平行双幅桥气动干扰效应对颤振和涡振的影响

以主跨310 m的天津塘沽海河既有独塔斜拉桥拓宽工程的初步设计方案为背景,通过一系列弹簧悬挂节段模型风洞试验研究了箱形分离平行双幅桥之间的气动干扰效应对其颤振稳定性能和涡激共振特性的影响.结果显示:气动干扰效应使得箱形分离平行双幅桥与既有单幅桥相比,颤振临界风速明显降低,主要气动导数曲线递减至递增的转折点也明显提前,颤振稳定性能变差;气动干扰效应还使得箱形分离平行双幅桥与既有单幅桥相比,竖弯和扭转涡激共振最大幅值和风速锁定区间都有显著增大,涡激共振起振风速降低,斯脱罗哈数有所提高.结果还显示:气动干扰效应对箱形分离平行双幅桥下风侧桥的颤振和涡振性能的影响要比对上风侧桥的影响更大.因此,在将既有桥拓宽成分离平行双幅桥时必须考虑气动干扰效应对其颤振稳定性能和涡激共振特性的影响.     

间距比对叠合梁双幅桥涡振性能的影响

以工程中常用的双边工字钢式叠合梁平行双幅桥为对象,基于系列弹簧悬挂节段模型风洞试验,研究了不同间距比下叠合梁平行双幅桥涡振(VIV)干扰效应,并将上下游桥面涡振振幅、涡振风速锁定区间与单幅桥面进行了对比。结果表明:双幅桥与单幅桥相比,气动干扰效应使得双幅桥的最大涡振振幅和风速锁定区间都明显增加;双幅桥的最不利间距比为2～4,此时桥面最大涡振振幅最大且风速锁定区间更长;上下游桥面的振动存在一个相位差,受到折减风速、上游桥面振幅和间距比的共同影响。     

大跨度平行双幅桥面颤振性能干扰效应

以某大跨度平行双幅桥为背景,基于弹簧悬挂节段模型风洞试验和二维三自由度颤振分析理论,分析了叠合梁断面和箱梁断面两种常用桥梁断面形式的双幅桥的颤振性能及颤振驱动机理。研究表明,叠合梁断面双幅桥具有明显的攻角效应,0°攻角时双幅桥的颤振性能大幅降低,但大攻角下气动干扰效应对其颤振性能影响不大;而箱梁断面双幅桥的攻角效应并不明显,各攻角下其颤振临界风速比单幅桥均降低20%～25%。气动干扰效应不仅会降低颤振临界风速,还会使得桥面的颤振形态发生改变;两类断面的颤振驱动机理并不相同,气动干扰也致使上下游桥面的颤振驱动机理发生改变。     

大跨度双幅桥面桥梁气动干扰效应

通过两座双幅桥面桥梁抗风性能的研究,采用节段模型风洞试验对双幅桥面桥梁的气动干扰进行了初步研究。研究结果表明:对于双幅桥面桥梁的气动干扰效应主要表现为对涡激共振响应的影响;对颤振稳定性的影响则表现为,与单幅桥面桥梁相比双幅桥面桥梁的颤振临界风速有所降低;双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应主要表现为,下游桥面阻力系数降低,上游桥面桥梁阻力系数与单幅桥面相比略有降低。     

双幅桥面桥梁三分力系数气动干扰效应试验研究

针对大跨度双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰问题,采用风洞试验方法对某在建大跨度双幅桥面桥梁的气动干扰效应进行研究.分别改变双幅桥面间距、风攻角参数来研究其对双幅桥面三分力系数气动干扰效应的影响.研究显示,双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应主要表现为:下游桥面阻力系数的降低,上游桥面桥梁阻力系数与单幅桥面相比略有降低;上、下游桥面的升力系数和升力矩系数也存在一定的气动干扰效应,但相对而言影响较小,其影响可以忽略.     

公路主梁风嘴对大跨双幅公铁平层桥梁涡振的影响

以某新建大跨双幅公铁平层斜拉桥为研究背景,通过节段模型风洞试验,测试不同公路主梁风嘴条件下公路主梁和铁路主梁的涡振特性。研究结果表明：改变公路主梁风嘴角度能降低公路和铁路主梁的竖弯和扭转涡振振幅,但降低铁路主梁涡振的效果有限,降低公路涡振的效果较明显,较小的风嘴角度能减小桥梁的涡振振幅甚至抑制涡振出现;背风向主梁处于迎风向主梁的漩涡脱落区域时会形成干扰,导致背风向主梁涡振的卓越频率变得复杂,在较大的公路主梁风嘴角度下,背风向主梁振动的卓越频率包含自身频率和迎风向主梁频率;而在较小的公路主梁风嘴角度下,背风向主梁振动的卓越频率与迎风向主梁振动频率相同;无论是公路还是铁路,在迎风和背风时,涡振振幅存在很大区别,因此,在设计中,利用气动措施抑制双幅桥梁涡振时应该同时考虑对公路和铁路主梁的影响。     

串列钝体驰振气动干扰效应的数值分析

为了研究不同数量、不同断面形式串列钝体的驰振气动干扰效应,以某大跨径悬索桥桥塔为例,采用CFD数值分析方法研究了双幅桥塔的4个塔柱在4种断面情况下的驰振气动干扰效应,并将其与单幅桥塔的2个塔柱在同样4种断面情况下的驰振气动干扰效应进行了比较分析.结果表明:当双塔柱矩形断面位于双塔柱倒直角断面桥塔上游或双塔柱倒外凸圆弧断面位于双塔柱倒直角断面下游时,可能发生驰振;对于单幅桥塔的2个塔柱,下游塔柱主要在0°风攻角附近发生驰振,且随着2个塔柱间间距的减小发生驰振的可能性增大;对于双幅桥塔的4个塔柱,由于气动干扰效应的存在,第4个塔柱不易发生驰振,在矩形断面和倒外凸圆弧断面情况下,第2,3个塔柱可能发生驰振失稳.     

基于Canny算法的双圆柱涡振干扰效应试验研究

基于Canny边缘检测算法,借助于流动可视化手段,研究大长细比双圆柱的涡激振动干扰效应。研究结果表明：当双圆柱串列布置时,下游圆柱通过干扰上游圆柱旋涡的形成与尾流运动,在量纲一下游顺流向位置X^*=1.5处对上游圆柱最大振幅A_max^*的放大作用最大,在X^*≥15.0处对上游圆柱的A_max^*无干扰效应,但上游圆柱的涡振退出风速比单圆柱的略大;上游圆柱改变了下游圆柱的来流条件,当下游圆柱在X^*=2.0处时上游圆柱对其A_max^*的放大作用最大,且在X^*=20.0处放大作用仍然存在。当双圆柱并列布置,量纲一横流向间距Y^*=1.0时,双圆柱之间的干扰效应对A_max^*的放大作用最大,此时并列双圆柱可看作组合后的单一柱体发生大幅振动;当Y^*=4.0时,双圆柱之间的干扰效应对A_max     

模态间气动耦合效应对桥梁抖振的影响

对桥梁抖振的分析传统上均采用单模态叠加SRSS法,但随着桥梁的长大化,模态间气动耦合效应的影响越来越大,在分析中必须加以考虑．有鉴于此,文中采用Scanlan多模态耦合抖振理论,以2自由度弯扭耦合系统为研究对象,通过定义系统的10种不同的传递函数并考察系统传递函数随风速的变化规律,对模态间气动耦合效应进行进一步的研究,揭示了模态间气动耦合的机理和本质．     

方形截面高层建筑间气动干扰对其驰振稳定性的影响

基于高频天平测力风洞试验技术,在4种模拟风场中对干扰建筑处于36个不同位置时方形截面超高层建筑的基底弯矩进行了测量,分析得到了驰振力系数和驰振临界风速,讨论了风场特性和干扰效应对它们的影响.研究结果表明,无周边建筑的干扰时,方形截面超高层建筑的驰振仅可能发生在风向与建筑体轴之间的夹角小于16°的情况,在有湍流的风场下,0°风向角附近时,发生驰振的可能性最大;当干扰建筑位于目标建筑上游正前方时,目标建筑的在0°风向角时的驰振可能性受到明显的抑制;在湍流风场下,干扰建筑仅处于少数干扰位置时会使目标建筑在0°风向角时的驰振不稳定性有所增大.     

桥墩高度和高差对双幅桥动力特性及地震响应的影响

阐明了不等高双幅桥的动力特性、地震响应与桥墩高度、高差的相互关系.以一工程项目为背景,通过修改桥墩高度、高差,研究两者对结构动力特性、地震响应的影响,分析桥墩高度、高差与动力特性、地震响应的相互关系.分析结果表明,结构频率与桥墩高度、高差呈负相关关系;地震响应随桥墩高度的增大而增大,桥墩高差对其不造成影响.     

高铁大跨扁平箱梁桥涡振性能及抑振措施研究

随着我国高速铁路的建设发展,一种新型的扁平箱梁外形被广泛应用于大跨度铁路桥梁。为研究该类型梁桥的抗风性能,以某大跨度无风嘴扁平箱梁桥为研究背景,通过节段模型测振、测压试验和流场显示试验,研究该类型主梁在施工、成桥阶段的涡振性能以及风嘴、导流板的抑振效果。研究结果表明：在单悬臂状态和成桥阶段,在3个来流攻角(α=-3°、0°、+3°)下均发生了竖弯涡振;该类型箱梁前缘流动分离呈现出类似矩形体的分布状态;在施工阶段以及成桥阶段,该结构在涡振状态下会形成规则的卡门涡街;加装风嘴,单悬臂状态各个攻角以及成桥阶段+3°攻角下的涡振均被完全抑制,结构上缘的负压绝对值和风压脉动极大值明显减小;对于成桥阶段-3°和0°攻角下的涡振没有抑制效果,风嘴无法减小梁体上缘的风压脉动极大值;加装导流板,在施工阶段,单悬臂状态-3°攻角下的涡振完全消失,+3°攻角下的涡振减小12.3%,对于0°攻角的涡振导流板没有抑制效果;在成桥阶段,-3°攻角下的涡振减小66.4%,0°攻角下的涡振减小58.9%,+3°攻角下的涡振减小57.2%;导流板无法减小施工阶段以及成桥阶段结构上缘的负压绝对值,但可以减小下缘的风压脉动极大值;风嘴显著减小了前缘的流动分离规模,结构上缘无法形成大规模的分离泡,抑制了尾流旋涡脱落的形成;导流板抑制了结构下缘大规模流动分离的形成,从而抑制了尾流的规则卡门涡脱。     

基于大涡模拟方法的风力机气动性能和尾流干扰研究

利用致动线(Actuator Line Method,ALM)和大涡模拟(Large-Eddy Simulation,LES)结合的方法,采用4种亚格子模型,对低湍流度均匀来流中不同转速下两台串列风力机的气动性能和尾流干扰开展数值模拟研究,并探讨了亚格子模型对尾流场模拟的影响.两台风力机功率系数和推力系数,以及尾流场的轴向平均速度和雷诺应力分布的计算结果与实验值基本吻合,验证了ALM-LES方法对风力机尾流研究的可靠性.受上游风力机尾流的影响,下游风力机功率系数和推力系数大幅降低,最大功率系数仅为上游风力机最大功率系数的25%左右.与来流风况的低湍流度相比,风力机尾流场中湍流强度大幅提高.通过不同亚格子模型计算结果的对比分析,得出亚格子模型的选择对风力机气动性能和尾流场湍流特征参数的计算影响较小.     

浅议双幅桥纵向沉降缝的处理

0引言近年来,烟台地区修建了很多路幅较宽的路,如烟蓬路、烟台滨海路、国道206等,路幅宽度均在20m以上,受某些条件限制,这些路中间都没有设置中央分隔带。考虑到不均匀沉降,桥梁一般都分为两幅,中间一般设置2cm宽沉降缝,沉降缝虽然小,但是如果处理不好,问题就会很严重。在已经修好的双幅路中,沉降缝的问题已经凸现出来,轻则出现贯通裂缝,重则沥青大块陷落。当有重车经过时,由于车辆的冲击作用,会引起桥板的颤动,加剧了沥青面层的脱落,部分处缝宽达6厘米之宽,给行车带来极大的安全隐患,同时也影响到桥梁的美观。     

基于大涡模拟的山区桥址风场及其对桥梁抖振响应的影响

为研究位于复杂山区地形的桥址区风场特性及其对大跨度桥梁抖振响应的影响,以山区某斜拉桥为工程背景,采用大涡模拟方法获取桥址区足量监测点的脉动风场特性;分别以传统谐波合成法模拟的脉动风场、规范建议的C类脉动风场与大涡模拟方法计算得到的脉动风场计算桥梁的抖振力,并对三者进行了抖振响应对比分析;研究了桥址区非均匀风场特性对桥梁抖振响应的影响.研究结果表明：位于山区地形的大跨度桥梁的平均风速、风攻角以及紊流强度等特性沿桥跨呈现明显的非均匀性,紊流强度比、脉动风速谱以及相干函数均与规范建议值不同,反映了规范建议值在复杂山区风场中的适用性有限.采用谐波合成法模拟脉动风场得到的抖振响应相比大涡模拟方法同步监测所得到的脉动风场下抖振响应偏不安全,采用规范建议谱模拟风场所得的抖振响应相较于大涡模拟方法所得的抖振响应在竖向位移结果上偏不安全,但侧向位移和扭转位移结果上却偏于保守.非均匀风速对主梁竖向、侧向及扭转抖振响应影响较大,而非均匀风攻角对主梁扭转响应也有一定影响.非均匀风速来流下,跨中竖向和侧向抖振响应谱明显高于均匀风速来流的,而跨中扭转抖振响应谱与均匀风速来流相比差距并不明显.     

梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响

为了研究梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响,设计了 6类试验组合,共31种试验工况,通过节段模型测振风洞试验,测得各个工况单层和双层钢箱梁的量纲一化涡振振幅,分析了在不同来流风攻角时,梁间距对双层钢箱梁涡振特性的影响,并与单层钢箱梁的试验结果进行对比,研究其变化趋势;在双层钢箱梁的计算流体力学(CFD)分析过程中,选用了...     

检修车轨道位置对钢箱梁涡振特性的影响

为了研究检修车轨道位置变化对结构气动稳定性的影响,以一座闭口钢箱梁断面的大跨径悬索桥为研究对象,通过节段模型风洞试验得到不同检修车轨道位置下结构的涡振位移响应,并采用计算流体力学方法进行典型工况下的断面周围流场模拟,进一步探究了检修车轨道位置影响断面涡振特性的内部机理.结果表明:检修车轨道位置对断面的竖向涡振和扭转涡振均有明显影响,检修车轨道位于中部或者边缘时都会减弱断面的涡振稳定性,尤其是当检修车轨道位于边缘时会诱发大幅扭转振动;涡振主要由尾流涡脱引起,检修车轨道位置的改变会使尾流涡脱的尺寸和位置发生变化,从而进一步影响主梁断面的涡振稳定性;当检修车轨道相对位置为0.75时,尾流及检修车轨道附近旋涡微弱,流场稳定性最优.     

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。     

静风效应对千米级悬索桥颤振的影响

在状态空间法的基础上,提出考虑静风效应的三维颤振分析方法.以驸马大桥为工程背景,采用自由振动法识别攻角从0°到6°主梁断面的颤振导数,在考虑非线性静风引起的主梁附加攻角效应以及结构动力特性变化的基础上,运用状态空间法对大桥进行三维颤振分析.结果表明:附加攻角对颤振导数有明显的影响;在颤振临界点,静风效应会使主梁附加攻角增大、结构动力特性降低;3°攻角下考虑静风效应,桥梁的颤振临界风速会降低14%.     

超宽双幅箱梁桥的力学行为研究

某连续梁桥桥宽36 . 0 m,采用双箱断面,两箱之间不设横隔梁,仅翼板连接。通过建立空间模型,分析了这种翼板连接宽桥的受力特点。理论分析和成桥试验均表明翼板连接箱梁与分离式双箱梁相比较,由于增加横向约束,挠度减少明显,整体受力性能较好。