带固定人工水线拉索绕流的数值模拟

采用计算流体动力学软件CFX 5 .5对带固定人工水线拉索的绕流进行数值模拟 .选取 2种人工水线 ,计算了零倾角零风攻角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     

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.     

高层建筑外附雨篷的表面风压和气动力系数

采用风洞试验方法研究高层建筑外附雨篷的风压特征,分析风压系数、风压相关性、非高斯性和整体升力系数随风向角的变化,给出围护结构的设计风压,最后研究倾角和出挑长度对整体力系数的影响. 研究发现,高层建筑外附雨篷上表面风压系数在正迎风时最大值接近1.4,系气流受到后方高层建筑的阻挡下翻导致;上、下表面的最大整体压力系数出现正迎风情况,最大值分别为1.24和0.76;上、下表面的最大整体升力系数出现侧风面,最大值分别为1.13和1.01;上下叠加后测点风压的非高斯性比单表面增强;上表面和下表面的升力系数在0°~70°风向呈现高斯分布,在80°~180°风向呈现较强的非高斯分布;高层建筑外附雨篷上表面的极值正压大于下表面;雨篷整体升力系数按照倾角-10°、0°、10°依次递增.     

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.     

主桁倾角对倒梯形钢桁梁气动特性的影响分析

针对主桁倾角变化对倒梯形钢桁梁气动特性有较大影响的问题,以某公铁两用连续钢桁梁为例,针对不同的主桁倾角,采用计算流体力学(CFD)的方法建立简化的三维分析模型,对钢桁梁节段进行风场模拟,分析不同主桁倾角下的钢桁梁断面静风气动力系数、涡振性能以及流场特性的差异。结果表明：升力系数和力矩系数受主桁倾角变化影响明显,主桁倾角为10°时,钢桁梁的升力系数较优,此时钢桁梁承受较小的竖向风荷载;主桁倾角为0°时,钢桁梁的力矩系数较优,此时钢桁梁承受较小的扭转风荷载;主桁倾角对钢桁梁在0°和6°风攻角条件下的涡激性能影响明显,涡振性能在主桁倾角为2.5°和5°时较优;随着主桁倾角的增大,钢桁梁内部风速存在的减速现象减弱,有利于内部行车稳定;主桁倾角的变化对湍动能的分布影响明显,随着主桁倾角的增大,钢桁梁内部湍动能的增大效果减弱,而钢桁梁背风侧湍动能的增大效果加强;通过综合对比多类气动特性,主桁倾角为5°的钢桁梁的气动特性较优。研究得出了主桁倾角变化对倒梯形钢桁梁主梁气动特性和空间流场特性的影响规律,可为后续钢桁梁的抗风设计提供参考。     

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.     

安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振

针对亮化灯具引起的斜拉索振动问题，以某安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索 为工程背景，研究了驰振特性及增加结构阻尼对驰振的抑制效果. 首先，进行了节段模型测力 风洞试验，测量了安装灯具斜拉索的三分力系数，通过驰振力系数初步预测了发生驰振的风 攻角范围；然后，分别进行了二维和三维节段模型测振风洞试验，测量了安装灯具斜拉索风振 响应随风攻角、风速等的变化规律，探讨了阻尼比对提高驰振临界风速的影响规律 . 结果表 明：安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索的平均阻力和升力系数最大分别可达1.8和1.5，静风 荷载比未安装灯具时可增大 83%；局部凸起的点光源对安装灯具斜拉索的气动力影响很小； 二维斜拉索的最不利风攻角为 8°，驰振力系数低至-7.9，阻尼比为 0.1% 时驰振临界风速为 21.8 m/s；三维斜拉索的起振风偏角范围为 40°~56°、186°~196°，面内和面外都有较大振动；阻 尼比为0.1%时起振风速低至4.7 m/s；起振后，随风速的增大，振幅线性增加，折减风速达到77 时，无量纲位移可达到2D（D为斜拉索直径）；增大阻尼在相同风速下可降低振动的幅度；阻尼 比小于 0.8%时，增加阻尼对驰振临界风速的提高作用有限；当阻尼比增大到 1.0%时，能够有 效抑制安装椭圆形灯具和矩形线盒的斜拉索驰振.     

大长宽比平单轴光伏板风荷载试验研究

针对大长宽比的平单轴光伏板风荷载特性展开风洞试验研究，分别考虑了单体和阵列布置形式、0°至60°下7种光伏板倾角和7个来流风向，分析了光伏板的最不利来流风向、单体模型和阵列模型的风荷载分布，讨论了阵列布置时风荷载的干扰效应，与四个国家或地区的抗风规范进行了对比并给出了分区体型系数建议值. 研究发现：0°与180°为光伏面板阻力和倾覆弯矩的最不利风向；局部体型系数的分布及大小、绕转轴的弯矩系数和整体体型系数受到光伏板倾角及来流风向的影响. 对于绕转轴倾覆弯矩系数，小倾角的平单轴光伏板相对于大倾角的平单轴光伏板数值更大，对于光伏面板阻力，大倾角的平单轴相对于小倾角的平单轴光伏板更不利. 局部体型系数分布沿来流风方向呈现梯度变化，气流分离导致迎风拐角位置处的局部风荷载发生剧烈变化且出现极大值.     

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.     

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.     

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.     

拉杆倾角对斜拉桥桥塔侧向稳定性的影响

针对刚性拉杆斜拉桥拉杆倾角对桥塔侧向稳定性影响的问题,基于能量原理,以单承重面刚性拉杆斜拉桥为研究对象,推导出带有刚性拉杆考虑扭转变形的斜拉桥侧向弹性稳定系数解析计算公式并以算例进行验证,研究了辐射式、竖琴式和扇形3种不同索面类型斜拉桥拉杆倾角对桥塔侧向弹性稳定性的影响。结果表明：拉杆倾角与桥塔侧向稳定性系数存在非线性关系,不同类型索面斜拉杆倾角变化对桥塔稳定性系数“非保向力”效应的影响均是不同的。     

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．     

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.