槽形钢箱梁涡振性能及抑振措施试验研究

为提高槽形钢箱梁桥的抗风性能,对槽形钢箱梁的涡振性能及抑振措施进行试验研究。以某人行景观桥槽形钢箱梁为背景,通过主梁节段模型风洞试验,研究+3°、0°、-3°风攻角下均匀流与紊流风场中槽形钢箱梁的涡振性能,分析交替封闭栏杆、将栏杆楔形扶手改为圆形扶手、提高阻尼比等措施的抑振效果。结果表明:原槽形钢箱梁断面涡振性能不满足规范要求,均匀流风场中,3个风攻角下均出现了超限的竖弯涡振,+3°和-3°风攻角下出现了不同程度的扭转涡振,最不利风攻角为-3°;紊流风场中,最不利风攻角下原断面竖弯涡振振幅降低了23%,未见明显扭转涡振;楔形扶手栏杆交替封闭使结构竖弯涡振振幅增大,主梁涡振性能降低;单独改变栏杆扶手形状为圆形对主梁涡振性能影响不大,在此基础上交替封闭栏杆能够有效抑制主梁涡振;提高结构阻尼比能有效抑制主梁涡振,阻尼比为7‰时,主梁竖弯涡振振幅可降至规范限值的一半左右。

π型开口截面斜拉桥涡激振动的气动抑振措施试验研究

涡激振动是大跨度桥梁主梁在低风速下容易发生的一种风致振动现象,会影响行车安全性、舒适性和桥梁疲劳寿命,避免涡激振动的发生或抑制涡激振动振幅是桥梁抗风设计的热点问题。基于涡激振动对主梁气动外形敏感的特性,通过设计不同气动措施改善主梁的涡激振动性能,探究单个气动措施和多个气动措施组合的涡激振动抑制效果。以某π型开口截面斜拉桥工程为依托,对几何缩尺比为1∶37的刚性节段模型开展涡激振动研究,进行了风洞测振试验,并对下稳定板、检修车轨道位置和导流板等典型气动措施的抑振效果进行了测试。研究结果表明:主梁原设计断面存在明显的竖弯涡激振动现象,最大竖弯涡激振动振幅已超过规范限值;安装1道下稳定板可有效抑制竖弯涡激振动,安装多道下稳定板后,竖弯涡激振动振幅被限制,但同时会造成扭转涡激振动振幅增大,使用稳定板措施时应兼顾竖弯涡激振动和扭转涡激振动振幅的变化;检修车轨道的有无及位置变化对此截面的涡激振动性能影响较小,内移检修车轨道不能有效减小涡激振动振幅;在安装1道下稳定板的基础上增设导流板可进一步抑制涡激振动,安装下稳定板与导流板的组合措施可达到最优抑振效果。研究结果可为类似主梁断面涡激振动的气动控制措施选择提供参考。

基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施

为研究大跨度悬索桥涡激振动性能,并提出有效的涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,通过1∶20大尺度节段模型风洞试验,在低阻尼下研究了人行道栏杆、检修轨道、导流板对主梁涡激振动性能的影响;通过在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁的涡激振动,并基于试验现象探讨了涡激振动发生的机理.研究表明,在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁涡激振动的措施使桥梁断面的气动外形更合理,抑振效果好,且结构形式简单,便于工程应用.

斜拉桥索的风振现象及天津慈海斜拉桥的抑振措施

斜拉桥的斜拉索对风荷载作用十分敏感,在风单独作用和风、雨共同作用下会发生振动。通过介绍世界几座著名桥梁斜拉索的风振实例及其抑振措施,对斜拉索的几种风致振动进行分析和总结。对斜拉桥拉索最可能发生的尾流驰振和风雨振的产生条件、振动特性、发生机理及抑振措施进行分析,最后对天津慈海桥进行分析,并论述慈海桥可能发生的三种风致振动现象,提出了三种抑振方法。

箱桁梁断面斜拉桥涡振性能及抑振措施的研究

以在建的洞庭湖铁路三塔斜拉桥为工程背景,分析了箱桁断面斜拉桥主梁的建模方法以及涡激共振性能。首先比较了主梁建模的空间杆系模型、梁壳组合模型以及三维壳体模型在模态频率、主梁单位长度等效质量和等效质量惯性矩的差异。结果表明,三种模型的模态分析结果基本相近,但空间杆系模型不能准确得到高阶侧弯模态的主梁等效质量。继而采用刚性节段模型弹性悬挂风洞试验对箱桁组合主梁涡激共振性能进行了试验研究。研究表明,这类断面在-3°风攻角发生了超过容许幅值的竖向涡激共振,其中开口钢箱梁部分是诱发涡振的原因。最后进行了气动措施抑振试验,结果表明:在开口钢箱梁桥面板下缘设置两道下稳定板可以显著降低涡振振幅,即当稳定板高度为箱梁梁高一半时,涡振振幅降低至规范容许值以下;当稳定板高度与箱梁等高时,涡激振动现象消失。

边箱叠合梁涡振性能及抑振措施研究

为研究边箱叠合梁的涡振抑制措施,优化其涡振性能,以某叠合梁斜拉桥为背景,针对其边箱叠合梁制作主梁节段模型进行风洞试验,研究不同风攻角(0°、±3°、±5)和阻尼比(竖向0.3%、0.6%、0.8%、1.0%,扭转0.5%、1.0%)下主梁的涡振性能,对比有、无人行道栏杆和不同形式封闭人行道栏杆对主梁涡振性能的影响。结果表明:-5°、-3°和0°风攻角下,主梁没有出现涡激振动;+3°和+5°风攻角下,主梁的竖向涡振和扭转涡振最大振幅均远大于规范允许值;主梁的竖向涡振和扭转涡振振幅均随阻尼比的增大而减小,增大阻尼比可以有效抑制主梁的涡振;去掉人行道栏杆后,主梁的竖向涡振消失;对人行道栏杆间隔封闭可以抑制主梁的涡振,相对分散的栏杆封闭方案抑振效果更好,+3°风攻角下较+5°风攻角下抑振效果更优。

错列斜拉索尾流驰振及其抑振措施研究

以实际工程中的斜拉桥错列斜拉索为工程背景,设计了一套斜拉索风洞试验装置,对非平行的双排斜拉索进行了气弹模型风洞试验,研究了风攻角和风偏角对拉索振动的影响。试验观察到下游拉索发生明显的尾流驰振,尾流驰振的振幅及轨迹受风攻角与风偏角的影响显著。当风攻角为5°、风偏角为10°时下游拉索最容易发生大幅尾流驰振,因此将此组合工况定为最不利工况。针对此最不利工况施加了三种抑振措施,分别为刚性杆连接、弹性杆连接和增加阻尼,试验结果表明加刚性连接杆或弹性连接杆成功抑制尾流驰振,而当阻尼比小于0.68%时,增加阻尼对尾流驰振的抑振效果不明显。

带高防护结构的边箱叠合梁斜拉桥涡振性能及抑振措施研究

为研究跨铁路站场的带高防护结构边箱叠合梁斜拉桥的涡振性能及抑振措施,开展1:50节段模型涡激振动风洞试验研究。试验分析风攻角(+3°,0°和-3°)以及防护结构对主梁涡振性能的影响。在此基础上,综合测试水平稳定板、梁底稳定板、风嘴、改变防护结构透风率等气动措施对桥梁涡振性能的提升效果。试验结果表明:带高防护结构的边箱叠合梁涡振性能较差,3个风攻角工况均出现了大幅竖向涡激振动;防护结构以及断面本身较钝的外形造成了主梁的气动不稳定,考虑到其本身较明显的钝体效应,建议在断面两侧安装风嘴;采用风嘴+两道梁底稳定板的方式能显著提高主梁涡振性能;在安装风嘴的基础上,增大防护结构下部实心段的透风率能够较好的控制主梁涡激振动。

上跨铁路桥梁主梁涡振性能及抑振措施研究

该文基于四川省达州市金南大道西延线二期工程上跨铁路桥梁的主梁节段模型风洞试验,探讨了主梁涡振特性。结果表明:主梁断面存在明显的涡振现象。而后,研究了设置抑流板、移动检修车轨道、改变钢板墙外形和透风率等不同气动措施对主梁涡振性能的影响。根据研究结果,抑流板具有良好的抑振效果;适当改变检修车轨道位置能减少主梁的竖弯涡振,但是没有明显规律;改变钢板墙外形的抑振效果有限,提高钢板墙透风率能有效抑制涡振现象的发生。

带输送机边主梁涡振性能及抑振措施试验研究

桥面输送机改变了边主梁的气动外形,为研究其涡振性能及抑振措施,开展了1.00∶20.00刚性节段模型自由悬挂风洞试验.首先,研究了带输送机边主梁断面涡振性能,并测试了结构阻尼比对其的影响;其次,对比了有、无输送带边主梁的涡振性能;最后,采用风嘴、梁底稳定板、水平隔流板等气动措施对主梁断面涡振性能进行了优化研究.结果表明:带输送机边主梁在规范要求的0°、±3°风攻角下的涡振性能均较差,最大超出规范限值286%;桥面输送机降低了主梁的涡振稳定性,涡振响应峰值提高了44%;梁底安装稳定板有利于改善主梁的涡振性能,并且与梁底同高的稳定板制振效果随其数量的增加而更优,安装3道1.5 m下稳定板对主梁涡振抑制效果达93%;伸出梁底0.5 m的2.0 m高中央稳定板能完全抑制主梁涡振;风嘴对主梁的涡振性能影响较弱,但在一定范围内具有最优角度取值;梁底单独布置水平隔流板,涡振响应峰值降低17%;优化主梁截面采用风嘴+风嘴水平分流板+1 m宽水平隔流板,主梁涡振响应峰值降低92%,且远低于规范限值.

Π型叠合梁斜拉桥涡激振动性能及气动措施研究

型叠合梁为气动钝体结构,容易发生气动失稳。本文以一座Π型截面叠合梁斜拉桥作为工程背景,采用风洞节段模型试验与计算流体动力学(CFD)方法,对主梁的涡激振动性能及相应的气动抑振措施展开了研究。在风洞节段模型试验中获得涡激振动风速区间,讨论了不同气动措施的抑振效果,运用计算流体动力学(CFD)方法对主梁涡振发生机理及气动措施抑振机理进行了初步研究。结果表明:在原始断面下,由于尾迹区旋涡的周期性脱落以及主梁上、下表面旋涡演变的相互作用,导致了涡激振动发生。在采取三种不同抑振措施后,除采用上L型导流板断面在+3°风攻角下发生扭转涡振外,其余优化断面均能使得来流平稳地通过,从而抑制涡振发生。本研究可对Π型叠合梁断面的斜拉桥抗风设计提供一定参考。

港珠澳大桥大挑臂钢箱梁涡激振动特性及抑振措施

港珠澳大桥采用的大挑臂钢箱梁外形较钝,在常遇风速下易发生涡激振动。该文通过一系列节段模型和全桥气动弹性模型风洞试验,详细研究了各种气动措施和阻尼措施对此类断面涡激振动性能的影响。结果表明:大挑臂钢箱梁截面存在2个竖向涡振区和1个扭转涡振区;依据涡振振幅和发振风速区间,通航孔斜拉桥需关注第2个竖向涡振区,非通航孔连续梁桥需关注第1个竖向涡振区;在栏杆上安装弧形扰流板的气动措施可有效改善其涡激振动性能;增加结构阻尼可显著降低其涡振振幅,阻尼比达到1.0%时,涡激振动基本消失,该阻尼限值可作为港珠澳大桥的调谐质量阻尼器的依据;最后,利用三维非线性涡振分析方法对节段模型和全桥气弹模型风洞试验结果的一致性进行了讨论。

国外某桥风致振动的抑制措施

国外某桥主跨3×224 m连续钢桁拱为中承式刚性拱柔性梁结构,在安装钢梁过程中,部分吊杆发生涡激振动,通过对钢桁拱吊杆增设纵向水平拉杆及横向联结系和将H形截面改为矩形截面的抑振措施,减小了吊杆的自由长度,提高了涡振发展风速,有效抑制了吊杆的风致振动。

宽幅双箱叠合梁涡振性能及抑振措施试验研究

叠合梁断面通常为气动外形较钝的半开放截面,为漩涡的产生和发展提供了条件,容易发生涡激振动现象。过大振幅的涡激振动会影响行车舒适性,严重时将引起结构疲劳破坏,危及桥梁结构安全。如何有效解决涡激振动问题成为叠合梁桥抗风设计的关键。为了抑制该类主梁断面的涡激振动,以宜宾盐坪坝长江大桥为背景,通过1∶60的节段模型风洞试验,研究了风嘴、中央稳定板、封闭栏杆、裙板、内侧隔流板、箱梁下导流板等常见措施对双箱叠合梁断面涡激振动性能的影响。研究结果表明:封闭斜拉索防护栏杆、内侧隔流板、梁底稳定板等措施均可不同程度地降低主梁的涡振振幅,但仍无法满足桥梁的抗风设计要求;竖直裙板可以使-3°和0°攻角下主梁的涡激振动消失,但对3°攻角的减振效果有限;在叠合梁中应用广泛的传统整体式风嘴无法降低宽幅双箱叠合梁的涡振振幅;采用安装在箱梁侧下方的三角形风嘴可以减弱箱梁边缘的流动分离,优化梁体的气动外形,从而使断面在各个风攻角下的涡振振幅大幅降低。将三角形风嘴与封闭斜拉索防护栏杆的方案组合后,可进一步降低主梁的涡振振幅,满足抗风设计的要求。所提出的叠合梁涡振抑振措施具有较好的工程适用性,可为同类桥梁的抗风设计提供借鉴。

土耳其伊兹米特海湾大桥钢塔抑振系统设计

土耳其伊兹米特海湾大桥主桥为(566+1 550+566)m三跨连续悬索桥,主梁采用扁平钢箱梁,桥塔为高236.4m的钢塔,2个塔柱各划分22个节段架设施工。针对钢塔施工阶段及成桥状态较易发生较大的风致振动问题,通过调研不同的桥塔抑振系统,结合该桥桥塔施工方案,开展了钢塔施工阶段和成桥状态的风洞试验,确定抑振系统需要提供的附加阻尼值,设计了一套AMD阻尼器作为该桥风致振动控制阻尼装置。全桥共使用8个AMD阻尼器(塔柱中4个,横梁上4个),单个阻尼器主体部分长3.864m、宽1.6m、高1.35m、重15t。设计的抑振系统同时可以保证钢塔在施工阶段和成桥状态结构的安全性和舒适性。

π型开口截面斜拉桥弯扭耦合涡激共振及气动减振措施研究

针对某大跨径π型叠合梁斜拉桥的气动性能,利用刚性节段模型针对其成桥状态展开了系统的风洞试验研究。试验结果表明,该桥主梁在设计风速范围内存在明显的竖弯及扭转耦合涡激共振现象,即使将竖弯以及扭转阻尼比提高到1%左右,仍然存在明显的涡激共振现象并且振幅超过规范限值。频谱分析表明,该桥主梁断面的竖弯和扭转耦合涡激共振的频率是一致的,其涡振“锁定”的频率接近竖向固有频率。探讨分析了主梁断面的弯扭耦合共振频率特性及成因。通过风洞试验对包括中央稳定板、边稳定板以及导流板在内的一系列气动减振措施进行了参数化的研究,并提出了最优的减振方案,有效抑制了该桥的涡激共振现象。研究成果可为类似桥梁断面涡激共振减振设计提供参考。

类矩形双肢钝体涡致振动和气动抑振机理

针对具有类矩形双肢钝体断面拱肋的大跨度拱桥在风洞试验过程易出现大幅涡激振动问题,沿拱肋模型表面进行动态风压同步测量及基于POD算法的本征气动力荷载分布模式分解,获得了涡振发生时对于周期性涡激力具有最大贡献的气动力荷载作用位置,初步揭示出此类断面涡激动发生时的局部气动力荷载作用机制。以上海卢浦大桥和肇庆西江特大桥此类具有双肢钝体断面拱桥为工程实例,结合涡激气动力沿拱肋周向时空气分布特征,提出并以二维悬吊节段模型风洞试验验证了拱肋断面多种有针对性的气动控制措施;结合实际桥梁拱肋的三维空间效应,利用全桥气弹模型风洞试验再现了涡振发生效果的气动力特征、阻尼比效应、三维尺寸渐变效应和质量分布效应的综合影响,结果表明:对于类矩形钝体拱肋断面的上下悬板方案和全盖板方案能大幅度降低涡振振幅并使锁定风速区间向高风速段迁移,但实际涡振抑制效果仍需结合三维模型气弹试验最终判断。

钢混组合梁斜拉桥涡激振动性能及控制措施研究

钢混组合梁在大跨度斜拉桥中应用广泛,然而其多采用钝口的Π形截面,其气动性能较差,因此涡激振动控制是其重要问题。为研究Π形钢混组合梁的涡激振动性能与相应的控制措施,以遵余高速湘江特大桥为研究对象,开展1∶50缩尺比的节段模型风洞试验,测试成桥态和施工态主梁断面在特定阻尼比下的涡激振动振幅,并研究了上下中央稳定板对于桥梁涡振和颤振性能的影响。研究结果表明:施工阶段设计风速范围内原始断面主梁会发生明显的涡激振动,但最大振幅仍满足规范要求,成桥状态下原始断面结构在0°与±3°三种攻角下将出现较大的涡激振动。虽然涡激振幅仍满足规范要求,但竖向振动幅值已接近规范容许值;加装主梁上下中央稳定板可明显降低涡激振动幅度.主梁气动外形的变化虽然会引起主梁颤振临界风速变化,但优化措施后的颤振临界风速仍能足规范要求.因此建议在工程中采用中央稳定板进行桥梁风致涡激振动控制。

斜拉桥拉索振动及其抑振研究

近年来,斜拉桥以其合理的结构形式、较大的跨越能力、优美的外形、良好的力学性能和相对经济的造价在世界范围内得到了突飞猛进的发展,成为了现代桥梁工程中发展最快,最具有竞争力的桥型之一.同时,随着现代斜拉桥跨度的不断增大,桥梁结构频率越来越低,易受环境激励发生各种振动,从而诱发斜拉索的振动.因此,对于拉索振动及其抑振的研究是极其有必要的.本文详细介绍了斜拉索振动的基本概念,简要阐述了斜拉索参数共振的机理以及斜拉索的振动控制.

超长并列斜拉索尾流驰振及其控制风洞试验研究

通过气动弹性模型风洞试验,测试了不同风攻角及索间距下,并列超长拉索间的风致振动特性,研究了拉索尾流驰振的运动轨迹及其控制措施.研究表明,拉索发生尾流驰振时,其运动轨迹通常为椭圆轨道,振动主轴与来流方向成一定倾角;运动方向为靠近尾流外侧时,向下游运动,靠近尾流中心时,向上游运动;尾流驰振发生时,拉索从来流中吸收能量,振幅缓慢增大;随着风速增加,振幅增加较快直至出现明显的、振动主轴近似沿来流方向的极限环为止;采用分隔架可以有效抑制尾流驰振的发生,研究结果对并列拉索的抗风设计与振动控制具有指导意义.