体气动力的相关性被完全破坏,压力脉动减弱,从而有效地抑制了主梁在该情况下的涡振.     

大跨度桥梁中央开槽断面的涡振控制试验

以青岛海湾大桥大沽河航道桥中央开槽主梁断面为研究对象,采用大尺度节段模型风洞试验方法,研究了不同阻尼比下两种导流板设置方案的涡振控制效果,分析了不同导流板特征尺寸和位置对随风速变化的涡振振幅的影响.试验结果表明:中央开槽断面的涡振性能较差,对导流板设置的变化比较敏感,涡振控制效果除了与原断面气动外形和槽宽有关之外,还与导流板本身的高度、长度和倾角密切相关,建议导流板高度设置需不受桥梁断面底部附属设施的阻碍,长度应适宜,倾角135°.     

中央稳定板对分体箱梁桥梁的涡振控制

以一座分体箱梁桥梁为背景,通过计算流体动力学(CFD)数值模拟和节段模型风洞试验,分别对上、下中央稳定板作用于分体箱梁的涡振控制效果展开研究.发现随着中央稳定板高度的增加,竖向涡振性能都是先变好再变差,分别在0.4倍梁高上稳定板时和0.2倍梁高下稳定板时竖向涡振振幅最小;增设上稳定板时加大了扭转涡振振幅,而下稳定板明显减小了扭转涡振振幅.CFD模拟的涡度场和压强场对比还表明,中央稳定板改变了槽中漩涡的运动方式和下风侧两端上下表面的压强,从而明显改变了竖向涡振的振幅.综合结果发现,0.2倍梁高下稳定板的涡振控制效果最好,而0.8倍梁高上稳定板的涡振控制效果最不利.     

栏杆高度对流线型箱梁涡振性能影响的试验研究

为研究栏杆高度对流线型箱梁涡激振动性能的影响并揭示其机理，通过节段模型风洞动态测压与测振试验，研究了流线型箱梁涡振响应、平均和脉动风压系数、频域特性以及局部升力对涡振的贡献系数分布情况. 结果表明：安装栏杆后主梁表面的平均风压系数增大，脉动风压系数变化复杂，脉动风压卓越频率与模型自振频率基本一致，局部升力对涡振的贡献作用增大，使主梁涡振加剧；栏杆高度的变化对主梁表面平均风压系数基本没有影响，但对其脉动风压系数的分布规律及脉动压力功率谱幅值有较大影响；栏杆高度的变化，使主梁上表面前部和尾部区域的局部升力对涡振贡献程度呈现出显著差异，当贡献值增大时，主梁涡振响应增大. 当栏杆高度为45%的梁高时流线型箱梁的涡振幅值最大，在此基础上适当降低或增大栏杆高度均有一定的抑振效果，降低栏杆高度效果更好. 研究结果为流线型箱梁栏杆的设计和相关研究提供了依据和参考.     

廊架对人行刚构桥涡振性能的影响

为研究装饰廊架对桥梁涡振性能的影响，以某带有空间廊架的景观人行桥为工程实例，制作了小、中、大3种廊架尺寸的主梁节段模型，通过节段模型风洞试验，分析廊架对主梁涡振性能的影响；为考虑实桥空间廊架造型尺寸变化对全桥气动特性的影响，通过全桥气弹模型风洞试验，分析均匀流场和紊流场中主梁跨中和1/4跨处的位移响应。结果表明：装饰廊架会明显改变主梁的涡振性能，小廊架和中廊架状态涡振性能较无廊架状态差，而大廊架状态涡振性能明显优于无廊架状态，大廊架状态除在个别工况出现小幅度涡振外，其他工况均无涡振出现；随着廊架尺寸的增大，主梁涡振性能得到改善；主梁迎风侧不同时，涡振响应会有较大差异，迎风侧宽与迎风侧窄相比，无廊架、小廊架和中廊架最大振幅分别减小49.72%、27.57%和23.21%;全桥气弹模型在均匀流场和紊流场试验中均未出现明显的涡振现象，因此安装装饰廊架的桥梁涡振性能明显优于不安装廊架状态。     

广东江顺大桥抗风性能试验研究

采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对主跨700m的广东江顺大桥主桥结构抗风性能进行研究,包括主梁、桥塔气动参数试验与CFD模拟、主梁1/60几何缩尺比节段模型测振试验、主梁1/25几何缩尺比节段模型涡振试验、全桥气弹模型试验研究等.结果表明:该桥在成桥状态和施工状态具有足够的抗风稳定性,在设计风速下涡振性能和抖振响应性能均满足规范要求;大比例主梁节段模型得到的涡振振幅小于常规比例节段模型得到的涡振振幅,表明采用常规比例模型进行桥梁主梁涡振性能评估是偏于保守的.     

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。     

Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措施

Π型钢-混凝土结合梁由于其良好的受力性能和经济性，广泛应用于大跨径斜拉 桥中，但其气动性能相对略差，若设计不当则容易出现涡激振动现象，从而影响行车舒适性、 安全性或结构疲劳寿命等. 本文以广东潮汕大桥为实际工程依托，该桥为主跨205 m的独塔双 索面Π型钢-混凝土结合梁斜拉桥，开展了Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措 施研究. 首先，采用几何缩尺比为1∶50的主梁节段模型对该桥原设计方案主梁断面运营期涡 激振动进行了试验研究；然后，分别采用下稳定板、导流板、裙板、上稳定板等气动控制措施对 主梁涡激振动响应的控制效果进行了研究；最后，采用计算流体动力学方法（Computational Fluid Dynamics，CFD）对主梁断面最终采用气动控制措施机理进行了研究. 结果表明：主梁原 设计方案在设计风速范围内存在大幅涡激共振现象，涡激振动幅值超过规范限值；采用“三道 下稳定板+两侧竖向裙板+上中央稳定板”组合气动控制措施后，主梁涡激振动响应得到明显 抑制；该组合气动控制措施对Π型钢-混凝土结合梁涡激振动的控制机理主要表现为：设置三 道下稳定板可有效破坏Π型主梁下侧较大旋涡，Π型主梁两侧设置竖向裙板改善了其气动流 线型程度，设置上中央稳定板可有效阻止主梁上侧较大旋涡的运动.     

大跨度公铁双层斜拉桥主梁涡激共振机理与控制

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托，采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果，结合计算流体动力学（CFD）静态绕流模拟，对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法. 研究表明：主梁断面原设计方案在+3°和0°风攻角下存在明显的竖向和扭转涡振现象，且振幅超过规范允许值；间隔封闭上层桥面栏杆或增设抑流板可有效抑制主梁扭转涡振，但竖向涡振振幅仍不满足规范要求；上弦杆外侧增设风嘴可有效抑制主梁竖向和扭转涡振，而下弦杆外侧增设风嘴对主梁涡振抑振效果有限. 气流经主梁原设计断面上层桥面分离后，在其上下表面形成周期性脱落的大尺度旋涡，并在上层桥面后部再附，这是主梁发生竖向涡振的主要诱因；上弦杆外侧增设风嘴可引导气流平稳通过上层桥面，消除了周期性的旋涡脱落，并在其上表面形成一段狭长“回流区”，从而有效抑制了涡振的发生.     

流线型箱梁断面涡激力展向相关试验研究

针对闭口流线型主梁结构涡激力展向相关性问题,在均匀流场条件下分别对振动状态和静止状态流线型主梁节段模型进行了不同风攻角的涡激力展向相关性试验研究,分别分析了流线型主梁断面涡激振动响应、涡激力展向相关性及主梁表面压力等.结果表明:振动状态主梁断面涡激力展向相关系数与振幅、锁定区风速等相关,锁定区上升段主梁断面涡激力展向相关系数大于锁定区最大振幅处主梁断面涡激力展向相关系数,扭转涡振锁定区升力矩展向相关系数大于竖向涡振锁定区竖向涡激力展向相关系数;振动状态主梁断面测点压力系数展向相关系数与振幅相关,振幅越大则相关系数越大.     

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.     

栏杆透风率对主梁涡振特性影响的风洞试验

为了研究栏杆透风率对箱形钢主梁涡激振动特性的影响,通过不同的封闭栏杆方案改变外侧栏杆的透风率,并在试验模型表面布置测压孔道,进行测振、测压风洞试验。采取2种封闭形式,一封三空和一封二空方案,即比原方案的透风率分别降低25%和33%。在不同的透风率工况下,同步测量主梁断面风速与振幅的关系及模型表面各测点的风压时程,分析模型表面各测点的平均压力系数、脉动压力系数及功率谱密度随栏杆透风率的变化情况。研究结果表明:降低栏杆透风率可有效抑制主梁的涡激振动;不同工况下,主梁表面压力系数的分布规律一致,仅在数值上有所差异,这是由阻风面积改变造成;封闭栏杆方案较原方案的脉动压力系数在分布规律及数值上均有显著差异;原方案绝大部分测点的涡脱频率集中在模型的竖弯和扭转频率,且能量较大,而封闭栏杆方案的涡脱频率仅有小部分集中在竖弯和扭转频率,且能量较小,栏杆透风率的降低改变气流的绕流,有效打散了能量在竖弯及扭转频率上的集中,因此未能激起结构的显著振动;涡激振动对栏杆透风率具有敏感阈值,栏杆透风率降低25%是对该桥竖弯涡振影响的阈值。     

基于精确阻尼调控的桥梁竖弯涡振Sc数影响

在桥梁气动外形和来流风场确定的条件下,Sc 数（Scruton number）是影响大跨度 桥梁涡振响应大小的关键因素. 为了开展Sc数对大跨度桥梁竖向涡振影响的精细化研究,首 先研制了适用于桥梁节段模型风洞试验的永磁式板式电涡流阻尼器,可为弹性悬挂节段模型 系统提供可连续调节的、理想线性黏滞阻尼 . 然后以带风嘴的开口断面钢混组合梁桥为研究 对象,针对+3°、0°和-3°三个风攻角和不同的Sc数开展了节段模型竖向涡振试验. 根据试验结 果,总结了节段模型涡振振幅的风速变化曲线随名义阻尼比的变化规律,分析了最大涡振振 幅随Sc数变化规律的函数拟合,并对桥梁高阶模态涡振响应进行了预测. 研究发现不同风攻 角下主梁竖向涡振的锁定风速区间都随 Sc 数的增大而缩小,最大振幅都随 Sc 数的增加而降 低,但变化曲线有显著差别;通过对三组及以上不同 Sc数的节段模型风洞试验结果进行函数 拟合,可以较好地预测节段模型最大涡振振幅随 Sc数的变化规律;在模态阻尼比相同的条件 下,大跨度悬索桥各阶竖弯模态的涡振振幅基本相同,高阶模态涡振更容易出现不满足规范 限值的情况. 研究成果为大跨度桥梁竖弯涡振响应的精细化预测提供了重要方法.     

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.     

开口断面桥梁颤振稳定性及优化措施机理研究

基于数值计算方法研究了开口断面主梁的颤振稳定性及下稳定板的作用机理.通过对比风洞试验的三分力及颤振临界风速结果,验证数值计算方法的可靠性,借助流场可视化直观地分析了颤振机理及下稳定板的抑制机理.结果 表明:来流在上游栏杆、上游箱室底板及下检修道处分离形成旋涡并向下游发展,期间产生与桥断面运动方向相同的气动力,成为颤振发散主导因素.在桥梁断面增设下稳定板能形成稳定的旋涡,气动力总体做负功,有效地抑制了颤振发散.增设1/4下稳定板,稳定板间形成了稳定的旋涡,气动力在运动周期内持续做负功,而同时增设下中央稳定板和1/4下稳定板在上游检修道与稳定板间形成的旋涡与上表面的旋涡交替主导气动力的方向,气动力先做负功后做正功再做负功.故只增设1/4下稳定板相比同时增设1/4下稳定板和下中央稳定板更有利于改善主梁的颤振稳定性能.研究结果能给同类型桥梁断面颤振抑振措施的选取提供参考.     

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.     

基于高低雷诺数试验的分离双箱涡振性能对比

为比较分离双箱涡振性能在高低雷诺数试验中的异同,在同济大学TJ-1和TJ-3风洞试验室进行了40个工况的对比试验.结果表明,在低雷诺数试验中涡振出现的阻尼比区间及其相应的振幅都较大,在高雷诺数试验中涡振出现的阻尼比区间和幅值都较小;导流板在零度攻角时无论雷诺数高低都能减小涡振振幅,但在攻角存在时,导流板仅在低雷诺数试验条件下能够增大涡振振幅而在高雷诺数试验条件下则会减小涡振振幅.最后还对试验现象差异的机制进行了分析,并对与大带东桥和昂船洲桥研究结果异同的原因进行了分析.     

分离式双箱梁斜拉桥涡激振动试验研究——以港珠澳江海直达船航道桥为例

为了研究分离式双箱梁斜拉桥的涡激振动特性,以港珠澳江海直达船航道桥为研究对象,以风洞试验为研究手段,分析加风障、增设不同开槽率的中央底板、改变腹板角度和增设导流板等气动措施对主梁涡激振动特性的影响,以及在不同风攻角下不同气动断面的涡激振动特点。试验和分析结果表明:风障虽然不能避免涡激振动的发生,但是可以有效地减小涡激振动的振动幅度;底板开槽可以有效地控制涡激振动的发生,并存在1个最佳开槽率;改变幅板角度可以有效地避免二阶涡激振动的发生,但对一阶涡激振动影响效果不明显;相比较而言,导流板设置在断面两侧是对主梁断面进行涡激控制最有效的措施。     

典型带挑臂钢箱主梁涡激力模型研究

为研究带挑臂钢箱主梁的涡激力模型,研究中以一座主跨为160 m的斜拉桥为工程背景,首先采用双向流固耦合的数值模拟方法对带挑臂钢箱主梁的涡振全过程进行了数值模拟分析,计算出主梁断面在不同风速下的涡振幅值,并与风洞试验结果进行对比 . 然后,基于已验证的数值模拟结果提取了主梁的涡激力时程,并以重构的涡激力值与目标值的残差大...     

高速铁路接触网H形钢柱涡振及驰振特性研究

针对H形断面形状易在来风时发生涡激振动和驰振现象,进行高速铁路接触网H形钢柱涡振及驰振特性研究.首先,分别进行支柱涡振、驰振节段模型试验,根据试验结果,纵向来风时支柱会发生明显的涡激振动现象,在横向来风风速大于50m/s时支柱可能会发生驰振现象;通过三组截面气动优化方案的风洞试验,结果及分析表明腹板开孔率为17％的方案对改善横风条件下的支柱驰振有明显作用,并且两个方向来风时涡激振幅均小于10mm,能够满足疲劳检算要求;最后,基于一定线路条件,分析了高速铁路H形钢柱的抗风稳定性.研究结论对于高速铁路尤其大风环境下高速铁路接触网H形支柱的选型及设计具有一定的参考和借鉴意义.