静止型雷暴冲击风作用下列车气动导纳函数试验研究

为研究静止型雷暴冲击风作用下列车的气动导纳函数,利用雷暴冲击风试验装置模拟雷暴冲击风场,基于刚性模型测压试验,并考虑列车模型对周围风场的影响,测试并分析距雷暴冲击风中心不同径向距离的列车抖振力谱、脉动风速谱以及脉动风速相干函数特性。通过拟合脉动风速相干函数获得考虑顺风向和竖向脉动风速展向相关性的传递函数,识别出考虑脉动风速展向相关性的列车气动导纳函数,并与未考虑脉动风速展向相关性的气动导纳函数进行对比。研究结果表明,当径向距离较小时,如r/D_(j)=0.5时,列车抖振力谱的能量主要集中在极值频率附近的窄带范围内;随着径向距离的增大,列车抖振力谱极值频率附近的能量逐渐向低频部分转移,同时,脉动风速谱的低频部分能量分布逐渐变均匀,而高频部分逐渐符合“-5/3”定律。当列车模型放入风场后,不同测点位置处的顺风向和竖向脉动风速谱的幅值随径向距离而变化,但距列车模型中心2B处的顺风向和竖向脉动风速谱的变化趋势与空风场的较接近。不同径向距离时,脉动风速相干函数都存在峰值,列车的侧向力和升力气动导纳函数在低频部分均趋近于一个常数;当径向距离r/D_(j)=1时,侧向力和升力气动导纳函数的幅值最大,而其他径向距离的侧向力和升力气动导纳函数幅值均基本相同。考虑传递函数后,识别出来的气动导纳函数幅值显著增大,同时高频部分的气动导纳函数幅值随着频率的增加其变化趋势也不同。采用频响函数拟合列车的气动导纳函数时,气动导纳函数低频部分的幅值由系数k决定,同时径向距离越大,拟合参数a、b和k值均越大。

基于测压风洞试验的钢桁梁上列车二维气动导纳研究

基于节段模型测压方法,建立了列车二维气动导纳的识别方法。在紊流场风洞试验中,获取了0°攻角时钢桁梁上列车抖振力的展向相关性;识别了钢桁梁上列车中车的三维气动导纳,探究了钢桁梁上列车中车三维气动导纳与二维气动导纳的关系。可知,随无量纲折减频率及展向间距的增大,抖振力的展向相关性逐渐减小,列车抖振力展向相干函数可用Jakobsen模型较好地拟合。当k_(1)B/2小于0.3时,二维气动导纳值为1,三维气动导纳会明显低估列车的气动导纳值。当k_(1)B/2大于0.3时,三维气动导纳会明显地高估二维气动导纳函数值,且随着折减频率的增大,气动导纳值减小。最后,给出了列车二维气动导纳函数及相干函数的数学表达式。研究成果可为风-列车-桥梁耦合振动计算分析提供参数。

桥梁断面气动导纳的数值识别方法研究

针对一种气动导纳的数值识别方法进行研究。基于二维不可压缩URANS方法,选用SSTk-ω湍流模型,通过在来流中给定单一频率的竖向谐波速度分量,计算相应的桥梁断面气动力荷载时程,识别桥梁断面的气动导纳。首先考查来流脉动特性在计算域内的自保持能力,随后再对平板和桥梁断面的气动导纳进行识别,所得结果与理论解和试验值相比较,并讨论流场初始化条件的影响。结果表明:足够小的网格尺寸和时间步长是来流脉动不发生明显衰减的必要条件;平板的气动导纳识别结果与Sears函数高度吻合;数值识别的桥梁断面升力气动导纳在低频段与Sears函数一致,在高频段略低,但与试验值较接近;力矩气动导纳与Sears函数有较大差异,但与试验值基本吻合;流场初始化条件对计算效率有影响。

输电塔气动力系数和气动导纳风洞试验研究

输电塔结构的非定常抖振力与来流风速之间存在复杂的非线性关系,基于风洞试验得到的某1 000 k V格构式直线输电塔弹性模型的基底力以及参考高度处同步采集的风速时程,采用线性和高斯两种近似假定计算了非定常气动力系数并与试验值进行了比较;提出了包含结构气动阻尼效应在内的总气动导纳的概念,通过基底脉动力谱和来流脉动风速谱的比值对总气动导纳函数进行识别,并用基于频域相干函数对导纳函数的线性部分进行了估计。结果发现,风偏角线性近似所计算静气动力系数的偏差较高斯近似小;由于气动抖振力非定常性质明显,不考虑总气动导纳函数将高估输电塔模型的抖振响应;脉动风力与脉动风速间有较强的非线性关系,用线性导纳函数计算的抖振力谱将低估脉动风分量的影响。

气动干扰对平行双幅断面气动导纳影响研究

针对平行双幅桥梁存在的气动干扰现象,采用节段模型测力风洞方法研究气动干扰效应对双幅断面气动导纳影响。结果表明,由于气动干扰作用,双幅断面气动导纳与单幅断面气动导纳存在一定差别,尤其阻力气动导纳;相同外形断面产生的气动干扰效应相似,不同外形断面产生的气动干扰效应不同;由于下游断面对上游断面气动干扰影响较弱,不同间距引起的气动干扰对上游断面气动导纳影响无明显规律;随间距的增大气动干扰对下游断面气动导纳影响逐渐减弱,间距足够大时,此影响可忽略不计。

桥梁断面气动导纳互谱识别方法注记

现存的各种气动导纳函数识别方法,为了便于求解忽略了脉动风速互谱的作用,且假定脉动风水平和竖向分量对抖振力导纳函数分量作用等效,识别过程缺少对算法系统和试验采样误差影响的标定,导纳函数识别结果缺少验证等诸多不足。针对上述问题,采用改进的互谱导纳识别方法,考虑了多种影响因素的共同作用,详细标定了算法系统和试验测量误差的影响,基于测量稳定性和精度较高的节段模型高频天平测力方法识别了流线型箱梁桥梁节段Scanlan抖振气动力全部六个导纳函数分量。

桥梁结构气动导纳识别的随机子空间方法

气动导纳是反映脉动风速谱与抖振力谱之间传递特性的一个重要函数,其精度直接影响着桥梁设计过程中对结构抖振响应估计的精度.首次提出的采用基于输出协方差估计的随机子空间方法来识别桥梁结构气动导纳,将风洞试验简化为一步性的工作,解除结构阻尼对识别精度的制约,降低风洞试验的难度和成本,缩短试验周期.通过对江阴长江公路大桥的气动导纳识别的实践,表明提出的方法可以成功地得到满足工程精度的气动导纳函数,且简单易行.

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷。研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相关高于风速相关;气动导纳数值显著依赖于紊流积分尺度。利用三维气动导纳计算出的抖振力与气动弹性模型风洞试验吻合良好。

基于Küssner函数的不同气动导纳模型对大跨桥梁抖振响应的影响

采用Küssner类型函数对抖振力以及气动导纳在时域内进行模拟。对某大跨度悬索桥初步设计方案进行了风洞试验,得到该桥梁加劲梁断面的气动导纳。以试验气动导纳以及基于二维薄机翼理论的Sears气动导纳为基础进行了参数识别,得到相应的Küssner函数参数值。根据识别得到的Küssner函数,分别在时域内计算了考虑Sears气动导纳、试验气动导纳以及不考虑导纳时的抖振位移响应。分析结果表明采用Küssner函数法可灵活地将频域内的气动导纳转换为时域函数,从而便于考虑各类非线性后进行动力有限元分析。数值算例结果表明,当不考虑气动导纳时会得到显著偏大的抖振结果。考虑气动导纳时,基于Sears函数的抖振响应又明显高于基于试验导纳的抖振响应。因此,即使是对于采用类平板扁平箱梁的大跨度桥梁,其抖振响应分析宜采用试验测得的气动导纳代替广泛应用的Sears函数。

薄平板复气动导纳函数的试验与数值模拟研究

提出了一种分离频率识别复气动导纳的方法。首先推导了分离的单一频率下能够有效识别6个复气动导纳的理论公式;然后通过一种主动格栅产生顺风向和竖向的正余弦脉动分量,采用双天平水平测力装置测量模型上的抖振力;最后通过分析脉动风和抖振力的时程曲线,得到薄平板的6个复气动导纳函数,并与数值模拟结果相比较。结果显示:气动导纳的试验值均小于数值模拟结果;Sears函数不能作为桥梁断面阻力导纳函数的近似值;复气动导纳相位的试验值与数值模拟结果基本接近。

非流线型截面气动导纳识别的零点分离法

抖振响应是大跨度桥梁风致振动研究中的一个重要部分,而气动导纳是抖振力表达式中的重要参数.目前,仅对于流线型截面存在气动导纳的解析表达式,而对于非流线型截面的气动导纳研究,尚处于探索阶段.利用静力三分力系数零值点,分离顺风向脉动风作用和横风向脉动风作用,分批识别6个气动导纳,即零点分离法.首次实现了6个气动导纳函数的完整识别,为气动导纳研究探索了一条新思路.其中,抖振力测量采用模型表面压力测量积分的方法,取得了良好的效果.

横风作用下钢桁梁桥上列车气动导纳的风洞试验研究

大跨度钢桁梁悬索桥对风作用敏感,桥上列车周围的流场也会受到较大影响,横风作用下考虑钢桁梁影响的列车气动力的研究十分必要。以某大跨度钢桁梁悬索桥为例,在风洞试验室建立两种大气紊流场,基于测压法分析静止于钢桁梁上列车气动力,得到频域内列车的等效气动导纳以及抖振力的跨向相关性,且考虑了攻角、紊流场、列车位置等影响因素,也指出了进一步的研究方向,为类似桥梁上列车运行的舒适性研究提供了一定的指导。

平板气动导纳识别理论及测量

气动导纳函数是桥梁抖振分析中的重要气动参数 .首先推导了能够有效测量 6个气动导纳修正系数的理论公式 ;然后通过直接测量脉动风速的 2个分量及由 2个分量引起平板上的抖振力 ,采用互功率谱法计算得出了平板在不同风速、不同攻角下的 6个气动导纳修正系数 ;介绍了利用风洞中的格栅紊流和基座式高频天平对平板的气动导纳进行试验识别的方法 。

基于气动参数之间关系的桥梁断面气动导纳识别

气动导纳的准确估计对大跨桥梁抖振分析具有重要意义。目前在识别方法、试验技术等方面均有诸多进展,但尚未建立识别全部气动导纳函数的方法。针对这一问题,基于气动导数与气动导纳之间的关系,结合根据紊流风场中的抖振响应同时识别桥梁结构气动导数和气动导纳这一思路,首先采用随机子空间法识别得到紊流风场中桥梁结构的气动导数,然后利用气动导数与气动导纳之间的近似关系获取与竖向脉动风分量对应的气动导纳函数,最后根据抖振力谱和脉动风速谱来确定与水平向脉动风分量对应的气动导纳函数。实例研究表明,本文方法对流线型断面气动导纳的识别是可行的。

考虑模型抖振力跨向不完全相关性效应的气动导纳识别

首先通过考虑节段模型上抖振力跨向不完全相关性效应推导了节段模型风洞试验中作用在模型断面上的分布抖振力谱和由底支式天平测到的模型总抖振力谱之间的关系。然后,以准平板断面为例,进行了格栅湍流场节段模型的测力和同步测压试验,获得了模型总抖振力谱以及模型抖振力跨向相关性函数。接着,采用等效导纳法以及抖振力自谱和抖振力脉动风速交叉谱综合残量最小二乘法分别识别了准平板节段模型等效气动导纳和六分量气动导纳,讨论了模型抖振力跨向不完全相关性效应对气动导纳识别结果的影响,并把识别得到的准平板断面气动导纳与平板断面气动导纳的理论结果——Sears函数进行了比较。结果表明:忽略抖振力跨向不完全相关性效应(即假设节段模型分布抖振力沿跨向完全相关)而直接采用平均抖振力作为断面上分布抖振力的传统方法会导致气动导纳识别结果偏小,并且,其偏小程度会随着频率的增加而增加;此外,相对于抖振升力和扭矩相关的气动导纳分量而言,由于抖振阻力的跨向相关性比抖振升力和扭矩的跨向相关性显得更弱,因此抖振力跨向不完全相关性效应对阻力相关气动导纳分量识别结果的影响更大;利用识别得到的六分量气动导纳反算的作用在模型上的分布抖振力谱与试验中实测结果非常接近,经抖振力跨向不完全相关性效应修正后的竖向脉动风速对应的升力和扭矩气动导纳分量的识别结果与Sears函数也比较接近,从而验证了用于六分量气动导纳识别的自谱-交叉谱综合最小二乘法的可靠性。

桥梁气动导纳识别的阶跃函数拟合法

基于桥梁主梁断面气动导数、阶跃函数与气动导纳之间的关系,提出一种获取气动导纳的阶跃函数拟合法。首先根据紊流风场中的抖振响应,识别桥梁结构气动导数和等效气动导纳,然后由气动导数可拟合得到阶跃函数,并根据阶跃函数系数计算得到竖向脉动风对应的气动导纳,最后结合等效气动导纳计算水平向脉动风对应的气动导纳。阶跃函数拟合法直接根据抖振响应完成了桥梁断面完整气动导纳的识别,实例研究表明,该方法对于桥梁断面气动导纳识别而言是可行的。

关于桥梁结构的气动导纳

结构的抖振响应由结构上的抖振力决定 ,而结构上的抖振力又由结构的气动导纳函数和阵风谱决定。基于片条假设的Sears’气动导纳函数未能反映阵风在桥跨方向上的相关特性。三维气动导纳 (3DAAF)的分析表明气动导纳函数受结构的特征尺寸、阵风场特性和折算频率影响。

桥梁结构气动导纳研究回顾及其新进展

气动导纳函数是桥梁抖振分析中的重要气动参数,国内在这方面的研究几乎处于空白阶段.在分析文献资料的基础上,系统地介绍了气动导纳函数的来源、历史研究及经验公式等.并对作者在气动导纳研究方面的最新成果和进一步需要进行的工作进行了简单介绍,从而为今后的研究工作提供了参考.

上海卢浦大桥拱肋等效气动导纳识别研究

根据刚体节段模型的要求,设计了卢浦大桥拱肋模型,并对不同风速和不同风攻角进行了工况组合。采用互功率谱方法对双陀螺形拱肋模型进行了等效气动导纳试验识别,气动导纳识别结果以等效气动导纳三分量的形式表示,研究了不同风速和风攻角对于气动导纳识别结果的影响。研究表明,不同风攻角、不同风速下阻力、升力和扭矩方向等效气动导纳函数总体上呈现随折算频率递增而衰减的趋势,其中,0°风攻角下,拱肋模型识别出的阻力方向等效气动导纳函数总体上小于1;升力方向等效气动导纳函数在低频段大于1;折减频率较低的区域,双陀螺拱肋模型升力矩方向等效气动导纳函数也大于1。拱肋模型阻力、升力和升力矩方向等效气动导纳函数,受风速影响不明显。

大跨斜拉桥主梁断面气动导纳的实测研究

以苏通大桥为研究背景,通过专门研制的一套测压装置,利用测压法对苏通大桥主梁断面气动导纳进行了现场实测研究,并将现场实测结果与风洞实验结果及Sears函数进行了对比研究。结果表明:现场实测结果与风洞实验结果接近,与Sears函数有交叉,在低频范围内远小于Sears函数,在高频范围内逐渐与Sears函数靠拢,表明对于气动导纳来说,风洞实验结果是可靠的,且传统上利用Sears函数代替气动导纳函数进行桥梁结构抖振响应分析时得出的结果将过于保守,因此,对大跨桥梁进行抖振响应分析时,应针对气动导纳函数进行专门的实验研究。