分体箱梁中央隔涡板涡激振动抑制机理研究

借助风洞试验和计算流体力学对分体钢箱梁的涡激振动性能及中央隔涡板的抑振效果与机理开展研究,对比不同形式(水平隔涡板、一道竖向隔涡板、两道竖向隔涡板)和尺寸中央隔涡板的抑振效果,并根据流迹与速度云图对不同形式中央隔涡板的抑振机理进行分析。结果表明:开槽顶部水平隔涡板能够阻碍开槽处的气体对流,降低开槽内部及断面周围气流速度,增加旋涡移动和脱落难度,从而在一定程度上抑制涡激振动,抑振效果随隔涡板宽度增大而增加;开槽内部竖向隔涡板能够将旋涡稳定在隔板分隔出的几个小区域内,避免产生稳定的旋涡脱落,进而有效抑制涡激振动,设置两道半高竖向隔涡板比设置一道全高竖向隔涡板效果更好,但需对两板间距进行优化。

基于测力和测压试验的气动导纳识别结果比较

气动导纳是大跨度桥梁抖振分析的重要参数,通常通过格栅湍流场测力或测压风洞试验进行识别。然而,测力试验中天平和节段模型系统的固有振动和测压试验中测压管路系统的频响效应都会对气动导纳的识别结果产生影响。本文通过格栅湍流场测力和测压试验、采用抖振力自谱和抖振力脉动风交叉谱综合残量最小二乘法识别了准平板断面的气动导纳,其中,在基于测力试验的气动导纳识别中考虑了模型抖振力跨向不完全相关效应的影响,在基于测压试验的气动导纳识别中考虑了按Bergh-Tijdeman理论公式修正或者不修正测压管路系统频响特性影响的2种情况。在此基础上,通过考察气动导纳实验识别结果之间的差别及其与平板断面气动导纳理论解Sears函数之间的差别,研究了天平模型系统固有振动以及测压管路系统频响效应对识别结果的影响。结果表明:天平模型系统的共振会显著放大气动导纳的识别结果;而由于测压管路的固有频率一般要显著高于天平模型系统的固有频率,因此,与基于测力试验得到的气动导纳相比,基于测压试验所得气动导纳总体上更加合理,可用导纳的折算频率范围更广。此外,在一般大跨度桥梁抖振分析所关心的折算频率范围内,考虑测压管路频响特性修正后,气动导纳有一定降低。

水平中央隔涡板透空形式对分体箱梁涡振响应的影响

分体箱梁断面因其优异的颤振性能近年来在大跨度缆索承重桥梁中多有应用。对涡振问题比较严重的分体箱梁,采用气动措施削弱开槽处的大尺度漩涡是控制涡振的最有效手段。通过大比例节段模型风洞试验,对比了不同形式水平隔涡板对分体箱梁的涡振控制效果。比较结果显示:在透空率接近的情况下,采用两侧水平隔涡板比各种打孔板的涡振控制效果都要好,如果要采用打孔板达到两侧水平板近似的涡振效果,透空率需要再减小26%左右;如果采用打孔板,板上的孔越是不均匀,涡振控制效果越好,而孔的形状对涡振影响不大。

黄茅海大桥扭转涡振气动措施展向布局优化

通过大比例节段模型风洞试验发现,黄茅海大桥主梁原始断面在试验中出现的扭转涡振可通过部分封闭检修道栏杆来控制,但如果将该气动措施通长布置在主梁上则会显著增大结构侧向风荷载。为了确定主梁展向所需的气动措施最短布置长度和相应的布置范围,首先通过节段模型风洞试验识别了采取气动措施前后2种主梁断面的涡激力模型参数,然后基于涡激力模型逐模态分析了实桥的三维涡振响应,最后以实桥不发生涡振作为约束条件优化了气动措施的展向布局。结果表明:部分封闭检修道栏杆减小了扭转涡激力的气动负阻尼效应,从而抑制了主梁断面的扭转涡振,但将其通长布置在主梁上过于保守;利用所提方法优化该气动措施的展向布局后,可大幅缩减气动措施的展向布置长度。

矩形立柱非定常驰振三维非线性分析及气弹模型试验验证

类矩形断面因其本身较钝的气动外形而容易发生俗称为“软驰振”的风致自激振动。与经典驰振不同,这种振动不会无限发散,而是最终收敛于一个具有稳定振幅的极限环振动状态,表明其自激力存在显著的非线性特性。此外,随时间不断变化的振动特性体现其具有明显的非定常效应。在实际桥梁工程中一些类矩形钢立柱、钢吊杆或钢梁,都可能由于其钝体外形以及低质量、低阻尼等特性而发生非定常非线性驰振,因此有必要对其非定常非线性驰振响应进行精确预测。以宽高比为3∶2的矩形断面为对象,首先识别了二维驰振自激力非线性数学模型的参数;然后,考虑到驰振的非线性主要体现在其气动阻尼非线性效应上,而其气动刚度非线性效应较弱的特点,引入了振型分解法,提出了考虑结构振型和竖向平均风剖面影响的钝体立柱非定常驰振响应的三维非线性分析方法,开展了2种典型风剖面来流作用下的3∶2宽高比矩形断面立柱非定常非线性驰振响应的理论分析和气动弹性模型风洞试验案例研究,并通过比较试验与理论分析结果,验证了所提出的钝体立柱非定常驰振三维非线性分析方法的可行性和可靠性。

检修车轨道对分体箱梁涡振响应的影响及其内在机理研究

检修车轨道是影响箱梁断面涡振性能的重要因素,选择合理的检修车轨道形式与位置往往能够经济有效地抑制甚至消除主梁涡激共振。采用风洞试验和计算流体力学(CFD)相结合的手段,研究检修车轨道尤其是内侧检修车轨道对分体箱梁涡振性能的影响。风洞试验结果表明,在主梁断面其他结构外形保持不变的条件下,设置内侧检修车轨道可能会对断面的涡振性能产生不利影响,而使内侧轨道远离梁体可以有效减小上述不利影响。采用CFD手段对试验工况分别进行流迹分析发现,设置内侧检修车轨道时,会在中央开槽处形成稳定波动的大漩涡,从而激起主梁涡振;而当内侧轨道距离箱梁主体足够远时,只会在下游产生小旋涡,整体流场基本不发生改变,因而对断面涡振性能的影响较小。