强迫振动法大跨度桥梁节段模型气动导数辨识

研制了桥梁节段模型颤振导数测定的二维强迫振动实验装置,采用变频调速技术实现对振动频率的控制,模型惯性力、气动力的测量采用了特殊设计的测力元件,模型运动用压电式加速度计进行测量。实验时,模型分别作单自由度的竖弯或扭转的简谐运动,通过测量模型所受到的气动力及模型位移,应用谱分析方法和非线性曲线拟合算法实现了对八个颤振气动导数的辨识,并通过平板模型实验数据与Theodorsen理想平板数据及国外文献数据对比对实验装置及辨识算法进行了检验。

分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥节段模型风洞试验研究

针对某主跨为458m的分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥,通过缩尺比为1∶50的主梁节段模型风洞试验,研究桥梁的颤振和涡激共振性能。节段模型风洞试验结果表明,在0°和+3°两种风攻角下,该桥原始方案的颤振临界风速低于颤振检验风速,而且扭转涡激共振的振幅也超过了设计允许值。为了提高桥梁的颤振稳定性并抑制涡激共振,研究在分体式钝体双箱钢箱梁上游和下游两侧上方安装固定水平气动翼板的气动控制措施。气动翼板的宽度为0.043B(B:分体式钝体双箱钢箱梁的宽度),上游和下游两侧气动翼板质心之间的水平距离为1.02B,气动翼板质心至分体式钝体双箱钢箱梁顶面的竖向距离为0.45H(H:分体式钝体双箱钢箱梁的高度),两侧气动翼板单位长度的总质量为0.008meq(meq:单位长度分体式钝体双箱钢箱梁的等效质量)。节段模型风洞试验结果表明:安装固定水平气动翼板后,在0°和+3°两种风攻角下,该桥改进方案与原始方案相比颤振临界风速分别提高了24%和33%,均高于颤振检验风速,并且改进桥梁方案没有发生涡激共振现象。最后,通过分析不同风速下桥梁结构阻尼随风速的变化,结果发现:安装固定水平气动翼板后桥梁扭转运动的阻尼显著增加,从而提高了桥梁的颤振稳定性,同时有效抑制了桥梁的扭转涡激共振。

穿越断层隧道节段衬砌结构破坏机理:试验与数值研究

随着穿越活断层隧道工程建设的飞速发展,跨断层隧道的分析和设计方法迫切需要相应的理论指导。本研究通过振动台模型试验和数值模拟,探讨了断层位错和地面运动对不同长度管片衬砌结构的影响规律和破坏机制。结果表明,随着衬砌纵向连接刚度(节理和节段衬砌)的减小,上盘与断裂带之间的结构相对位移减小,而下盘与断裂带之间的结构相对位移变化趋势相反。因此,应根据工程要求将靠近上盘的衬砌段划分为较小的段,而靠近下盘的衬砌段应划分为较大的段。结合试验结果提出了断层附近影响带的设防范围。在划分分段长度时还应考虑衬砌接缝的作用,以便在断层位错的影响下实现纵线的平滑过渡。本文数值模拟的破坏演化过程与振动台试验结果吻合较好。

悬浮隧道锚索流固耦合振动试验研究

悬浮隧道跨越长深水域的新型交通结构物。在水流的作用下,锚索将会发生涡激振动,以往的研究主要采用数值方法,而进行模型试验研究是探索悬浮隧道锚索涡激振动机理不可或缺的研究手段之一。利用风浪流多功能水槽,以千岛湖悬浮隧道锚索为原型,采用节段模型试验的方法,进行了均匀流作用下锚索涡激振动试验研究。通过试验发现,圆形锚索的Cm值约为0.94,线性流体阻尼比ξ＇约为1.26%;锚索在约化速度U/fnD=5.8-10.1发生涡激锁定现象,产生涡激共振,此时横向振幅约化值（Ay/D）最大达到1.10,顺流向振动依旧较小,而升力系数CL和拖曳力系数CD均会显著的增大;参数分析发现,圆形锚索倾斜布置有利于降低涡激共振的不利影响,但当来流角度的变化后会对倾斜布置的锚索产生不利影响。

悬浮隧道水下锚索抑振装置试验研究

悬浮隧道锚索是连接悬浮隧道管体与水下基础的重要构件,其在水流作用下可能会发生涡激振动,导致结构疲劳,影响结构安全。因而,研究悬浮隧道锚索涡激振动的抑制方法,具有重要的理论和现实意义。设计了三种抑振装置:螺旋条纹,控制杆和整流罩,采用试验方法研究了其抑振的有效性和适用性。通过试验发现,随着锚索倾斜角度的减小,三种抑振装置的抑振效果均有不同程度的提高,其中以三螺旋线的抑振效果最好且最稳定;随着来流角度的增大,三螺旋线和整流罩的抑振效果会不同程度的提升,但三控制杆对来流角度变化较为复杂;在多参数综合影响下,三螺旋线的抑振性能最好,推荐使用。

附加风攻角对1400m斜拉桥颤振分析结果的影响

1400m钢箱梁斜拉桥更为轻柔化,颤振性能受附加风攻角的影响不容忽视。在对其进行频域颤振分析时,不同的颤振导数识别风洞试验以及不同的颤振分析方法对于附加风攻角的包含程度各不相同,将两者组合使用后导致得到的颤振分析结果也势必存在差异。而在这些结果中哪些分析结果更为合理有待明确。通过对比四种可能情况下得到的颤振分析结果,1 400 m钢箱梁斜拉桥在附加风攻角的影响下,颤振分析结果体现了下述规律:基于强迫振动节段模型试验得到的颤振导数,采用考虑附加风攻角影响的颤振分析方法,得到的颤振分析结果更为合理;而基于自由悬挂节段模型试验得到的颤振导数,采用不考虑附加风攻角影响的颤振分析方法,得到的颤振分析结果仅部分包含了附加风攻角的影响;其他两种情况下得到的颤振分析结果均不正确。

大跨度人行悬索桥静动力特性研究

大跨度人行悬索桥广泛应用于跨越景区水域及山谷,其宽跨比通常较小,静动力特性突显。以某338m主跨地锚式人行悬索桥为工程背景,采用模型仿真、理论分析和节段模型试验相结合的方法,研究大跨度人行悬索桥结构的静动力特性。研究结果表明:大桥在各个荷载工况下,结构的静力响应均满足规范要求;人行桥的人致振动问题突出,3阶竖弯模态和2阶侧弯模态需进行减振设计,最终优化采用电涡流调谐质量阻尼器减振方案;加劲梁三分力系数分别为阻力系数1.663,升力系数-0.121,俯仰扭矩系数0.001,静风临界风速和颤振临界风速分别为116和53.1m/s,均大于设计检验风速,满足相关规范要求。大跨度人行悬索桥设计及静动力特性研究为类似桥梁的设计研究提供参考。

扁平箱梁断面弯扭耦合软颤振非线性特性研究

针对大跨度桥梁软颤振非线性特性,采用弹簧悬挂节段模型风洞试验法,研究了典型扁平箱梁断面(宽高比10.7∶1)在均匀流场下的软颤振响应,并采用一种新型的高精度测力技术——内置天平同步测力测振法测量了非线性颤振自激力时程,该测力技术可大幅降低天平信号中的惯性力成分,提高自激力的测量精度。试验结果表明:扁平流线型箱梁断面在风攻角5°、±3°和0°时均出现了软颤振响应,观测到的软颤振现象表现为自限幅的极限环振荡,振幅随着风速的增加而增大,随着风攻角的增大,软颤振起振风速降低,振幅增加的斜率变缓;软颤振振动出现在扭转模态,竖向和扭转位移均存在一定的高次谐波成分,但与基频相比较为微弱,可以忽略;扁平箱梁断面的软颤振具有显著的弯扭自由度耦合特性,弯扭耦合程度随风速增加而增大,在软颤振振幅发展过程中,节段模型仍然以线性扭转复模态的形式振动,扭转复模态向量的幅值变化较为明显(约15%),需要考虑其随振幅的缓变特性,相位特性变化非常微弱(相位差变化小于3%),可以忽略。基于内置天平同步测力测振技术,测量得到的非线性自激力信号能够较为精确地计算软颤振振动位移时程,具有较高的精度,自激升力和自激扭矩均在大振幅下表现出显著的高次谐波成分。