带固定人工水线三维斜拉索绕流的数值模拟

采用计算流体力学软件CFX5.5对带固定人工水线斜拉索的绕流进行数值模拟.选取两种人工水线,计算了倾角为30°、风攻角为35°时带固定人工水线拉索的阻力系数、升力系数、表面平均压力系数、固定人工水线上的气动力等,并与试验结果进行比较.计算表明,表面平均压力系数在水线上有一突降;倾角为30°、风攻角为35°时带固定人工水线拉索的旋涡脱落包含许多低频成分.     

带上水线拉索绕流场的大涡模拟研究

针对带上水线的拉索模型,采用大涡模拟方法研究了水线和拉索的气动性能与绕流场流态之间的内在关系.结果表明,带水线拉索的绕流场呈现三种不同的流态结构.当上水线位于0°~50°时,水线对拉索绕流场的影响不大;当上水线位于50°~70°时,拉索上表面剪切层在上水线上分离后会再附着在拉索表面形成分离泡,并使拉索上表面受到很大的局部负压作用;当水线处在70°~90°时,凸起的上水线会导致上侧剪切层分离后远离拉索上表面.分离泡在拉索上表面周期性地出现和消失是斜拉索风雨激振的主要原因.     

斜拉索表面水膜形态及斜拉索气动力变化规律

斜拉索表面水线的形成与振荡是斜拉索发生风雨激振的重要原因之一.为研究水线运动与风雨激振现象间的内在联系,本文将滑移理论与计算流体力学相结合,考虑斜拉索表面水膜形态对风压力系数和风摩擦力系数的影响,建立了一个模拟风雨条件下斜拉索表面水膜形态变化的理论模型;在此模型基础上推导出风雨作用下斜拉索气动力计算公式,通过数值模拟得到不同风速下的斜拉索表面水膜形态及气动力变化规律,分析二者间的内在联系.与已有的试验结果对比发现:当斜拉索发生风雨激振现象时,水线形态变化与气动力变化频率相同,且接近拉索的自振频率,说明风雨激振现象的产生原因是水线形态的周期性变化引起拉索的共振.     

运动水线三维连续弹性拉索风雨激振理论模型

采用已有的水线气动力数据,假设拉索和水线之间相互作用力为库仑阻尼力和线性阻尼力,推导了三维连续弹性拉索和三维连续水线的运动偏微分方程,采用数值方法进行求解,得到三维连续拉索和三维连续水线的风雨激振响应规律.结果表明:当三维连续拉索大部分截面处于易于起振的风速区域时,水线在这些拉索截面形成并处于竖向平均气动力系数的突降区,三维连续弹性拉索发生大幅振动.拉索的振动含有多阶拉索固有频率成分,且水线除了在拉索固有频率处有能量峰值外,在5 Hz以下的其他频段均有少量的能量分布.另外,拉索和水线的库仑阻尼力增大,拉索振幅增大;当拉索模态阻尼比达到0.5%时,可有效地抑制拉索的风雨激振振动.     

大跨预应力高铁站台雨棚风荷载特性研究

应用CFD数值模拟方法对太阳板进行模拟,得出太阳板表面的风压系数,与已有文献中风洞试验结果对比分析,验证本文数值模拟方法有效性.根据雨棚板形式不同,提出了斜板型雨棚、Y型雨棚和折板型雨棚3种新型大跨预应力拉索雨棚,应用CFD数值模拟方法对其进行研究,得出不同类型雨棚表面风压系数.研究结果表明,太阳板数值模拟结果与风洞试验结果吻合,证明数值模拟准确可行.根据得出的雨棚表面的风压系数,可以看出斜板型雨棚最大风压系数和负压系数出现在固定端和悬挑端边缘处,Y型雨棚和折板型雨棚最大风压系数和负压系数出现在雨棚板转折处,根据雨棚表面风压系数计算得出不同形式雨棚不同区域处的体型系数,为大跨预应力拉索雨棚的抗风性能分析提供参考.     

风雨激振时拉索响应、升力及水膜形态研究

风雨激振涉及到气、液、固3种相态的相互耦合作用,在数值模拟方面存在困难.在水膜形态与拉索振动双向耦合方程的基础上,应用有限差分法求解;在保证精度的前提下,提高增量步长,大幅减少计算时间;应用有限元软件COMSOL求解随时间变化的风压力系数和风摩擦力系数;分别研究了特定风速下的拉索振动响应、拉索升力以及水膜形态变化,并分析了三者之间的关系,以揭示风雨激振的产生机理.获得了基于双向耦合方程的拉索振动持续140s的数值模拟结果.结果表明:拉索表面水膜形态的周期性变化导致拉索升力的周期性变化,从而引起拉索的大幅度振动;水线与拉索间的共振是产生风雨激振现象的主要原因.     

覆冰斜拉索气动力的试验与数值研究

斜拉桥拉索表面形成的覆冰可能会使斜拉索发生不稳定的驰振振动.首先,制作了6种覆冰截面的拉索模型,几何缩尺比为1∶1;然后,进行了静力天平测力风洞试验,得到了6种覆冰截面的平均升力系数和平均阻力系数,并给出了驰振力系数;最后,采用Fluent软件模拟了2种覆冰截面的绕流情况,并给出了平均升力系数.结果表明:上述6种覆冰截面的驰振力系数均远小于零,存在发生驰振的可能性;CFD模拟得到的平均升力系数与试验结果吻合较好.     

斜拉桥拉索风雨激振的机理研究

进行了粘贴人工水线的斜拉桥拉索模型的风洞试验,并给出了效果;建立了拉索风雨激振的力学模型,并分析了拉索风雨激振的动力特性和各个参数的影响。     

斜拉索上雨线的气动力特性的试验研究

设计制作了可方便调节雨线在拉索模型上的位置和风向角的试验装置、用于测压试验的带人工雨线的拉索模型，并在风洞中进行了拉索模型同步测压试验．试验得到了在典型拉索倾角下，具有不同风向角时拉索雨线模型上的风压和气动力系数．这些结果为建立更为精细的理论模型提供了基础。     

斜拉索风雨激振面内运动的非线性分析

为深入研究斜拉索风雨激振面内的运动特性,依据弹性力学和气动弹性理论建立了连续斜拉索风雨激振面内非线性振动方程,利用伽辽金方法将偏微分方程转化为常微分方程.借助多尺度法得到面内一阶振动方程的平均方程和定常解,利用奇异性理论对系统进行分岔分析,确定了系统在零平衡点附近发生Hopf分岔对应的风速以及拉索发生风雨激振时对应的水线频率的范围.对拉索前四阶模态的振幅进行了数值模拟,考察了拉索以第一阶模态振动时风速、结构阻尼比等系统参数对拉索振幅的影响.研究表明,连续面内振动方程更能体现斜拉索风雨激振完整的动力学特性,同时系统中存在多种分岔行为.     

斜拉桥拉索风雨激振的理论分析

讨论了风雨激振产生和发展的机理。通过建立拉索风雨激振的运动方程，运用数值计算讨论了风雨激振中有关空气密度、阻力、风速、水线平衡位置、拉索与水线固有频率、水线质量和粘附力的7个量纲为1的参数对系统运动中的作用，然后作了运动的水线两种情况下拉索振幅的比较，最后将计算结果与Hikami所做的风洞试验结果作分析比较。     

斜拉索风雨激振空间模型

斜拉索风雨激振是复杂的气、液、固三相耦合振动问题 ,目前研究仅给出二维平面力学模型 .为考虑整根拉索振动的影响 ,引入了多振型自由度索单元模拟斜拉索的空间振动曲线 ,同时考虑水线和索的耦合振动以及水线位置对拉索气动特性的影响 ,推导了拉索—水线耦合振动的非线性方程 .为考虑系统运动的稳定性 ,引入Hurwitz判别式 ,可以迭代求得最小失稳临界风速 .最后通过算例验证了本文方法的正确性     

非一致地震激励下飘浮体系斜拉桥易损性分析

利用Open Sees软件对一座主跨为420 m的斜拉桥建立有限元模型,分别进行了仅考虑失相干效应、考虑失相干效应和行波效应、考虑失相干效应和场地效应以及综合考虑失相干效应、行波效应和场地效应等4种非一致激励情况下的易损性分析.结合联合概率地震需求模型(TPSDM)和蒙特卡罗抽样获得了基于构件的体系易损性曲线.考虑地震动空间效应的飘浮体系斜拉桥损伤概率明显高于一致激励且失相干效应和场地效应的影响较为显著.失相干效应越明显,斜拉桥体系遭受地震损伤的概率越大.场地效应的影响较为复杂,总体上表现为相邻场地类型差异越大,沿地震波传播方向场地类型由软变硬时,体系损伤概率增加.行波效应对飘浮体系斜拉桥地震损伤的影响较小,易损性分析时忽略行波效应的影响不会造成较大的误差.因此,对飘浮体系斜拉桥进行非一致激励下的地震易损性分析应考虑失相干效应和场地效应的影响,目前广泛采用的一致激励下的易损性分析高估了体系的抗震性能.     

大跨度钢斜拉桥施工过程线形控制

运用几何非线性分析理论,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,对大跨钢斜拉桥施工过程线形控制进行数值模拟研究.采用多段短索桁架单元模拟长索的非线性效应,通过改变单元的无应力长度实现索的多次张拉.根据新增构件的不同激活方式,提出将施工过程模型分为切线安装、平行安装和建模位置安装3类,其中切线安装和平行安装用于施工过程分析,建模位置安装用于施工控制中的反拱分析.考虑几何非线性多次迭代计算安装线形,采用稀疏矩阵算法求解有限元方程.基于以上原理编制了大跨钢斜拉桥非线性分析及施工过程线形控制模拟软件BINAS,通过苏通大桥实例验证了该方法具有较好的计算精度和适用性.     

单索面斜拉桥考虑几何非线性地震反应分析

以一主跨为２００ｍ钢筋混凝土单索面斜拉桥为例，分析了在地震荷载作用下的几何非线性性能．结果表明：在桥面内，单索面大跨度斜拉桥的几何非线性对地震响应有影响，在桥塔上部尤其明显，而在面外几乎没有影响．