大跨斜拉桥双层桁架主梁施工状态的阻力系数

针对规范中对大跨径桁架桥的双层主梁阻力系数在取值上的局限,提出一种主梁阻力系数计算方法,以施工阶段节段模型的风洞试验结果为基础,对双层桁架主梁进行模型简化后,使用CFD计算得出其三分力系数.采用不同迎风面特征尺寸,桁架片数以及桁架间距,分析了迎风面特征尺寸对主梁的阻力系数的影响.讨论了桁架间距以及片数不同对主梁的阻力系数的影响趋势.结果表明:迎风面特征高度与特征宽度对主梁阻力系数影响的变化规律并不相同,对此提出以桁架纵高比为变量的双层桁架桥梁主梁的阻力系数拟合公式;当桁架间距较小时,桁架片数对主梁阻力系数无影响,但当桁架间距与桁架高度比值达到3时,桁架片数的变化会对主梁的阻力系数产生较大的影响.

小半径曲线双层桁架桥设计研究

随着国内桥梁大规模建设,双层桁架桥梁逐渐增多,直线钢桁结构的设计与应用较为成熟,曲线桁架结构的研究较少。依托贵阳市人民大道筑城广场大桥,研究了小半径曲线桁架桥的合理构造布置,通过Midas Civil进行结构整体受力分析,采用ANSYS对关键节点受力性能进行研究,为小半径曲线双层桁架梁桥设计及施工提供可靠的理论和技术支持。

双层桁架桥上列车气动特性风洞试验研究

为研究双层桁架桥上列车位于主梁断面上、下层的气动特性,通过节段模型风洞试验对双层桁架主梁断面上列车进行测力、测压。以某大跨度公铁两用悬索桥和CRH2列车为背景,研究双层桁架主梁断面上列车在迎、背风侧时,列车位于上、下层时的三分力系数、平均风压系数以及脉动风压系数,并且分析风攻角对上、下层列车气动特性的影响。研究结果表明:1)上层列车的阻力系数要显著小于下层列车,当列车位于迎风侧时,下层列车的阻力系数可达到上层列车阻力系数的1.6倍,上、下层列车的力矩系数大小基本相同,但是上层列车的升力系数大于下层列车;上、下层列车的阻力系数随风攻角的增加逐渐减小并且两者的差值也逐渐减小。2)上层列车的迎风面、背风面的压差明显小于下层列车的情况,使得上层列车的总体阻力小于下层列车,并且上层列车的顶面、底面的压差要大于下层列车的情况,使得上层列车的总体升力大于下层列车;上层列车迎风面的平均风压随风攻角的增加而减小,下层列车则无明显变化。3)上层列车圆弧过渡段顶部和底部脉动风压系数小于下层列车,并且随着风攻角的增加,下层列车脉动风压系数减小,而上层列车无明显变化,风攻角对上层列车风压系数的脉动性影响较小。研究结果可为双层桁架桥上列车线路布置提供参考和依据。

大跨度双层桁架主梁三分力系数识别

采用风洞试验与计算流体力学(CFD)相结合的方法,对某公铁两用斜拉桥双层桁架主梁在-10°～10°风攻角下的三分力系数进行研究.利用风洞试验技术测试成桥及施工阶段不同风攻角下主梁的气动力,并识别相应的三分力系数;基于标准k-ε双方程湍流模型建立三维数值计算模型,识别不同风攻角下三分力系数结果,并将其与风洞试验结果对比;结合2种方法研究雷诺数、桥面附属物和公路及铁路交通状况等因素对主梁气动特性的影响.结果表明低风攻角下雷诺数对主梁气动特性影响较小,可忽略不计,并提出了高风攻角下识别双层桁架三分力系数最低雷诺数的建议值;桥面附属物对主梁阻力系数影响显著,下层桥面附属物有效降低了主梁升力系数;公路车辆对主梁气动系数影响较小,迎风侧列车对主梁阻力系数、升力系数影响显著,背风侧列车对主梁力矩系数影响显著.

大跨度双层桁架梁悬索桥颤振性能试验研究

为提高大跨度双层桁架梁悬索桥的颤振性能,以主跨为1700 m的杨泗港长江大桥为工程背景,通过节段模型风洞试验,分别研究了上中央稳定板、下稳定板、水平翼板以及组合措施对主梁颤振性能的影响,并通过将有效气动措施与主梁原有构件相结合的方法来减小传统气动措施带来的不利影响,针对最优气动方案,研究了阻尼比对主梁颤振性能的影响.研究结果表明:原主梁断面在0°和+3°攻角下发生了没有明显发散点的单自由度扭转软颤振,颤振临界风速分别为50.5 m/s和31.2 m/s;安装于上层桥面的上中央稳定板、下层桥面的下稳定板以及与人行道底部齐平的水平翼板均能不同程度地提高主梁的颤振稳定性;当把水平翼板与下层桥面的下稳定板组合后,主梁的颤振临界风速增长率可高达34%,在此基础上提出了将上层托架和人行道板加宽、并将下稳定板和检修车轨道相结合的最优气动方案;当扭转阻尼比由0.37%增加至0.52%时,主梁的颤振临界风速可提高11.9%,说明阻尼器可能对发生单自由度扭转软颤振的桥梁起到良好的抑振效果.

曲线索辅双层桁架梁桥的设计与施工

城市桥梁的建设,经常受到净空和线形的限制,需要设计低高度梁和曲线梁。西南某城市建设了一座小半径双层桁架梁桥,采用拱肋提供吊索支承,改善主梁受力。介绍桥的曲线桁架双层梁设计、梁和拱的施工工艺,分析桥梁的受力性能,以期为类似项目提供借鉴。

双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标研究

针对现行规范未就双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验控制指标做出明确要求,基于实验力学及有限元基本原理建立了双层桥面钢桁架连续梁桥的荷载试验计算模型,利用等效荷载原理分别拟定了以弯矩、轴力作为控制指标下控制截面的静载试验加载方案,比较了关键构件在试验荷载作用下的弯矩、轴力加载效率,明确了双层桥面钢桁架连续梁桥的静载试验的控制指标。研究结果表明:在边、中跨最大正弯矩工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件轴力的加载效率最小为1.024,最大为1.259;在边、中跨最大轴力工况的加载效率满足规范要求的布载方式下,杆件弯矩的加载效率最小为0.603,最大为0.992;为确保结构安全,建议双层桥面钢桁架连续梁桥静载试验应以弯矩作为控制指标。该研究成果对于双层桥面钢桁架梁桥的静载试验提供了一定参考。

大跨度公铁双层斜拉桥主梁涡激共振机理与控制

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托,采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果,结合计算流体动力学(CFD)静态绕流模拟,对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法.研究表明:主梁断面原设计方案在+3°和0°风攻角下存在明显的竖向和扭转涡振现象,且振幅超过规范允许值;间隔封闭上层桥面栏杆或增设抑流板可有效抑制主梁扭转涡振,但竖向涡振振幅仍不满足规范要求;上弦杆外侧增设风嘴可有效抑制主梁竖向和扭转涡振,而下弦杆外侧增设风嘴对主梁涡振抑振效果有限.气流经主梁原设计断面上层桥面分离后,在其上下表面形成周期性脱落的大尺度旋涡,并在上层桥面后部再附,这是主梁发生竖向涡振的主要诱因;上弦杆外侧增设风嘴可引导气流平稳通过上层桥面,消除了周期性的旋涡脱落,并在其上表面形成一段狭长“回流区”,从而有效抑制了涡振的发生.

大跨度公铁两用双层钢桁桥涡激振动控制研究

桥梁的涡激振动主要受到主梁断面的气动外形、结构动力特性与来流特性的影响,而大跨桥梁是典型的风致敏感结构,所以在大跨度桥梁的设计中应当引起重视。以某大跨度公铁两用双层板桁组合桁架桥为背景,在XNJD-1回流串联风洞中进行了风洞试验,研究了该主梁的涡激振动现象。通过计算流体动力学(computational fluid dynamics, CFD)数值模拟分析了其主梁断面的涡激振动机理,并且将展向周期摄动法应用于钢桁梁的涡激振动控制,采取了一系列气动控制措施来抑制主梁的涡激振动,其中L型分流板与波浪形风嘴完全抑制了主梁的涡激振动。还通过风洞试验研究了波浪形风嘴的几何参数对抑振效果的影响,试验结果表明,波浪形风嘴的抑振效果对幅值变化比较敏感,增大幅值可以有效抑制主梁的涡激振动。

油罐车火灾下双层钢桁架结构桥梁力学行为分析

油罐车火灾严重威胁着桥梁的安全运营,本文通过分析某油罐车火灾下2×80m连续双层钢桁架结构桥梁(钢桁梁)力学行为,建立了连续双层钢桁梁的数值模型,考虑跨中区域上桥面和下桥面火灾场景,研究了双层钢桁梁的火灾高温响应特征。结果表明,下桥面受火时钢桁梁的结构破坏程度远大于上桥面受火;下桥面受火时,双层钢桁梁各构件温度迅速上升,形成显著的温度梯度,导致整体结构严重变形,同时伴随着钢桁梁显著的横向膨胀和纵向伸长。

环境激励下双层中承式连续刚桁架拱桥模态参数识别研究

以大湾区核心地带地标式桥梁--明珠湾大桥为工程背景,该桥为双层中承式六跨连续钢桁架拱桥,主跨436m,为大湾区交通核心要道。本文开展基于环境振动激励下的明珠湾大桥模态测试试验研究。基于现场试验,精确识别明珠湾大桥的桥梁结构动态特性参数,通过实测值与midas/Civil有限元软件理论值计算值的对比,综合评估明珠湾大桥的实际动力特性。测试结果表明:明珠湾大桥实际动态特性与理论计算结果吻合程度较好,且桥梁实测刚度大于理论值,满足设计要求。本次试验对桥梁的后续运营提供了坚实的基础,也为今后同类型桥梁的验收提供有益借鉴。

双层钢桁架结构地面重叠拼装整体提升安装施工技术

本文以武汉盛世国际文体项目为例,对地上框架双层双向交叉H型钢桁架结构进行分析,结合现场场地条件、机械配置情况考虑,综合对比、评选施工方案,采用地面原位重叠拼装、整体液压同步提升施工技术,将绝大部分工作内容转移至地面进行,降低安全隐患、提高施工质量,提高施工效率、保证施工进度,取得一定经济效益。

双层桥面桁架梁软颤振特性风洞试验研究

随着城市交通量的日益增大,双层桥面桁架梁的应用需求日益增加,研究其颤振特性有助于提升该类加劲梁的抗风设计水平。以武汉杨泗港长江大桥双层桥面桁架主梁为对象,利用节段模型自由振动风洞试验,测试了该主梁模型在不同工况下的软颤振特性,对比了不同风速条件下软颤振形态的异同。研究表明,双层桁架梁在试验中表现出了明显的软颤振特性,其振幅也随风速增加而增大。在0°风攻角的各级试验风速下,软颤振形态均表现为偏心扭转运动;在3°和5°风攻角下,起初表现为弯扭耦合运动,随着风速增大,弯扭耦合运动相位差逐渐减小;当风速增大到某个值后,弯扭耦合相位差为零,耦合颤振转变为偏心扭转颤振。无论是在连续的升风到降风过程中,还是在固定风速下给予不同初始激励,模型的软颤振振幅与折算风速之间具有唯一对应关系,不存在同一折算风速对应不同振幅的情况以及不同折算风速对应相同振幅的情况。最后从气动阻尼同时随振幅和折减风速变化的角度初步解释了双层桁架梁软颤振的发生机理。

剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构设计与分析

为提高环形桁架可展开天线机构的刚度,提出了一种剪叉联动式双层环形桁架可展开天线机构,介绍了其具体结构及特点;对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个六面体可展单元,分析了整体桁架结构的运动过程及特点,并对六面体基本可展单元进行了结构分析与简化;基于反螺旋理论分析了六面体可展单元的自由度及运动形式,得到了其只有一个收展运动自由度的结论,最后建立了整体双层环形桁架可展开机构的仿真模型,模拟了整个双层环形桁架机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。

双层环形桁架可展天线机构运动特性与动力学分析

为改善单层环形桁架式可展天线在大口径时刚度较低的问题,设计一种双层环形桁架可展机构,作为大口径星载天线的支撑与展开机构。对双层环形桁架可展天线进行结构分解,绘制闭环可展机构单元的旋量约束拓扑图,分析机构自由度,得出双层环形桁架可展机构只有一个自由度;基于螺旋理论分析各个构件的旋量速度,通过矢量运算得到各个构件的角速度和质心线速度,并得到速度雅可比矩阵;利用旋量导数分析机构中各个构件的旋量加速度,计算得到各个构件的角加速度和质心线加速度;基于牛顿-欧拉方程和虚功原理,建立整体双层环形桁架可展机构的动力学方程,进行数值计算与仿真验证。研究结果表明:计算和仿真结果验证了理论分析的正确性;所提双层环形桁架可展天线机构整体结构简单,仅需一个驱动便可顺利展开;基于螺旋理论的运动学和动力学分析方法具有明确的物理意义,且分析过程较为程式化,易于编程。

双层钢桁架悬索桥整体节点疲劳试验研究

大连星海湾大桥是中国首座双层钢桁架公路悬索桥,其主桁架杆件采用整体节点连接。为了掌握该桥整体节点的疲劳性能,对弦杆整体节点1∶2缩尺模型进行疲劳试验。参考国内外同类桥梁疲劳试验,采用英国规范BS 5400规定的标准疲劳车,确定疲劳试验荷载取值。在设定的试验荷载下进行200万次循环加载。在试验过程中每50万次循环加载后停机进行静载试验,并对模型重点部位进行裂纹观察。结合国内外相关规范,评估整体节点的疲劳安全性能。试验结果表明:实测应力幅基本为50 MPa以下,试验模型应力水平较低,疲劳加载200万次后,试验模型未出现裂纹。在结构使用寿命期间内和正常养护维修情况下,整体节点不会发生疲劳破坏。

过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构设计与分析

基于过约束剪铰式机构单元,构造了一种过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构,分析了双层周边桁架机构的构型机理及过约束特征,对整体桁架机构进行了单元划分,将其分解为多个闭环可展开机构单元;考虑节点连接件的尺寸,推导出了过约束剪铰式双层周边桁架机构的组合条件,基于反螺旋理论分析了闭环可展开机构单元的自由度及运动形式,结果得到了其只有一个收展运动自由度,进而分析得到了整体双层周边桁架可展天线机构整体亦只有一个自由度,最后建立了过约束剪铰式双层周边桁架可展机构的仿真模型,模拟了整个机构的收拢与展开过程,验证了其整体的可展性。本文提出的过约束剪铰式双层周边桁架可展天线机构具有单自由度以及高刚度的特点,在深空探测领域具有较好的应用前景。

新疆乌昌大道跨头屯河大桥双层焊接钢桁架的制造和安装技术

新疆乌昌大道跨头屯河大桥采用钢桁架和正交异性的桥面板组合体系。针对其独特的设计风格和结构特点,并考虑较为紧张的施工工期,决定采取构件工厂制造、现场大段组合、集成吊装的建造与安装方法。重点介绍了构件标准化、焊接变形控制等制作技术,以及模块式装配施工技术,可为双层钢桁架桥的施工提供新的思路。

上海世博会西班牙馆多曲率、双层偏心管桁架钢结构施工技术

上海世博会西班牙馆设计独特、外形复杂,并以倡导绿色环保为设计理念,采用双层钢管偏心支撑桁架受力体系的钢结构施工技术,展现了结构设计与建筑技术的世界最高水平。其中,3万余根不同尺寸的钢构件巧妙地支撑起整栋建筑,将西班牙馆打造成了一个"结构外部看起来很开放,内部又有着明确的区域划分",互动性很强的精品建筑,值得建筑业界借鉴与研究。

西班牙馆多曲率、双层偏心管桁架钢结构施工技术创新

上海世博会西班牙馆工程采用先进的双层钢管偏心支撑桁架受力体系,钢结构有3万余根不同尺寸的钢构件,通过采用相贯或半相贯连接技术,使之成为独立的S形曲面双管偏心桁架柱或水平系杆,各钢构件相互交错、相互依赖、共同受力,支撑起了整栋建筑,将工程结构外形打造成"结构外部看起来很开放,内部又有着明确的区域划分",互动性很强的精品建筑。结合该工程实例,介绍了多曲率、双层偏心管桁架钢结构施工技术。