大跨径悬索桥静风稳定性研究

为探讨大跨径悬索桥静风稳定性问题,利用ANASYS软件建立有限元模型,分别采用二维和三维分析方法,研究了不同来流风攻角下1480 m的洞庭湖二桥和2016 m的SUDNA海峡大桥的静风稳定性能.结果表明:不同断面形式的静风稳定性能差别较大,各种非线性效应的影响不可忽略,按照二维分析方法往往高估结构的抗风性能,三维非线性静风稳定性分析更为合理;来流风攻角不同时,静风稳定性能也有所差异,与箱梁桥相比,攻角对桁架桥静风稳定性的影响更为复杂;大跨径悬索桥的失稳形态多为横向屈曲失稳或者静力扭转发散失稳.     

桁架桥主梁三分力系数试验

针对制振措施可能影响到结构的静力稳定性的问题,结合某大桥节段模型风洞试验,以中央稳定板、栏杆透风率、风障和车辆作为分析三分力系数的影响因素,共模拟了13种工况,得到各种制振措施对桁架桥主梁静力三分力系数的影响规律。结果表明：三分力系数的改变直接影响到静风荷载,这些参数的变化对主梁静风荷载的影响不容忽视;中央稳定板的不同设置方法对主梁静力三分力系数的影响明显,单独设置上中央稳定板时主梁阻力系数显著增大,在大风攻角时增幅超过100%;下中央稳定板和封闭栏杆的组合设置对主梁静力影响较小;风障的设置显著增大了主梁阻力系数。     

强横风下青藏线客车在不同高度桥梁上的气动性能分析

采用数值模拟方法,在模拟自然风和均匀风风速分别为30m/s的情况下,研究不同高度桥梁上列车受到的横向力和侧滚力矩,导出了桥梁上车辆的横向力系数和侧滚力矩系数的表达式。计算结果表明:桥高为30m时,采用模拟自然风计算得到的横向力和临界倾覆点处侧滚力矩比采用均匀风得到的计算结果分别大约58%和63%,且桥梁越高,计算结果差别越大;车体周围的流场与速度矢量分布方式相似,但采用模拟自然风时,车体的表面压力最大值和车体周围的速度最大值分别为1.14kPa和67.6m/s,远大于采用均匀风时的最大值0.82kPa和58.8m/s;车辆受到的横向力、侧滚力矩基本上与车辆形心处的风速的平方成正比;车辆的横向力系数和侧滚力矩系数均与桥梁的高度呈指数关系,当量横向力系数为0.974,当量车体重心处的侧滚力矩系数为0.082,当量临界倾覆点处侧滚力矩系数为0.592。     

风载引起斜拉桥的非线性横向扭转屈曲

用有限单元法计算大跨度斜拉桥在与位移相关风载作用下非线性横向扭转失稳的临界风速。提出了考虑三个风载分力及几何非线性影响时，计算风载引起的横向扭转屈曲的分析模型。将特征值分析与改进的风速限值算法联合用于自动计算临界风速。结果表明：与一般非线性扭转分支及线性横向扭转屈曲相比，考虑与位移相关的三个风载分力及几何非线性影响的横向扭转失稳分析模型，将导致临界风速的显著减小。     

大跨度高铁连续梁桥箱梁断面静力三分力系数的数值模拟

我国高铁桥梁建设发展迅猛,其中一大批桥梁处于强台风多发区,其抗风性能备受重视,高铁桥梁的主梁断面静力三分力系数分析是其抗风研究的基础。本文基于计算流体动力学(CFD)技术,对东南沿海某大跨度高铁连续梁桥箱梁断面静力三分力系数开展研究,考虑不同风攻角和主梁断面尺寸对静力三分力系数的影响,并将识别结果与已有数值计算结果进行对比。结果表明:采用CFD技术可有效识别高铁连续梁桥钝体箱梁断面静力三分力系数,箱梁断面尺寸的变化对静力三分力系数影响显著。随着断面高宽比的增大,箱梁断面的阻力系数和升力系数也随之增大,而升力矩系数随之减小。研究结论可为大跨度高铁连续梁桥的抗风研究与设计提供有益参考。     

双斜塔钢箱梁斜拉桥抗风性能试验研究

为了评价某拟建大跨度双斜塔钢箱梁斜拉桥的抗风安全性能,通过数值分析与风洞试验相结合的方法研究其结构动力特性,测定静力三分力系数、颤振临界风速和涡激振动响应,据此分析评估该桥的抗风性能.结果表明,该桥具有较好的气动和颤振稳定性,但存在两个明显的竖向涡激共振区,且最大振幅远超过规定容许值.因此,该桥需要通过气动外形优化,以减小或控制涡激振动.经多种主梁涡激振动性能优化方案对比试验得出其最优措施为轨道内侧增加一条宽1m、与底板夹角成30°的导流板.     

考虑风速空间分布的三塔悬索桥静风稳定分析

为了研究平均风速空间分布对大跨桥梁静风稳定性的影响,将风速空间分布系数引入到大跨桥梁静风稳定性计算中,建立了考虑风速空间分布的静风稳定分析方法.以马鞍山大桥为算例,分析了平均风沿展向的不均匀分布对三塔悬索桥静风失稳临界风速和失稳形态的影响.结果表明:风速非对称分布且风速最大值位于任一跨跨中时的静风失稳临界风速最低.风速非对称分布时,低风速下两跨扭转位移和竖向位移的变化趋势类似,随着风速增长,风速较大的一跨变形加剧,由于主缆的牵扯作用,另一跨只能以相反的趋势变化.风速空间分布对三塔悬索桥静风稳定具有较大影响,不可忽略.     

按准定常空气力理论计算大跨度吊桥颤振临界风速

对主跨274m的邕江大跨度军用组合吊桥进行了节段模型风洞试验,测取了三分力系数曲线、气动导数及颤振临界风速。本文依据风洞静力试验的结果,按准定常空气力理论进行分析,并导出一个简化公式,计算了该类桥型的颤振临界风速,与动力试验测得的临界风速值相当吻合。为进一步探讨准定常理论的适用范围及实际工程应用有一定的参考价值。本文结果将用于组合吊桥系列化设计。     

大跨径钢管混凝土拱桥非线性静风稳定性

针对大跨径钢管混凝土拱桥的特点，对其空气静力失稳问题作了理论和数值计算分析。基于虚功原理对钢管混凝土拱桥几何非线性问题的有限元分析方法进行了描述，推导出切线和割线刚度阵；在综合考虑静风荷载与结构非线性影响的基础上，利用增量法和内外两重循环相结合的方法寻找各级风速下结构变形平衡位置，并精确求解大跨径钢管混凝土拱桥静风稳定性；通过数值全过程分析得到了结构失稳行为的全过程变形曲线和失稳临界风速，并编制了相应的计算程序。实桥数值分析计算结果表明，其静风失稳为桥面弯扭耦合的失稳形态。     

高风速区钢箱梁桥施工过程抗风稳定性分析

 对大跨度钢箱连续梁桥施工过程最大悬臂状态进行非线性气动稳定性分析.提出基于风荷载非线性及结构几何非线性的气动稳定性分析理论.以某跨海大桥为工程背景,进行静风效应及风致抖振效应计算,明确钢箱梁最大悬臂状态位移响应均方根最大值,并以结构一期恒载作用下的位移为初始缺陷,静风力与抖振力作为荷载进行主梁最大悬臂状态非线性气动稳定性验算.结果表明,随着桥位处风速的增加,主梁悬臂端和跨中水平及竖向位移均呈现非线性增长趋势;结构的位移响应随着风攻角的正负变化而产生变化,风荷载的影响不容忽视.由于主梁刚度较大,在120 m·s^-1风速范围内并没有出现失稳临界状态,但悬臂端水平及竖向位移变化幅度较大,为了保证人员安全及合龙顺利进行,提出3 种抗风措施.     

静风荷载下的大跨度斜拉桥稳定性分析

由于风荷载对斜拉桥的作用比较敏感,尤其是对于柔性大跨度斜拉桥。文章基于伯努利方程推导整个断面的3方向静风荷载原理,并采用内外增量双重迭代以及发散机理的数学描述给出静风稳定性计算过程;结合斜拉桥本身特性,分析了某跨江大跨度斜拉桥的横桥向风荷载和竖桥向风荷载的影响;使用大型有限元软件MIDAS/Civil建立桥梁模型,并进行成桥状态静风荷载下的特性分析,据此来评估该桥的静力抗风性能,为相关桥梁的抗风性能分析与设计提供依据。     

中承式桁架拱桥节段模型风洞试验研究

通过重庆朝天门长江大桥的节段模型静力试验和动力试验,获得了主梁及主拱的静力三分力系数随攻角的变化规律、主梁的颤振特性,识别了主梁的8个颤振导数,并对试验获得的结果进行了详细分析;对该桥的主梁和主拱结构的抗风性能进行了评价。     

多荷载作用下上海长江大桥列车走行性

为研究上海长江大桥在风、汽车荷载、温度、道路不平顺多因素影响下的列车走行性,将其视作温度变形、公路与轨道不平顺作用下的风-车-桥耦合动力系统。建立桥梁、列车车辆、不同类型汽车的有限元模型,采用模态叠加法进行车-桥动力计算。计算中运用随机交通流模型模拟公路交通流,采用文献中针对该桥风洞试验测定的主梁及车辆的气动参数,并将年温差引起的桥梁变形叠加到轨道和路面随机不平顺中。采用自编车-桥耦合计算软件VBC进行风-车-桥耦合动力分析。分别考虑了有无风荷载作用下温度荷载、汽车车流类型和列车运行方式的影响,并对多荷载作用组合下的极限状况进行讨论,分别考虑了列车空员、定员和满员3种不同载重的影响。最后,根据不同车速和风速组合下的计算结果,确定轮对横向力为列车走行性的控制指标,并提出了列车安全、舒适运行的管理原则。研究结果表明:年温差和汽车车流对列车动力响应的影响并不明显,列车响应随车速、风速的增大而增大;列车相对于风向的运行方式对列车走行性也有很大影响;在较高风速下,单线列车迎风侧行驶为列车的最不利运行方式;当风速小于20 m/s时,最高运营车速可达到90 km/h;当风速大于20 m/s且不超过25 m/s时,运营车速应小于70 km/h;当风速超过25 m/s时,应当封闭轨道交通。     

典型箱梁下腹板倾角对桥梁静风稳定性能的影响

以大跨桥梁中常用的近流线型箱梁断面为研究对象,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,选取下腹板倾角这一关键几何参数进行研究,对比分析不同腹板倾角情况下的静风稳定性能,阐述静风失稳机理.研究结果表明,当下腹板倾角较小时,在底板与下游腹板交接处存在负压力区,可以产生向下的升力分量,从而降低升力系数;在一定的下腹板倾角范围内(9°～23°),竖向位移或扭转位移较小,有利于提高静风失稳临界风速.选用下腹板倾角较小(9°～23°)的断面,可有效增大上表面的正压力以及下表面的负压力,降低主梁的升力系数,降低阻力系数,从而达到提高静风稳定失稳风速的目的.     

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.     

独塔单索面斜拉桥节段模型风洞试验与计算分析

以某主跨为136 m独塔单索面斜拉桥为工程背景,进行了该桥主梁节段模型测振及测力风洞试验,并在试验的基础上进行了风荷载计算和抖振响应计算.试验与计算结果表明:最大双悬臂状态和成桥状态在设计风速范围内发生了一些小幅涡振现象,但该桥涡振振幅满足规范要求;桥梁最大双悬臂状态和成桥状态颤振临界风速远大于颤振检验风速,大桥具有足够的颤振稳定性.     

大跨度流线型箱梁悬索桥颤振稳定性气动优化

以主跨为1 660 m流线型箱梁悬索桥为工程依托,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要因素(主缆空间形式、主梁气动外形和中央稳定板高度)进行了研究,并对气动控制措施机理进行了探讨.结果表明:主缆布置形式对桥梁结构颤振临界风速的影响主要表现为主缆布置形式导致桥梁结构扭转频率的改变,从而影响桥梁结构颤振临界风速;适当增加主梁断面宽高比可有效提高桥梁结构颤振临界风速;设置合适高度的中央稳定板可有效提高带水平分离板的流线型箱梁断面颤振临界风速.中央稳定板附近产生的涡会引起主梁断面竖向气动力增加,导致主梁断面竖向运动参与程度提高,抑制了主梁断面扭转运动,从而提高了流线型箱梁断面颤振稳定性.     

多塔斜拉-悬吊协作体桥力学性能探讨

采用有限元方法,应用分析软件ANSYS,建立3至6塔主跨跨径为1 400 m的多塔斜拉-悬吊协作桥(简称多塔协作桥)有限元计算模型,研究了索塔数对多塔协作桥静力特性、动力特性和静力稳定性的影响特点,探讨了其对多塔协作桥活载挠度、塔顶纵向位移及主缆抗滑移性能等关键力学问题的影响特征.分析结果表明:索塔数由3塔增至6塔时,塔根弯矩最大增大50%,主梁弯矩最大增大33%,主缆抗滑移系数最大减小36%,中间塔顶位移减小2%,一阶弹性稳定系数最大下降8.3%,颤振稳定性指数最大增加9.2%;主梁边跨竖向挠度比中间跨小36%左右,且中间跨挠度相近;索塔数对索塔受力影响显著.     

基于影响矩阵法的系杆拱二次调索施工监控研究

以某118m下承式钢管混凝土系杆拱桥为工程背景,利用MIDAS/CIVIL桥梁工程软件计算吊杆的相互影响矩阵。同时运用MATLAB软件求解影响矩阵方程,得到二次调索的吊杆力施调量,施工监控中成桥主梁应力和线形状态良好。该方法快捷准确,可极大减小监控计算工作量,可为其他同类系杆拱桥的施工监控的二次调索计算提供参考。     

菜园坝长江大桥节段模型风洞试验

随着施工技术以厦新材料的运用,拱桥正朝着刚度小、跨度大、重量轻的方向发展,由于拱桥在施工阶段的刚度显著小于成桥状态,因此研究大跨度拱桥的空气动力特性十分必要．通过菜园坝长江大桥的节段模型静力试验和动力试验获得了主梁及主拱的静力三分力系数随攻角的变化规律、主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数,并对试验获得的结果进行了详细的分析．最后,对该桥的主梁和拱肋的抗风性能进行了评价．其分析评价的结果直接用于指导该桥的设计与施工,也可为同类桥梁提供理论参考．