流线型箱梁涡激共振响应模型尺寸效应

针对闭口流线型钢箱梁涡激共振响应风洞试验研究中存在的尺寸效应问题,依托广东南沙至中山高速公路洪奇门特大桥,采用风洞试验和计算流体动力学相结合的方法进行研究. 首先分析了两种几何缩尺比下闭口流线型箱梁节段模型风洞试验中涡激共振响应的差异;然后,采用流固耦合数值模拟方法计算了不同缩尺比闭口流线型箱梁断面涡振响应. 结果表明：闭口流线型钢箱梁涡激共振响应存在明显的模型尺寸效应,表现为常规比例（λL=1/60）主梁节段模型涡振振幅大于大比例（λL=1/30）主梁节段模型涡振振幅;二维数值模拟计算得到的涡激共振响应锁定风速区间、振幅与风洞试验结果吻合较好,验证了数值模拟方法的精度,同时也表明模型长宽比及试验阻塞率的差异不是闭口流线型箱梁涡激共振尺寸效应的主要影响因素;随着主梁断面模型缩尺比的增大,其涡激共振响应总体呈现下降趋势,且不同缩尺比下主梁断面静态绕流流场的涡脱频率分布存在显著差异.     

准流线型桥梁断面涡激共振的雷诺数效应

为了研究准流线型桥梁断面涡激共振的雷诺数效应,通过改变模型尺度实现雷诺数的改变,并在模型表面布置测压点,进行风洞试验。测量了大、小2种模型风速与振幅的关系及各测点的风压时程,分析了振动频谱、扭矩系数时程及各测点脉动压力频谱随雷诺数的变化规律,揭示了扭转涡激振动的雷诺数效应。研究结果表明,脉动压力频谱的雷诺数效应引起了扭矩系数时程的雷诺数效应,从而引发振动频谱的雷诺数效应,最终导致了流线型桥梁断面扭转涡激振动的雷诺数效应。     

开口截面斜拉桥涡激共振风洞试验及减振措施研究

对某大跨开口截面斜拉桥进行节段模型风洞试验,测试了主梁成桥状态的气动性能.试验结果表明,该桥主梁在设计风速范围内出现了明显的竖弯以及扭转涡激共振现象.参数化的试验研究表明,该桥的涡激共振现象在相当广泛的阻尼比范围内均存在,即使将竖弯以及扭转阻尼比提高到1％以上仍然存在明显的涡激共振现象,且振动幅值仍超过规范允许值.为了...     

稳定板高度对桥面输送机边主梁斜拉桥涡振性能的影响机理

为研究不同高度梁底中央稳定板对桥面安装输送机的边主梁桥涡振性能的影响,通过节段模型风洞测振、测压试验获取主梁在下中央稳定板作用下的涡振性能和压力时程数据,并综合对比分析了主梁在3种不同高度稳定板作用下的脉动压力系数均值、均方差、功率谱、局部与总体气动力的相关性.结果表明:稳定板对边主梁断面气动稳定性的提高具有良好的效果...     

分离式双箱梁斜拉桥涡激振动试验研究——以港珠澳江海直达船航道桥为例

为了研究分离式双箱梁斜拉桥的涡激振动特性,以港珠澳江海直达船航道桥为研究对象,以风洞试验为研究手段,分析加风障、增设不同开槽率的中央底板、改变腹板角度和增设导流板等气动措施对主梁涡激振动特性的影响,以及在不同风攻角下不同气动断面的涡激振动特点。试验和分析结果表明:风障虽然不能避免涡激振动的发生,但是可以有效地减小涡激振动的振动幅度;底板开槽可以有效地控制涡激振动的发生,并存在1个最佳开槽率;改变幅板角度可以有效地避免二阶涡激振动的发生,但对一阶涡激振动影响效果不明显;相比较而言,导流板设置在断面两侧是对主梁断面进行涡激控制最有效的措施。     

缆索承重桥梁桥塔自立状态涡激共振及其控制

在建的某大跨度悬索桥位处东南沿海,桥塔施工时期处于台风多发期,设计风速较高.对比其他同类型的桥塔,该桥桥塔发生涡振的可能性较大,有必要在初设计阶段评价桥塔涡振性能,并考虑采取有针对性的涡振控制措施.通过裸塔气动弹性模型风洞试验,分析了桥塔在多种工况中的涡振响应特点,表明涡振效应不容忽略.比较了气动措施、机械措施以及桥塔动力特性形态和风环境因素对于涡振响应的影响.     

大跨斜拉桥双层桁架主梁施工状态的阻力系数

针对规范中对大跨径桁架桥的双层主梁阻力系数在取值上的局限，提出一种主梁阻力系数计算方法，以施工阶段节段模型的风洞试验结果为基础，对双层桁架主梁进行模型简化后，使用CFD计算得出其三分力系数. 采用不同迎风面特征尺寸，桁架片数以及桁架间距，分析了迎风面特征尺寸对主梁的阻力系数的影响. 讨论了桁架间距以及片数不同对主梁的阻力系数的影响趋势. 结果表明：迎风面特征高度与特征宽度对主梁阻力系数影响的变化规律并不相同，对此提出以桁架纵高比为变量的双层桁架桥梁主梁的阻力系数拟合公式；当桁架间距较小时，桁架片数对主梁阻力系数无影响，但当桁架间距与桁架高度比值达到3 时，桁架片数的变化会对主梁的阻力系数产生较大的影响.     

中央稳定板对分体箱梁桥梁的涡振控制

以一座分体箱梁桥梁为背景,通过计算流体动力学(CFD)数值模拟和节段模型风洞试验,分别对上、下中央稳定板作用于分体箱梁的涡振控制效果展开研究.发现随着中央稳定板高度的增加,竖向涡振性能都是先变好再变差,分别在0.4倍梁高上稳定板时和0.2倍梁高下稳定板时竖向涡振振幅最小;增设上稳定板时加大了扭转涡振振幅,而下稳定板明显减小了扭转涡振振幅.CFD模拟的涡度场和压强场对比还表明,中央稳定板改变了槽中漩涡的运动方式和下风侧两端上下表面的压强,从而明显改变了竖向涡振的振幅.综合结果发现,0.2倍梁高下稳定板的涡振控制效果最好,而0.8倍梁高上稳定板的涡振控制效果最不利.     

某拱桥主撑杆涡激共振响应计算

以一种新型拱桥为研究对象建立主撑杆计算模型,求解出主撑杆的固有频率,确定了主撑杆各处风速及其临界风速.通过编程对共振时结构最大位移响应进行计算,得到主撑杆在发生风致涡激共振时最大位移响应及其发生位置.     

Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措施

Π型钢-混凝土结合梁由于其良好的受力性能和经济性,广泛应用于大跨径斜拉桥中,但其气动性能相对略差,若设计不当则容易出现涡激振动现象,从而影响行车舒适性、安全性或结构疲劳寿命等. 本文以广东潮汕大桥为实际工程依托,该桥为主跨205 m的独塔双索面Π型钢-混凝土结合梁斜拉桥,开展了Π型钢-混凝土结合梁断面涡激振动及气动控制措施研究. 首先,采用几何缩尺比为1∶50的主梁节段模型对该桥原设计方案主梁断面运营期涡激振动进行了试验研究;然后,分别采用下稳定板、导流板、裙板、上稳定板等气动控制措施对主梁涡激振动响应的控制效果进行了研究;最后,采用计算流体动力学方法（ComputationalFluid Dynamics,CFD）对主梁断面最终采用气动控制措施机理进行了研究. 结果表明：主梁原设计方案在设计风速范围内存在大幅涡激共振现象,涡激振动幅值超过规范限值;采用“三道下稳定板+两侧竖向裙板+上中央稳定板”组合气动控制措施后,主梁涡激振动响应得到明显抑制;该组合气动控制措施对Π型钢-混凝土结合梁涡激振动的控制机理主要表现为：设置三道下稳定板可有效破坏Π型主梁下侧较大旋涡,Π型主梁两侧设置竖向裙板改善了其气动流线型程度,设置上中央稳定板可有效阻止主梁上侧较大旋涡的运动.     

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.     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样,结构轻柔,动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响,基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型,并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景,对随机车流进行模拟,考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用,建立车辆-桥梁动力平衡微分方程,验证车桥耦合振动模型,计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素;控制行车间距有利于控制桥梁位移;行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。     

基于动力特性的大跨度轨道斜拉桥静活载预拱度设置分析

针对大跨度轨道专用斜拉桥预拱度设置问题,兼顾结构功能及变形与乘坐舒适性,提出静活载预拱度系数取为-0.7。依据工程实例,进行桥梁自振特性及动力响应分析,得到基于动力响应的静活载预拱度设置方法。竣工荷载试验表明,静活载预拱度按静活载所产生挠度的0.7倍反向设置,桥梁结构满足要求。经数值模拟,轨道列车横向加速度小于0.6 m/s~2,竖向加速度小于1.0 m/s~2,总体舒适性及瞬时舒适性较高,验证了预拱度设置的合理性。     

大跨度公路斜拉桥车桥耦合振动竖向响应分析

在数值分析软件MATLAB平台上,运用三角级数法将桥面不平顺模拟为具有各态历经的平稳随机过程．根据有限元法建立大跨度斜拉桥分析模型,将车辆模拟为5个自由度的质量一弹簧一阻尼体系,分别建立车辆和桥梁结构的振动微分方程,通过位移协调和力的平衡条件形成车桥系统的耦合振动微分方程．采用Newmark—β法,利用有限元分析软件ANSYS编写了迭代计算的APDL命令流,进行主跨为550m的福建长门大跨度公路斜拉桥的车桥耦合振动分析．计算结果表明：桥梁结构动力响应随桥面状况的恶化而显著增大,随结构阻尼的增大而近似呈线性关系减小．随车重的增加而先增大后减小,在开始阶段,响应迅速增大,而后缓慢减小．     

大跨度悬索桥吊索减振技术研究与应用

针对大跨度悬索桥吊索频率低、阻尼小、以致容易发生风振的弱点,以舟山西堠门大桥的长细吊索风振问题为工程背景,研究了其抗风减振方法.首先通过环境激励法确定了吊索的动力特性.然后基于理论分析和风洞试验确定了分隔器减振方案,并对不同分隔器数量时的减振效果进行了对比研究.最后通过某大风天气下有无分隔器的两组吊索的实测数据结果对比验证了分隔器减振方案的有效性.试验和实测结果表明:安装分隔器后吊索的碰索现象不再发生,吊索的各阶振动均明显减小,各阶减振率达55%~95%.     

铁路桥梁体外预应力索的横向振动控制

详细计算了体外预应力混凝土梁中常用型号体外索的自振特性,介绍了铁路混凝土梁的实测自振频率。基于体外索、混凝土梁的自振特性分析,从防止体外索、梁发生共振的角度出发,提出了防止设计体外索发生过大振动的建议。     

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。     

大跨度斜拉桥地震易损性分析

摒弃传统易损性分析假定,采用增量动力分析方法,提出改进损伤指标参数,对脉冲地震波和非脉冲地震波进行对比,定量分析桥梁结构损伤程度.首先,建立大跨度斜拉桥精细化有限元模型,使用增量动力分析方法,进行大跨度桥梁2 100次非线性时程分析;然后,以斜拉桥桥墩墩底、主塔塔底和支座系统为研究对象,选取合适的损伤指标建立各构件在不同损伤状态下的限值;最后,根据桥梁构件在各级地震作用下的损伤概率,为桥梁抗震提供参考意见.     

一种对公路桥梁振动半主动控制的新策略

为了有效抑制隔震桥梁震后过大的梁体及支座位移,提出了一种适合MRD的基于力反馈(FF)形式的半主动控制策略.首先提出了采用隔震装置提供的恢复力作为主要反馈信号的半主动控制策略,然后给出了欲使MRD产出预期阻尼力而应施加的电流准则,最后设计出基于力反馈形式的半主动闭环控制系统.分别采用Passive-off,Passive-on,FF和CO等四种控制算法对一座三跨隔震连续梁桥的各评价指标进行了计算.结果表明:FF算法对梁体位移、支座位移和墩底剪力的控制效果要比其他三种算法显著.