风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

进入21世纪的桥梁风工程研究

对21世纪初桥梁风工程的重点方向进行展望，从桥梁风振理论的精细化、桥梁风振机理研究、计算流体动力学（CFD）的应用、气动参数识别的改进和超大跨度桥梁的抗风对策等几个方面说明其 重要性以及研究的主攻方向，以期在新世纪初利用我国大规模桥梁建设的有利形势，使 我国的桥梁风工程研究通过创新，实现跨越式前进，达到世界先进水平。     

不同结构参数下桥梁风障阻风性能试验研究

为探究不同结构参数对桥梁风障阻风性能,本文通过风洞试验,获取了不同构造形式的挡风障整体及局部流场分布规律。试验结果表明,不同风速下,桥梁风障后方折减规律一致。利用风速折减系数作为风障阻风性能评价指标,定量的分析比较了挖板圆孔式风障及障条式风障在不同风速工况下的阻风效果,发现安装桥梁挡风障后,车道上风速折减系数最低仅为裸桥工况的20%,同时对比分析了孔隙率、障条宽度等结构参数对桥梁风障阻风性能的影响规律,试验结果为桥梁挡风障的设计提供了理论参考。     

基于混合遗传算法的高速公路桥梁风屏障参数优化

为了优化高速公路桥梁风屏障参数,研究了风屏障参数对于车桥系统气动特性的影响.通过风洞试验考虑不同高度和透风率的风屏障,分别获取桥梁和车辆的气动力系数,进而得到桥梁在静风稳定性检验风速下的侧向位移和车辆在设计车速行驶下的失稳临界风速.采用多目标遗传算法(NSGA-Ⅱ),以桥梁侧向位移与车辆临界风速为优化目标,将风屏障高度和透风率作为变量,得到相应的Pareto最优解集.利用数据包络法(DEA)对Pareto解集中个体的相对效率值进行评估,最终得到最优风屏障参数.结果 表明:透风率为30％、高度为3.2 m的风屏障对于桥梁和车辆的综合抗风效果最佳.     

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.     

风屏障高度对城轨专用斜拉桥车桥系统气动特性的影响

在综合考虑风屏障高度对桥梁及桥上列车气动特性影响的前提下,采用风洞试验和数值模拟相结合的方法,研究在桥梁上设置不同高度风屏障的情况下列车与桥梁的气动力系数以及车桥系统周围的流场分布情况。研究结果表明:随风屏障高度增加,桥梁的阻力系数明显增大,而桥上列车的阻力系数相应减小,桥梁与列车的升力系数变化不明显;在侧风作用下,风屏障高度对处于桥面迎风位置列车的所受气动力影响较明显;风屏障高度对车桥系统周围流场的影响较明显,当风屏障高度增加时,梁体迎风面正压区显著增大;车体迎背风面的压力分布不仅受风屏障高度的影响,而且受列车在桥面的位置的影响。     

不同结构参数下桥梁风障阻风性能试验

为探究不同结构参数对桥梁风障阻风性能,通过风洞试验,获取不同构造形式的挡风障整体及局部流场分布规律.试验结果表明,不同风速下,桥梁风障后方折减规律一致.利用风速折减系数作为风障阻风性能评价指标,定量分析比较挖板圆孔式风障及障条式风障在不同风速工况下的阻风效果,发现安装桥梁挡风障后,车道上风速折减系数最低仅为裸桥工况的20%;同时对比分析孔隙率、障条宽度等结构参数对桥梁风障阻风性能的影响规律,试验结果为桥梁挡风障的设计提供了理论参考.     

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.     

风与车流联合作用下在役桥行车舒适性研究

现有基于风-汽车-桥梁耦合振动的行车舒适性研究中,较少考虑了车流随机性和路面等级退化因素,致使分析成果具有一定局限性.本文综合考虑了车流随机性和路面等级退化等因素,运用一种新的车辆和路面等级退化模型分析大跨度桥梁的振动及行车舒适性.建立一个包含座椅及车辆纵向振动的24自由度空间车辆模型;基于考虑邻近车辆影响的改进CA(Cellular Automation-元胞自动基)模型和路面退化模型,通过桥梁和车辆相互作用力关系,建立了风-车流-桥梁系统的耦合振动方程.数值计算表明:本文所提出的方法能够合理地模拟风-车流-桥梁系统的耦合振动,且驾驶员座椅模型的各向振动对行车舒适性有显著影响.     

浅谈桥梁结构的风振控制

随着现代桥梁的结构形态逐渐向大跨、轻、柔方向发展,给结构抗风性能提出了考验。本文介绍了桥梁风致振动的种类和风振控制方法,分析了桥梁结构风振控制今后的重点研究方向。     

考虑风偏角影响的大跨径拱桥横向风荷载试验

依据某大跨径拱桥全桥气弹模型风洞试验,研究了不同风偏角下结构的横向风荷载响应。试验对模型的动力特性和静力刚度进行了测定,并采用紊流场模拟桥址处的风环境,进行了0°～90°风偏角下不同风速的试验。试验验证了该拱桥的气动安全性。数据分析结果表明:当风向为正横桥向时,桥梁结构的风作用处于最不利状态,结构关键位置随风偏角的增大而增大;斜风向下桥梁实际风荷载效应比采用三角函数分解方法叠加得到结构风荷载效应更为不利。     

山区峡谷桥梁抗风设计基准风速取值与风荷载计算

国内山区峡谷区域的桥梁一般具有高墩大跨的特点,作用在主梁及墩上的风荷载会很大,确定桥梁的设计基准风速与风荷载就变得十分重要.结合某连续刚构箱梁桥算例,对比《公路桥涵设计通用规范》和《公路桥梁抗风设计规范》中对主梁横桥向风荷载计算的规定,指出两部规范的差异,为山区峡谷桥梁抗风设计提供理论依据;通过联系现有研究和规范分析了设计基准风速的确定,并结合某桥算例分析了各自算法的合理性,从而确定采用现有研究的方法计算山区桥梁设计基准风速,并按《公路桥梁抗风设计规范》规定计算山区桥梁的静阵风荷载更为合理.     

大跨度桥梁风致侧向抖振混合控制

提出在桥塔和主梁之间安装6个粘滞阻尼器（VD）及在主梁跨中2箱中各设置9个侧向调谐质量阻尼器（TMD）的混合控制系统来控制桥梁侧向抖振响应的方案.以某大跨度桥梁为例建立三维空间有限元模型,利用谐波合成法模拟桥梁脉动风荷载,通过与无控结构、仅安装VD结构、仅安装TMD结构的桥梁有限元模型进行了对比分析,结果表明：在侧向风...     

风-车-桥耦合作用下大跨桥梁驾驶模拟实验方法

为了对大跨桥梁上的行车安全进行精细化研究,基于风-车-桥耦合作用理论,计算3种风速下的桥梁振动作用,建立同时考虑侧风作用和振动作用的大跨桥梁驾驶模拟实验场景.将20名驾驶员根据驾驶经验的不同分成两组,开展驾驶模拟实验.研究结果表明:在侧风作用的后期,受到桥梁振动影响的车辆横向偏移和偏航角速度的波动比无振动情况下大.桥梁振动作用会对驾驶员产生积极的警示作用和不利的干扰作用,对经验相对欠缺的驾驶员,侧风和振动共同作用对行车安全更不利.     

浅议缆索体系桥梁结构风致响应的控制措施

随着大跨度桥梁近年来的发展,缆索形式的桥梁结构亦大量出现,但是此类结构对风的敏感性较高。总结了各类桥梁风致振动的控制措施,对如何有效地提高结构的抗风性能进行了论述,以供相关工程人员参考。     

桥隧段风屏障对高速列车气动荷载及行车安全的影响

高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-桥动力耦合分析模型,研究了高速列车通过隧道-桥梁-隧道路段过程中列车的气动荷载和行车安全指标的变化特性。结果表明:桥隧相连段设置风屏障后,各节车厢的气动荷载突变幅值显著降低,降幅达50%以上,其中横向力和倾覆力矩受风屏障的影响最为显著,降幅高达88%以上;设置风屏障后列车行车安全指标显著降低,迎风侧和背风侧各轮对(除了头车1、3号轮对外)的安全指标波动幅度相同;头车的安全指标对整个列车行车安全性起控制作用,尤其是头车转向架前轮(即1、3号轮对)的;列车由隧道驶入桥梁过程中的行车安全性较由桥梁驶入隧道过程的小。     

龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥耦合振动及行车安全性

为研究龙卷风作用下大跨度桥梁车-轨-桥系统动力响应及行车安全性,首先以Kou-wen三维模型模拟龙卷风速度场,基于准定常理论确定了移动龙卷风作用下车辆和桥梁风荷载时程. 然后,分别采用多体系统动力学和有限元理论建立列车和轨道-桥梁子系统动力方程,基于轮轨空间非线性接触建立风-车-轨-桥系统动力方程,并采用分离迭代法求解系统动力响应. 数值算例中,以某公路铁路两用斜拉桥为研究对象,通过风洞试验和CFD数值模拟确定车辆和桥梁气动力系数,分析了龙卷风移动路径、强度等级和行车速度对车-桥系统动力响应及列车行车安全性的影响. 结果表明：桥梁竖向振动响应比横向显著,且龙卷风竖向风速对桥梁竖向位移起控制作用 . 当车辆经过风荷载最大位置时,车辆的横向和竖向振动响应均达到最大值,且车辆动力响应受龙卷风荷载和桥梁动力响应共同影响. EF1级和EF1.3级龙卷风作用下,列车安全通过的车速阈值分别为180 km/h和114 km/h.     

风-车-桥耦合系统的车桥气动特性

采用数值模拟方法对风-车-桥耦合系统的车桥气动特性进行分析研究,模拟计算了不同工况下车辆、桥梁的气动力系数。分析了车桥间相互的气动影响．研究结果表明．车桥耦合系统与桥梁和车辆各自单体相比较,气动力系数差异较大,故建议进行风-车-桥系统耦合振动分析时,车桥气动力系数应考虑车桥间的气动影响．     

斜风下大跨度桥梁主梁三分力系数试验研究

制作了一套测力系统,测定了主跨为926 m的鄂东长江公路大桥在斜风下主梁的三分力系数,并把所得的结果与用传统的斜风分解法所得的结果进行了对比,发现二者不一致.这表明:基于用传统的斜风分解法得到的三分力系数进行斜风下大跨度桥梁主梁风荷载计算是不合适的,必须通过风洞试验实测斜风下主梁的三分力系数.     

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。