山区峡谷大跨度斜拉桥施工阶段抖振响应及抗风索减振措施研究

为研究山区峡谷大跨度斜拉桥在不同施工状态下的抖振响应特点,以及适用于该类桥梁的抗风索减振措施,以跨越深切峡谷的某大跨度斜拉桥为背景,采用有限元时域分析方法计算该桥在最大双悬臂施工状态、单悬臂中期施工状态和最大单悬臂施工状态下的抖振响应,分析不同布置形式抗风索对抖振响应的抑制作用。结果表明:主梁在最大双悬臂施工状态下梁端竖向抖振位移显著,主要由桥塔顺桥向弯曲引起;单悬臂中期施工状态结构整体刚度提升使得梁端竖向和塔顶顺桥向抖振位移明显降低;最大单悬臂施工状态主梁悬臂段最长,主梁抖振响应较单悬臂中期施工状态显著增大。一端与桥塔承台连接的传统抗风索可大幅降低最大双悬臂状态主梁的竖向抖振位移,最大减小率达55.3%,但对单悬臂施工状态桥梁抖振响应的抑制效果并不明显;当主桥处于最大单悬臂施工状态时,在两侧主梁悬臂端采用交叉连接方式布置的“软连接”抗风索可有效抑制主梁的竖向、横桥向和扭转抖振位移,且减振效果优于平行连接。

不同风攻角下风屏障对桥面车辆气动力的影响

为了研究不同风攻角下风屏障对桥面迎风侧不同车道上车辆气动力的影响,通过1∶30大尺度节段模型测力风洞试验测量了±5°、±3°和0°风攻角下厢式货车在装有栏杆桥面和风屏障桥面上的气动力,并借助数值模拟方法得到的桥面局部风环境分析了车辆气动力随风攻角变化的机理。研究结果表明:对于设置栏杆的桥面,车辆侧力、升力和倾覆力矩系数最大值均不在0°风攻角时出现,且车道2位置车辆的气动力对风攻角变化非常敏感;桥面设置风屏障时,其平均风速场受风攻角变化的影响很小,尤其在风攻角不为负时,桥面中央位置处车辆受到的气动三分力几乎不变。在风屏障顶部形成的风速加速区会增加高侧边车辆受到的倾覆力矩,使其更容易发生侧倾事故。

我校风工程研究取得新进展——“汕头海湾大桥抗风试验”通过铁道部鉴定

1996年10月16日,由我校风工程试验研究中心与中国空气动力研究与发展中心合作完成的'汕头海湾大桥抗风试验'顺利通过了铁道部科技司组织的技术鉴定。以程庆国院士为首的由路内外知名专家、学者组成的鉴定委员会一致认为,课题组对该桥进行的抗风试验,是项目比较齐全的系列研究,其中桥位风环境风洞试验、施工猫道气动弹性模型风洞试验。

基于风洞试验的大跨度钢桁梁悬索桥颤振性能研究

目前研究大跨度桥梁颤振性能的主要手段是节段模型风洞试验,而如何利用试验结果对桥梁主梁断面进行优化还没有得到彻底解决。以某大跨度钢桁梁悬索桥为工程背景,给出了桥梁设计基准风速的计算方法和结果。进行1∶48比例节段模型颤振振动试验,得出了主梁在各个攻角下的颤振临界风速。在最不利工况下,试验了下中央稳定板、上中央稳定板和水平稳定板对主梁颤振性能的影响,最后根据试验结果,在考虑安全、经济和美观等因素的条件下,选择最优气动方案,满足了桥梁抗风设计的要求。最后用1∶100比例全桥气弹模型试验验证了节段模型试验结果的可靠性。同时总结了大跨钢桁梁悬索桥颤振折算风速值一般位于数值4左右的规律,为今后类似钢桁梁悬索桥的颤振性能研究提供了借鉴和参考。

山区峡谷大跨钢桁梁桥抗风特性试验研究

山区气象条件非常复杂,对跨越山区峡谷的大跨桥梁将产生非常不利的影响,山区大跨桥梁的抗风问题已成为山区大跨桥梁设计中的重要考虑因素。针对桥梁抗风特性,首先介绍了山区峡谷桥梁设计风参数的选取方法和结果,其次介绍了两座钢桁梁桥节段模型风洞试验的过程和结果,然后针对主梁出现的风致振动进行了一系列详细的优化试验,最后对优化试验的各种方案进行对比分析,选择出抗风特性最优的抑振措施,满足了桥梁抗风设计的要求,为以后类似桥梁的设计提供参考和依据。

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究。在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测。然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验。对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好。分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值。因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的。通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论。

特大跨径桁架加劲梁桥颤振稳定性气动优化措施风洞试验研究

以某特大跨径桁架加劲梁悬索桥为例,利用节段模型风洞试验,探讨研究桥面板中央开槽孔、加裙板、气动翼扳等各种气动控制措施对颤振临界风速的影响。试验结果表明,桥面板中央开槽、设置裙板、气动翼板都能够使桁架加劲梁桥颤振稳定性得到改善,但是都不能使各个攻角下的颤振临界风速都有所提高。气动翼板和桥面板中央开槽组合气动措施,且气动翼板的安装位置在桁架加劲梁弦杆,是最优化气动措施组合,可为类似大跨度桁架加劲梁桥抗风设计做参考。

防风网气动特性参数的试验研究

防风网气动特性参数是防风网结构没计中的重要参数。通过风洞试验的方法研究了透风率分别为29.9%和35.4%的蝶形、平板两类防风网的静力风荷载气动特性参数。结果表明,防风网风载体型系数背风面为负值,其绝对值远大于迎风面;迎风面风载体型系数,当透风率较小时为负值,较大时为正值,即防风网向后的吸力是主要作用力。防风网的压力损失系数、风载体型系数和阻力系数相互紧密联系,其值具有致性,随着前者的提高,后两者的值也提高,即防风抑尘效果越好,抗风安全性越差。防风网结构设计时,要统筹兼顾,权衡利弊,选其最佳结合点。

坝陵河大桥节段模型风洞试验研究

通过坝陵河大桥的节段模型风洞试验获得了主梁的静力三分力系数、主梁的颤振特性以及识别了主梁的8个颤振导数,并对试验结果进行了详细的分析,其分析评价的结果可用于指导该桥的设计与施工,也可为同类桥梁提供参考。

西堠门大桥桥址处风场特性研究

为了对大跨度桥梁抗风评估提供可靠依据,在西堠门大桥跨中安装了4个3维超声风速仪,对桥位处风场进行长期连续观测,获得了桥位处大量风速样本。经过对实测风速数据的分析,得到了平均风速和风向、紊流强度、紊流功率谱密度函数等风场特性,以及紊流强度、阵风因子和摩阻速度随平均风速的变化规律,阵风因子和紊流强度之间的关系等。实测结果表明,桥址处风场紊流强度较高,三个方向紊流强度的比值与规范值有一定差别,需进行长期连续观测。实测湍流功率谱曲线与理论曲线在变化趋势上基本一致,纵向分量接近于Kaimal谱曲线,垂直分量接近于Panofsky曲线。

基于风洞试验的大跨度悬索桥涡振性能研究及评价

目前研究大跨度桥梁涡振性能的主要手段是节段模型风洞试验,而如何利用试验结果对桥梁进行全面细致的评价也需予以关注。以某大跨度悬索桥为工程背景,在阻塞度较小的XNJD-3大型风洞中进行1∶20大比例尺节段模型涡激振动试验,分析了阻尼、风迎角等因素对涡振响应的影响。最后考虑高阶振型的影响,将振幅换算到高阶模态,引入《公路桥梁抗风设计规范》以及英国BS5400规范对桥梁的涡激振动性能进行评价,为今后利用节段模型试验结果来评价实桥的涡振性能提供了借鉴。

马普托桥颤振稳定性的风洞试验研究

以莫桑比克马普托桥为工程背景,根据现场气象统计资料,采用Gumbel极值Ⅰ型分布曲线拟合的方法确定基本风速,并利用节段模型及全桥气弹模型,对其颤振稳定性进行详细研究。基于主梁节段模型和全桥气弹模型试验获得的颤振临界风速存在明显的差异,对其原因做了较为全面的分析。由于全桥气弹模型能够更好的模拟实桥的动力特性,能够反映实际三维空间效应、多模态耦合效应以及气动力相关性效应等,因此全桥气弹模型试验结果较准确,相比之下,节段模型试验结果偏于保守。

斜拉索风雨振动及制振措施的风洞试验研究

采用全尺寸节段模型,进行了3种不同直径光面索的风雨振动风洞试验,并在各自雨振发生的临界风速、姿态及雨量条件下,和表面附加螺旋肋条及压花后的模型,进行了对比试验,且考察了不同阻尼条件下模型的振动特性,由此探索出对抑制雨振效果较佳的斜拉索表面形式及合适的阻尼比。

大跨桥梁抖振力与脉动风速空间相关性的对比研究

对于桥梁断面,已有的风洞试验结果表明,抖振力的跨向相关性大于脉动风的相关性。由于风洞尺寸和模型尺度的限制,这些试验结论是在跨向间距较小和被动模拟紊流场条件下取得的。为了进一步研究较大的跨向间距内以及不同紊流场中抖振力的跨向相关性,以抖振升力为例,利用理论分析方法建立了合理的数学模型,并深入研究了风洞模拟风谱以及自然大气风谱下抖振力的跨向相关性与脉动风速相关性的差异。结果表明,在风洞模拟紊流场中,抖振力的跨向相关性大于脉动风的相关性仅在一定的跨向间距内成立;而在自然大气紊流场中,抖振力的跨向相关性则介于纵向脉动风与竖向脉动风的相关性之间。最后,利用Davenport提出的相干函数经验公式计算了自然大气紊流场中抖振力的相关性,通过对比验证了方法的有效性。

矩形断面高层建筑脉动风荷载频谱特性研究

为研究风场特性及矩形断面长宽比等因素对矩形高层建筑脉动风荷载功率谱特性的影响,以矩形断面(宽厚比B/D=2∶1,1∶2)为例,采用刚性模型测压风洞试验的方法,测得了边界层中矩形模型的脉动风荷载时程.参考日本建筑设计建议(AIJ)给出的横风向脉动风荷载谱模型,对试验结果进行拟合,给出了一个简化的矩形高层建筑横风向脉动风荷载功率谱函数表达式.试验结果表明,顺风向脉动风荷载主要由纵向紊流引起,其功率谱密度函数特征与来流紊流基本一致;横风向脉动风荷载的形成机理较为复杂,矩形断面侧边存在复杂的分离流动及再附现象,但其无量纲功率谱密度沿高度基本一致;斯托哈尔数沿高度方向变化较小,当宽厚比分别为2∶1和1∶2时,斯托哈尔数分别约为0.128和0.069 7.

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。

某对称超大跨度火车站屋盖风洞试验研究

通过贵安火车站的风洞试验,对试验数据进行了处理,依据风压系数、体型系数和风振系数等对该类大跨屋盖结构风荷载作用规律进行了分析。结果表明:任意风向角下屋盖顶面各区域基本承受负压,底面有较大正压区;来流方向靠近分离点的屋面前缘及屋盖顶面拐点处压力系数绝对值较大;各区域风振系数变化均匀,竖向位移风振系数具有较好的连续性。

山区桥梁桥址风环境数值风洞研究

为确保山区桥梁的抗风稳定性和安全性,根据计算流体动力学(CFD)基本原理,采用基于RNG、k-ε方程湍流模型的数值研究方法,利用计算流体力学软件FLUENT6.0对坝陵河特大桥桥址风环境进行了数值模拟,研究了桥位风场的特征状况。通过引入风速放大系数这一表征考察点与边界入口风速关系的无量纲参数得到16个不同来流风向下考察点的风速分布情况,并将桥位水平方向(横桥向和顺桥向)平均风速计算值与试验结果进行比较分析。结果表明:当来流风与桥位正交时,风速放大效应最明显;CFD计算结果与风洞试验结果存在一定的偏差,但在整体趋势上与试验结果吻合较好。

建筑物干扰条件下双烟囱的风洞试验研究

主要介绍某发电厂双烟囱在有建筑物干扰条件下的风洞试验研究,并主要测试了烟囱在各个风向角条件下基底的静态力和动态力。刚性模型的试验结果表明:当两烟囱处于串列状态时,上风侧烟囱存在显著的遮挡效应,使得下风侧烟囱的静态基底力显著降低。气动弹性模型试验得到的动态基底力结果表明:当两烟囱处于串列状态时,上风侧烟囱对下风侧烟囱的气动干扰较为显著,导致其动态力较大。当烟囱前方存在厂房干扰,且风向角为195°时,烟囱基底的合成弯矩有最大值。

上翘式弧形火车站雨棚风荷载特性研究

以一种新型上翘式弧形火车站雨棚为研究对象,通过风洞试验和数值模拟两种方式研究了该新型结构的风荷载特性。通过大比尺风洞测压和测力试验,研究了该雨棚表面风压分布规律和在不同风攻角作用下雨棚的三分力系数变化特征。试验结果表明,由于雨棚的上翘构造,使得迎风面上表面的负压变大,下表面的正压变大,风荷载作用进一步加强;风荷载分布对风向角较为敏感,0°风向角为最不利风向角。通过CFD数值模拟方法计算了不同比尺下结构的三分力系数,并与风洞试验结果进行对比,研究了雷诺数对该雨棚三分力系数的影响。该结构并非典型流线型结构,由于上翘的影响,存在明显的流体分离和再附,具有钝体绕流特性,当选用1∶10和1∶15大比尺时,三分力系数与原型相差较小。因此,对该类结构选择大比尺模型进行风洞试验研究是非常必要的。