非均匀封闭护栏钢箱梁断面绕流特性

从绕流场的速度分布、三维旋涡结构的发展和演化及主梁表面压力分布等角度,应用大涡模拟技术探究顺桥向非均匀封闭护栏对钢箱梁断面绕流特性的影响及其抑制涡激振动的内在机制。数值模拟结果显示,由于斜腹板钢箱梁的原始断面在顺桥向方向基本一致,当流场流经上游护栏时,各护栏区域产生的旋涡结构较为一致,旋涡主要流场中旋涡结构围绕顺桥向旋转且具有明显的顺风向特征。在5°风攻角条件下,中央防撞护栏对上游桥面板处生成的旋涡影响很小,因具有更大尺寸和能量的脱落旋涡出现在模型下游,其振幅相对于3°风攻角的工况更大。当封闭顺桥向外侧护栏时,较大的负压区出现在上游桥面板背风侧,致使顺风向气流在顺桥向较为分散,从而降低了顺风向旋涡的能量;在桥面板负压作用下,边界层上部主流速度向主梁壁面下倾,加剧了旋涡的耗散,使得尾流中的旋涡尺寸和能量均有所下降,从而实现了对结构振动的抑制。结果表明:2种封闭措施在抑制涡激振动的机理上存在差异,在护栏开二闭一的措施下,旋涡在顺桥向的分量较大,且表面旋涡受主流下倾的抑制作用,从而降低了尾流第一对脱落涡的顺风向尺寸及能量;而在护栏开三闭一的措施下,上游桥面板的负压区较弱且位置后移,尾流旋涡能量低且强涡范围最小,上下表面压力差减小。

径向基神经网络用于钢-混Π型梁原始断面涡振性能的预测

钢-混Π型梁主梁断面在大跨斜拉桥的主梁设计中被广泛采用,此类断面易出现涡激振动现象,引起桥梁结构安全问题且降低行车舒适性。首先利用既有风洞试验结果校核涡激振动响应的CFD计算模型,并利用校核后的CFD方法得到学习样本数据库。利用学习样本对径向基(RBF)神经网络进行训练,并优化神经网络的设置参数,以此建立钢-混Π型裸梁的开口率和宽高比2个形状参数与涡激振动响应的关系,探索Π型桥梁断面的涡振规律。研究表明,Π型梁涡振响应与2个形状参数均呈非线性关系;2个形状参数对涡振响应的的影响可进一步指导气动措施的选择及优化。

喇叭口河谷地形基本风特性实测

为了研究复杂地形的风场特性,同时获得实际桥址处的风参数,以喇叭口河谷地形为研究对象,进行了为期6个月的现场实测。河流在该区域由山区进入平坦地区,因此该类河谷既有山区峡谷特点又有平原的地貌特点,地形地貌复杂。实测过程中使用三维扫描式激光雷达在河谷内进行多点观测,依托当地1座双塔斜拉桥进行测点布置。沿桥轴线方向每隔141 m设置1个虚拟测风塔,总计4个虚拟测风塔,即可得到这4个测点处的风速剖面。最终得到喇叭口河谷内不同位置的风剖面,以及不同位置、不同高度处的平均风速和风向,分析得到该地形下的风场特性。研究结果表明:在一定高度处风速有加速现象,此现象主要发生于河谷中下部,其成因与来流风向变化及地形有关;喇叭口河谷地形风剖面比《公路桥梁抗风设计规范》(JTG T 3360-01—2018)(简称规范)所列的模型复杂,难以用现有模型进行描述,但仍可以用幂函数进行描述;受来流及周围地形地貌影响,高风速时桥面高度处跨中位置的风速要大于两侧风速;桥面高度处不同位置的风向受来流方向和地形的影响存在差异;大气风向为西北方时,谷内风向角由近地面到高空变化较大,大气风向为东南方时,谷内风向角垂直方向上差异较小。所得观测结果与目前规范对风特性的描述存在较大差异,可对规范内容进行补充,同时也可为复杂地形下的风特性预测提供参考。