风攻角对流线型主梁涡振特性影响的试验研究

涡激振动是主梁在低风速下常发生的一种振动,可能造成主梁疲劳破坏或影响行车舒适性。为了研究风攻角对流线型箱梁涡激振动特性的影响和作用机理,采用节段模型同步测压、测振的方法,分析了风攻角对涡激振动响应、平均和脉动风压、局部气动力对涡振的贡献系数的影响。结果表明:涡振振幅随风攻角的增大呈增大趋势;不同风攻角的上表面平均压力系数不同,在-5°风攻角时最大,在+5°风攻角时最小;当风攻角为正时,主梁上表面下游区域和下表面迎风侧斜腹板前端脉动压力系数波动较大,风攻角在一定程度上影响主梁表面脉动压力系数的空间分布,这可能是涡振响应不同的原因之一;风攻角对局部气动力贡献系数有一定的影响,当风攻角为正时,主梁表面气动力对涡激力有增强作用。

断索工况下风攻角对曲梁单边斜拉桥动力响应影响分析

风攻角的变化可能会对桥梁的风致振动产生不利影响。基于有限元模拟和节段模型风洞试验,分析了5种风攻角工况下曲梁单边斜拉桥的风振响应。结果表明:在断索全过程中,随着风攻角的增大,桥梁跨中位移和加速度极值以及拉索张力均先增大后减小且在15°时达到最大,在抗风设计中应着重考虑最不利风攻角。动力放大系数(dynamic amplification factor, DAF)推荐值应考虑风攻角15°时拉索断裂引起的风振放大效应,有助于为同类型桥的抗风设计提供借鉴。

风攻角对大跨悬索桥抖振响应影响的数值分析

随着桥梁建设不断向大跨度方向发展,跨度的不断增大使得桥梁结构趋于轻量化,但同时也增强了其对风荷载的敏感性。在这种背景下,大跨度桥梁更易受到风荷载的不利影响。抖振响应是指桥梁结构在风荷载作用下的高频随机强迫振动现象,对桥梁结构的安全性和使用寿命有着重要影响,为了保证桥梁的结构安全,在建造桥梁时应当充分考虑风对结构的作用。而风攻角作为研究抖振响应的重要依据,本文将研究在不同风攻角下大跨度悬索桥在非平稳脉动风场下桥梁抖振响应的变化。通过谐波合成法模拟非平稳脉动风场,利用ANSYS平台建立有限元模型,并运用CFD数值风洞方法识别主梁断面气动参数,最后进行非平稳抖振响应计算。主要对比了0°风攻角和-6°、-3°、3°、6°风况下的抖振响应RMS值,结果显示,随着风攻角的变化,主梁横向、竖向和扭转的非平稳抖振位移RMS值相对于0°攻角均呈增大趋势,尤其负攻角对扭转非平稳抖振位移RMS值影响最显著。而在不同攻角情况下,桥塔的横向和扭转非平稳抖振位移RMS值变化不显著。

基于BP神经网络的桥梁断面最不利风攻角预测

为研究服役桥梁面板在风场环境下的力学性能变化规律,文中基于COMSOL多物理场有限元软件建立杭州某桥梁截面模型,分析在不同风向和风攻角作用下桥梁截面风速和压力场的变化情况。模拟计算结果表明,(1)风向越大,桥梁断面的风场和压力场的影响越小。(2)当风攻角从-4°增加到-2°时,桥梁断面的最大负压逐渐减小,然后逐渐增大。即对于桥梁断面而言,最有利的风攻角为-2°。进一步结合模拟数据结果和BP神经网络,开展最不利风攻角预测。

风攻角及风向角对窗表面风压的影响

为了研究风攻角、风向角对高层建筑窗表面风压的影响,本文以实际工程为例,运用FLUENT软件建立数值风洞,研究不同风攻角、风向角下不同位置、类型的窗户表面风压分布情况,提出风压修正系数的概念,并对风攻角对高层建筑窗表面风压的影响进行了单因素试验方差分析。结果表明:1)风攻角对窗表面风压影响不显著;2)建筑平面有无凹井对窗表面风压影响不大;3)研究建筑表面风压分布时无需对窗进行精细化建模。本文研究成果可为复杂体型建筑的风压分布情况提供一定参考。

风攻角对强风下大跨度斜拉桥车-桥耦合振动的影响

为研究风攻角对强风作用下大跨度斜拉桥车-桥系统耦合振动的影响,通过风洞试验得到不同风攻角条件下桥梁主梁和桥上不同位置处列车的三分力系数;在此基础上,依据弹性系统动力学总势能不变值原理,进一步建立风-车-桥耦合系统振动方程,求解方程并就风攻角对桥梁和列车的动力响应的影响进行分析研究。研究结果表明:风攻角对桥梁和列车的气动三分力系数影响较大;桥梁跨中处的横向振动位移在攻角为-12°时有最大值,竖向振动位移在攻角为-6°时有最大值,极大值均未在攻角为0°时出现;风攻角对车辆动力响应的影响较大,但各项动力响应受风攻角影响而出现变化的趋势并不相同;列车的脱轨系数、轮重减载率和横向力在负向攻角时比正向攻角时的大,且随负向攻角绝对值的增大有增大趋势。

风攻角对分离双扁平箱梁涡振特性的影响

在均匀流场中进行了分离双扁平箱梁涡激振动节段模型风洞试验,研究了-5°^+5°间8个不同风攻角下分离双箱梁在D/B=0.1(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁的宽度)时的涡振特性,并将结果与单箱梁的结果进行了对比。结果显示:+5°风攻角下,上下游箱梁的涡激振动受到了抑制,表现为振幅的减小和风速锁定区间的缩短;随着风攻角的逐渐变小,这种抑制效应逐渐变弱,并转变为放大效应;+2°风攻角下,单箱梁未发生涡激振动现象,但上下游箱梁均发生了比较明显的涡激振动。

风攻角对斜拉桥抖振的影响

在桥梁所处的自然环境中,来流风是有一定攻角的,在对桥梁进行抖振分析时,有必要对桥梁在不同攻角脉动风作用下进行分析计算,得出不同攻角下桥梁的抖振响应。文中以某公铁两用斜拉桥为例,采用谐波合成法模拟了该桥在基准风速下的脉动风场,采用线性时域分析方法研究了风攻角对斜拉桥抖振的影响。结果表明,该桥的抖振位移响应在正攻角下偏于不利。

不同风攻角下薄平板断面颤振机理研究

薄平板在汽轮机末级叶片和风力机叶片等领域获得了广泛的应用,也作为基准对象用于流线型箱梁的颤振研究中。由于不同来流攻角对薄平板气动性能的影响不同,因此研究不同攻角下薄平板的颤振机理,把握其颤振特性,对保障结构安全具有重要意义。以宽高比为40的薄平板模型为研究对象,基于不同风攻角下的颤振导数,采用双模态耦合颤振分析方法,通过对不同攻角下颤振过程中气动阻尼、弯扭运动相位的差异性分析,研究了薄平板在不同风攻角下的颤振机理,指出了影响颤振性能的主要原因。研究结果表明:0°和3°攻角下颤振性能相似,均为扭转主导的弯扭耦合颤振;在5°和7°攻角下,薄平板虽然发生扭转主导的弯扭耦合颤振,但此时非耦合气动力提供的气动正阻尼显著减小,而耦合气动力提供的气动负阻尼增强,因而直接导致了大攻角下薄平板颤振临界风速的显著降低;同时,随着攻角由小到大变化,弯扭运动间的相位差也随之变化,并在7°攻角下发生了翻转式性转变:由扭转运动滞后于竖向运动转变为了竖向运动滞后于扭转运动。研究成果揭示了薄平板在大攻角下颤振性能弱化的气动弹性力学机理,为工程薄平板的颤振设计提供了参考。

风攻角对车-桥系统气动特性及耦合振动的影响

为研究强风作用下风攻角对车-桥系统气动特性以及车桥耦合振动的影响,以某大跨度铁路悬索桥为研究对象,通过节段模型风洞试验测得在不同风攻角条件下的车、桥气动力并探寻其受风攻角变化影响的规律。依据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立可考虑风荷载作用的车-桥系统耦合振动方程,求解方程并就风攻角变化对桥梁和列车的动力响应的影响进行分析研究。研究结果表明:风攻角对由悬索桥和列车组成的车-桥系统的气动特性影响较大。当风攻角向负向增大时,桥梁阻力系数增幅较大;当风攻角向正向增大时,桥梁阻力系数增幅较为平缓;当风攻角绝对值较大时,车辆阻力系数较大并在风攻角为-8°时有最大值。强风下车-桥系统耦合振动响应对风攻角的变化较为敏感,当风攻角为-8°时,桥梁主跨跨中处横向及竖向振动位移有最大值,列车动力响应极大值多在风攻角较大时出现。列车在桥面横向上位置的变化对车辆和桥梁的气动特性有明显的影响,迎风工况中车、桥阻力及升力系数均在一定程度上大于背风工况,列车位置变化对车桥耦合中车辆、桥梁的动力响应也有较大的影响。

不同风攻角下薄平板的颤振导数

薄平板在不同风攻角下的颤振导数鲜有研究。该文以宽厚比40的薄平板为研究对象,首先采用强迫振动风洞试验测试技术,在0°、3°、5°和7°攻角条件下对其颤振导数进行了测试。结果表明,0°攻角下薄平板模型和理想平板的4个关键颤振导数保持一致。颤振导数A_2~*在0°、3°和5°下为负值,且随着攻角增加绝对值减小,在7°攻角下当折算风速小于15时,A_2~*虽然仍为负值但接近于0,当折算风速大于15时转为正值并迅速增大;其他颤振导数在0°、3°和5°下的改变不如A_2~*显著,但在7°攻角下有显著变化。分别采用耦合颤振计算和自由振动风洞试验获得了薄平板模型在不同攻角下的颤振临界风速,两者误差小于4.5%,验证了颤振导数的准确性。研究成果也为大跨度桥梁考虑风攻角影响的颤振计算提供了参数。

有风攻角的棱柱体驰振计算方法研究

基于准定常理论,推导了有风攻角的横风向驰振临界风速以及振幅计算公式。采用H形柱开展风洞试验,发现:关于驰振临界风速,在较小的风攻角下本文方法计算结果和Den-Hartog公式计算结果很接近,而在较大的风攻角之下两者相差较大,说明Den-Hartog公式无法应用于较大风攻角的驰振计算;关于驰振振幅,理论计算结果和试验非常吻合,证实了该计算方法的正确性。

坡型风攻角下绝缘子串动态风偏响应特性

为系统性研究坡型风攻角作用下绝缘子串动态风偏响应特性,提出一种坡型风攻角下绝缘子串动态风偏计算模型与响应特性分析方法。首先,基于导线风偏摆动固有频率不变原则建立导线等效模型,选取两侧导线作用位置施加外部载荷,构建坡型风攻角下绝缘子串动态风偏计算模型;其次,以动力学方程与功率谱法为切入点,推导得到风偏模型的幅频特性函数与响应均方值,分析绝缘子串风偏均值与摇摆幅值对不同坡型风攻角和不同线路结构的变化特性;最后,通过工程实例与有限元模型进行对比,验证了绝缘子串动态风偏模型与风偏响应特性分析方法的正确性。研究表明:绝缘子串风偏响应均值、摇摆幅值与坡型风攻角呈正比,摇摆固有频率与坡型风攻角呈反比;随风攻角度增加,风偏均值斜率不变,摇摆幅值斜率增加,工程设计中风偏放大系数的选取应考虑风攻角的影响。研究结果可为架空线路防风偏设计提供参考与理论支持。

盐渍土环境下考虑耐久性损伤的输电塔风振时程分析

长期服役于盐渍土环境下的输电塔耐久性损伤较为严重,当其材料力学性能退化到一定程度时,在强风作用下,输电塔可能会发生破坏,危害线路的安全运行。基于±800kV天中线特高压直流输电工程直线塔,考虑基础钢筋锈蚀、基础混凝土侵蚀、输电塔杆塔钢材锈蚀以及基础箍筋的约束效应,在ABAQUS有限元软件中建立塔-线-基础耦合模型,研究不同风攻角和材料耐久性损伤对塔身动力响应的影响。结果表明:90°风攻角下塔身顺风向位移最大,为最不利风向基本工况;90°风攻角下输电塔塔顶顺风向位移响应贡献主要以背景分量为主,但共振分量也有一定贡献,主要以输电塔1阶振型频率为主,且随着服役时间的增加,振型频率逐渐降低,相应响应的贡献程度逐渐提高;相同风荷载作用下,随着服役时间的增加,塔身位移逐渐增大,相同服役时间下,随着塔身高度的增加,塔身位移响应峰值增长速度变快,结构振动更加明显,材料耐久性损伤对输电塔的位移响应影响较大。

横风环境下高速列车气动力模拟与分析

为探究不同风攻角、风向角下高速列车所受气动力特性,通过数值模拟的方法对高速列车所在风场进行研究。采用时间序列法模拟得到列车移动点的脉动风速时程,根据准定常假设下风速与气动力之间的关系计算得到列车所受静风力和抖振风力,分析了不同参数对计算结果的影响。结果表明,在同一模拟点下,相较于顺风向脉动风,竖向脉动风的脉动量更小;同一风攻角,风向角越大,静风力越小;同一风向角,风攻角越接近3°,静横向力越小;风攻角越接近0°,静升力越小;随着风攻角由-3°过渡到3°,同一车速下,脉动横向力逐渐减小,而脉动升力先减小后增大;同一风攻角下,随着风向角增大,脉动横向力标准差先增大后减小;脉动升力除风攻角为-3°且呈现逐渐增大的趋势外,其余两种均为先减小后增大;气动力的离散程度即变异系数与风攻角关系不大,主要与风向角有关,风向角越大变异系数越大。

大风天气下装配式阳台吊装稳定性研究

随着装配式建筑兴起,预制装配式阳台作为装配式建筑中重要的组成部分,其吊装过程的安全性能受到广泛关注。针对常年处于大风天气下的张家口坝上地区,通过研究风荷载对PC封闭式阳台提升时的影响,进行了9种不同风攻角、7种不同风向角下PC封闭式阳台模型的风压对比;将0°、30°、60°风向角下的风压与-6°、3°、12°风攻角下的风压转换为均布面荷载,使用有限元软件对比分析了迎风面受风向角度的改变对PC封闭式阳台2种吊装方式下提升时的稳定性;考虑平均风与脉动风的影响,将阳台在不同受风状态下的稳定性进行对比分析,得出脉动风与风向角度均对PC封闭式阳台提升时的稳定性具有不可忽视的影响,建议阳台提升时优先采用桁架式吊装方式,并应考虑施工现场实时的风速与风向。

不同高宽比并列双幅箱梁气动升力的干扰效应

为了给实际工程中并列双幅变截面箱梁的气动升力取值提供参考,针对不同高宽比的双幅箱梁,通过刚性模型测压风洞试验,测试了多个不同风攻角和间距时双幅箱梁的升力系数,并与单幅箱梁的升力系数进行了对比分析。引入干扰因子对下游箱梁的干扰效应进行定量表示。研究结果表明:与单幅箱梁相比,上游箱梁的气动升力变化不大,下游箱梁的气动升力变化显著;在大多数正向风攻角下,下游箱梁气动升力的干扰效应表现为明显的减小效应;在负向风攻角下,气动干扰使下游箱梁承受向下的升力,升力值随着风攻角的增大而增大,随着间距和箱梁高宽比的减小而增大。

既有桥梁对新建斜拉桥主梁气动干扰效应的试验研究

为研究既有桥梁对新建斜拉桥主梁的气动干扰效应,以京珠高速改扩建汉江特大桥为背景,进行节段模型测力风洞试验。按1∶50缩尺比制作主梁节段缩尺模型,研究既有桥梁与新建斜拉桥相对位置关系、桥梁间距及风攻角对新建斜拉桥主梁三分力系数的影响。结果表明:既有桥梁对新建桥梁具有明显的气动干扰效应。既有桥梁在上游时,存在明显的遮挡效应,新建桥梁阻力系数整体显著减小;既有桥梁在下游时,新建桥梁阻力系数在正攻角范围内显著减小。升力系数受既有桥梁影响,绝对值整体减小,正攻角时既有桥梁在下游减小更显著。在正攻角范围内,既有桥梁在上游时新建桥梁升力矩系数增大,在下游时则整体减小;在负攻角范围内反之。桥梁间距对阻力系数气动干扰效应的影响突出,间距越大既有桥梁对新建桥梁阻力系数的气动干扰效应相对越小,对升力系数和升力矩系数气动干扰效应的影响较小。

接触网系统舞动影响因素与防舞措施研究

接触网覆冰导线受风激励会产生舞动,加剧设备损坏,影响列车安全运行。通过建立接触网及其附加导线的有限元模型,并根据风洞试验得到的气动力系数计算接触网的空气动力荷载;在不同工况下对附加导线和接触网进行仿真。研究结果表明:覆冰厚度对舞动影响较小;风速越大,舞动程度越大且增幅越大;风攻角越大,舞动程度越小,且风攻角在90°~150°时舞动程度降低得更加明显。通过对比多种防舞方案,确定了最佳方案,并对防舞效果进行评估。

Scruton数对小宽高比H型断面典型攻角风致振动的影响

驰振是一种易发于细长钝体构件的横风向气动失稳现象,质量阻尼参数是影响结构驰振特性的关键参数之一。为探究质量阻尼参数对小宽高比H型断面驰振的影响规律,本研究以曾家岩嘉陵江大桥H型吊杆为工程背景,针对宽高比B/D=1.91的H型断面进行节段模型风洞试验,得到典型风攻角下驰振响应特征,并分别研究了质量、阻尼参数变化所引起的Scruton数变化对大攻角驰振响应的影响规律,探讨了Scruton作为单一参数描述质量阻尼参数影响的可行性。试验结果表明:宽高比B/D=1.91的H型截面在风攻角0°和70°出现非定常大振幅驰振,当Scruton数增大,70°攻角的驰振振幅-风速曲线变化较0°攻角更显著;攻角0°和70°下的驰振临界风速均低于准定常理论值,采用经典准定常理论预测结果偏于危险,0°攻角相较70°攻角的起振风速更低,更容易发生风致振动,并且非定常驰振现象显著;阻尼比和质量比对不同风攻角下驰振的影响不同,在风攻角0°下,两者可近似由Scruton数统一表示,但在大攻角70°下,不能简单地由Scruton数表示。