斜风作用下大跨度斜拉桥裸塔抖振性能

通过气弹全模型试验对斜风作用下湛江海湾大桥裸塔抖振响应性能进行了研究.结果显示:随着风偏角的增加,该桥裸塔抖振响应呈非单调变化,顺桥向和横桥向抖振位移响应在30°风偏角附近达到最小值,在0°或90°附近达到最大值;从总体上看,桥塔抖振位移响应随风速的增加近似地按两次曲线增加;对于桥塔顺桥向、横桥向和扭转抖振响应,峰值因子有所不同,试验平均值分别为2.72,3.38和3.62.     

斜风下典型桥塔抖振性能的比较

为了研究斜风中自立状态下桥塔的抖振性能,进行了倒Y型和钻石型桥塔的气弹模型试验,并对比分析了几种典型桥塔的抖振性能.试验结果表明:当桥塔横桥向结构为H柱时,抖振响应-风偏角曲线出现一个较明显波峰,且响应最大值出现在峰值处;当桥塔横桥向结构为独柱时,抖振响应-风偏角曲线变化较为平缓,没有明显波峰出现;当桥塔横桥向结构介于上述两者之间时,抖振响应-风偏角曲线出现一个波峰,但峰值较小.在不同紊流度和风速的流场下,桥塔抖振响应-风偏角曲线均具存在上述规律.同一风偏角下,桥塔抖振响应为风速二次曲线,但受涡振或驰振现象的影响.总之,斜风下典型桥塔抖振响应曲线与其横桥向结构形式、风偏角和来流风速有关,与紊流度无关.     

临时墩对三塔斜拉桥最大双悬臂抖振控制研究

针对某三塔斜拉桥的工程问题,通过三维风致响应数值分析和气弹模型风洞试验分别对该桥最大双悬臂施工状态在设计基准风速下的抖振响应进行了对比研究,结果表明：2种方法得到的结构抖振响应较为接近,验证了数值计算方法的准确性;悬臂端部竖向抖振响应较大,应采用设置临时墩方法对其进行控制.通过三维风致响应数值分析方法对该桥最大双悬臂施工状态下不同临时墩布置位置对抖振响应的影响进行了研究,并同无临时墩结果进行比较,结果显示：临时墩使长悬臂端部竖向抖振极值响应大幅度下降,扭转位移略有降低,侧向位移却有增大;随着临时墩位置的改变,双悬臂结构的竖向和侧向抖振极值响应变化均很小,扭转位移的波动幅度为27%,但扭转位移均值不大,最大双悬臂结构抖振极值响应对临时墩布置位置不敏感,当临时墩距桥塔达到一定距离时,可参考结构抗风之外如河床地貌、经济等因素合理布置.     

杭州湾跨海大桥风荷载响应

对杭州湾大桥进行了全桥气弹模型风洞试验,实测了不同风攻角、偏角和施工阶段的静风和抖振位移响应,同时布设动态应变片,直接测量了桥塔根部的风载内力.探讨了斜拉桥静风响应和非线性抖振时域分析的计算方法,计算结果与风洞试验值进行了对比,吻合情况较好.分析结果表明:斜拉索的风荷载计算模式对静风响应有较大影响;气动导纳采用Sears函数,可能会得到偏危险的结果;塔根抖振内力基本上随着风偏角的增大而减小,但主梁跨中抖振位移响应不符合这一规律;最大双悬臂状态为抗风最不利状态,施工时务必采取抗风措施.     

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。     

杭州湾跨海大桥风载内力试验及计算方法

介绍了杭州湾跨海大桥全桥气弹模型风洞试验中静风和抖振内力测量方法，探讨了斜拉桥静风内力的计算方法，采用考虑桥塔风效应的抖振时域分析方法计算出大跨斜拉桥的抖振内力，静风响应分析采用风洞实测平均风速剖面指数，抖振响应分析也采用风洞实测的紊流风速谱和空间相关性，并分别与风洞试验结果进行了对比．计算值与试验值吻合较好．分析比较结果表明，斜拉索的风荷载计算模式对静风内力影响较大，考虑桥塔风效应将会显著增加桥塔的横向抖振内力．     

斜风下板桁结合加劲梁静气动力系数试验研究

以岳阳洞庭湖二桥为工程依托,采用风洞试验方法分别对板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态横桥向三分力系数及顺桥向阻力系数随风攻角、风偏角的变化进行了试验研究,比较了不同长度补偿段模型对试验结果的影响,基于试验结果拟合了板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数随风偏角变化表达式.结果表明:进行斜风作用下板桁结合加劲梁顺桥向气动力测试时,当补偿段模型长度约为测力模型长度的30%左右时基本可以满足精度要求;板桁结合加劲梁成桥状态和施工状态顺桥向阻力系数均随风偏角的增加而先增大后减小,当风偏角约为50°～55°时达到最大;板桁结合加劲梁横桥向阻力系数随风偏角的增大而先增大后减小,当风偏角为5°～10°时达到最大,约为风偏角为0°时阻力系数的1.05倍.     

普光天然气管道悬索桥地震时程反应研究

为研究普光天然气管道悬索桥动力性能,完成了在天津波作用下的单向和三向一致激励地震时程反应计算。结果表明,在横向地震波激励下,普光天然气管道悬索桥的地震响应主要表现为桥身的横漂和桥塔的横桥向振动,顺桥向和竖向振动效应很小。在顺桥向地震波激励下,悬索桥的各个部位的位移和应力都明显比横桥向地震波激励下的位移小。在竖向地震波激励下,悬索桥的地震响应主要表现为桥身和桥塔的竖向振动,顺桥向和横桥向振动效应很小。对于桥身结构,横桥向的地震波所产生的震害最大,其次为竖向的地震波,顺桥向的地震波所产生的震害最小。对于主塔结构,顺桥向地震波激励下其位移时程曲线波动最大,但顺桥向地震波激励下的主塔应力时程曲线低于横桥向的地震波激励下的应力时程曲线。     

强风下高铁连续梁桥最大双悬臂状态抖振时域分析

为研究强风多发区高铁连续梁桥悬臂施工期结构风振响应,以华东沿海盐通高铁某特大连续梁桥为对象,开展了强风作用下大跨高铁连续梁桥最大双悬臂状态抖振时域分析.首先,建立了该桥最大双悬臂状态有限元模型.然后,采用谐波合成法分别模拟了双悬臂状态主梁和桥墩的三维脉动风场.最后,利用时域抖振分析方法,研究了不同设计风速和风攻角对连续梁桥最大双悬臂状态抖振响应的影响.结果 表明:50年一遇设计风速下,主梁悬臂端竖向抖振位移响应峰值达主跨长度的1/1110,且位移响应峰值随风速增加迅速增大;与零度攻角和负攻角相比,正攻角强风作用下悬臂端抖振响应显著增大,施工设计时应予以充分考虑.     

双悬臂状态高墩连续刚构桥的风振及控制研究

高墩连续刚构桥是跨越山谷深壑的主要桥型之一。对于尚未合拢、处于双悬臂状态的连续刚构桥风振效应是其冬季停工期间的应重点考虑的安全问题。通过对双悬臂状态雁宿崖大桥的抖振时程分析,计算了双悬臂状态连续刚构桥在风荷载作用下出现的横桥向振动响应。研究了悬臂长度、风速与横向位移之间的关系,并提出用缆风绳抑制风致振动的措施。分析表明,缆风绳能有效减小双悬臂状态下的连续刚构桥风致振动。     

Wind tunnel study on wind induced vibration of middle pylon of Taizhou Bridge

Full aero-elastic model tests are carried out to investigate wind-induced vibration of middle steel pylon of Taizhou Bridge. Model of the pylon under different construction periods is tested in both uniform and turbulent flow field. And the yaw angle of wind changes from transverse to longitudinal. Through full aero-elastic model testing, wind-induced vibration is checked, which includes vortex resonance, buffeting and galloping. Vortex resonance is observed and further studies are carried out by changing damping ratio. Based on wind tunnel testing results, wind-resistance of middle pylon is evaluated and some suggestions are given for middle pylon’s construction.     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

特高压输电塔气弹模型风洞试验研究

为进一步了解特高压输电塔风振响应的特点,以正在建设的淮南-上海1000kV特高压线路中的一基双回路直线塔为原型,采用离散刚度法制作了输电塔气弹模型,进行了输电塔在紊流场中不同风速、不同风攻角下的气弹模型风洞试验.试验结果表明:输电塔模型的响应随风速的增大而增大;位移响应受风攻角的影响比较明显,在15°风时位移响应最大;各试验工况下,输电塔模型横风向的振动比较显著,X向和Y向的加速度响应处于同一量级且数值比较接近;Y向的加速度响应在0°风时最大,X向的加速度响应在90°风时最大,但任何工况下,输电塔X向的加速度响应均大于Y向的加速度响应.     

考虑钢丝绳抖振情况下的塔式吊车消摆控制方法

塔式吊车系统负载摆角的抑制对于其安全运行至关重要,现有的消摆控制方法在抑制摆角方面取得了不错的效果,但这些控制方法均未考虑钢丝绳连同负载发生抖振的情况,存在安全隐患。针对此问题,提出一种考虑钢丝绳抖振情况下的塔式吊车系统摆角抑制方法。具体而言,首先建立塔式吊车水平运动时的非线性抖振机理模型,计算出系统发生抖振后传导到电机主轴上的非线性抖振力矩,并将该抖振力矩等值反向作为补偿力矩。其次,利用陷波器滤除补偿力矩外的其他干扰,再将补偿力矩与一种滑模消摆控制律计算出的控制力矩相叠加,控制驱动电机力矩输出。最后,仿真和实验结果表明提出的消摆方法对于摆角的抑制具有更好的控制效果。     

大跨度空间钢管桁架结构的风振响应和风振控制研究

为了获得大跨度空间钢管桁架结构在风荷载作用下的实时受力、变形情况和风振系数,本文采用自回归法编制计算程序,数值模拟具有空间相关性的大跨度空间钢管桁架结构的多点风速时程,根据由风速时程转化的作用于结构的风荷载时程对两个大跨度空间钢管桁架结构进行风振响应分析和风振系数的计算.结果表明,编制的计算程序可较好地模拟大跨度空间钢管桁架结构的空间点风速时程,计算所得风速时程的功率谱与目标功率谱吻合较好;采用粘滞阻尼器后结构节点位移及杆件应力振动幅值均有所降低,可有效地减小结构的风振响应;根据风振响应的计算结果给出了可供设计参考的结构风振系数.     

典型塔式起重机塔架结构风致动力响应与疲劳分析

将谐波叠加法与自回归法相结合,构建了新型风时程混合模拟方法,数值模拟三维风速时程,并转为风荷载时程;针对典型塔式起重机塔式结构,建立参数化力学模型.基于Newmark-β方法进行结构风致动力响应分析.基于结构关键点的应力-时间历程并引入S-N曲线法,分析塔架结构的疲劳损伤效应.研究发现,塔架结构节点的风致位移响应、速度响应和加速度响应均较稳定且风致位移响应具有周期性特征,塔臂两端部和塔顶的风致位移和疲劳损伤较大.研究成果可为此类塔架结构的抗风设计提供技术支撑.     

斜弯独塔混合梁斜拉桥参数敏感性分析

为研究斜弯独塔混合梁斜拉桥在成桥状态下受结构设计参数的影响程度,对结构设计、施工监控和关键控制量制定等提供参考,以张家口纬二桥为工程背景,建立有限元模型。基于结构参数敏感性分析的摄动原理,引入敏感度分析指标,选取塔梁固结处弯矩值、桥顶纵向位移值、背索索力、主梁最大挠度为控制目标,对桥梁钢混结合段位置、桥塔局部温度荷载、斜拉索初拉力和背索竖向倾斜角度等结构参数进行敏感性研究。分析结果表明：桥梁钢-混结合段位置、斜拉索初拉力、背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥主梁挠度和桥塔线形影响较大。其中,混凝土梁和钢梁的跨度比变化15.73%,塔顶纵向位移、主梁最大挠度将分别变化30.3%和29.4%;桥塔局部温度荷载主要影响此类桥塔的纵向变形,对桥塔受力敏感度较低;背索竖向倾斜角度对斜弯独塔混合梁斜拉桥影响最为显著,背索竖向倾斜角度变化7%,塔顶纵向位移较初始位置最大变化也达到205.8%。