斜风作用下超大跨跨海斜拉桥典型施工状态抖振响应研究

为研究风偏角和风速对超大跨跨海斜拉桥典型施工状态抖振性能的影响,以黄茅海大桥为背景,通过气弹模型风洞试验对斜风作用下该桥边塔最大单悬臂、中塔最大双悬臂、边塔最大双悬臂3种典型施工状态的抖振响应进行分析,并对基于气弹模型风洞试验和《公路桥梁抗风设计规范》(JTG/T 3360-01—2018)的等效静阵风荷载进行对比。结果表明:超大跨跨海斜拉桥各典型施工状态抖振响应最不利风偏角为0°~30°,各典型施工状态在各风偏角下的抖振响应与风速呈二次函数关系;各典型施工状态下竖向抖振响应主要由主梁一阶对称竖弯模态贡献,横向和扭转抖振响应主要由桥塔一阶横弯模态贡献;与基于气弹模型风洞试验的等效静阵风荷载相比,基于规范计算的等效静阵风荷载偏不安全,建议进一步研究超大跨跨海斜拉桥的等效静阵风荷载。

风攻角对大跨悬索桥抖振响应影响的数值分析

随着桥梁建设不断向大跨度方向发展,跨度的不断增大使得桥梁结构趋于轻量化,但同时也增强了其对风荷载的敏感性。在这种背景下,大跨度桥梁更易受到风荷载的不利影响。抖振响应是指桥梁结构在风荷载作用下的高频随机强迫振动现象,对桥梁结构的安全性和使用寿命有着重要影响,为了保证桥梁的结构安全,在建造桥梁时应当充分考虑风对结构的作用。而风攻角作为研究抖振响应的重要依据,本文将研究在不同风攻角下大跨度悬索桥在非平稳脉动风场下桥梁抖振响应的变化。通过谐波合成法模拟非平稳脉动风场,利用ANSYS平台建立有限元模型,并运用CFD数值风洞方法识别主梁断面气动参数,最后进行非平稳抖振响应计算。主要对比了0°风攻角和-6°、-3°、3°、6°风况下的抖振响应RMS值,结果显示,随着风攻角的变化,主梁横向、竖向和扭转的非平稳抖振位移RMS值相对于0°攻角均呈增大趋势,尤其负攻角对扭转非平稳抖振位移RMS值影响最显著。而在不同攻角情况下,桥塔的横向和扭转非平稳抖振位移RMS值变化不显著。

山区大跨径钢桁梁悬索桥静风稳定及抖振响应研究

为研究山区大跨径钢桁梁悬索桥的静风稳定性及抖振响应,首先根据规范确定悬索桥各构件的等效静阵风风速,其次采用加劲梁节段模型试验及有限元数值模拟分别确定了主梁和桥塔的三分力系数,采用谐波合成法进行桥位各主要点的脉动风速合成,然后基于Davenport抖振响应理论,结合大型通用有限元软件进行主桥结构静风稳定和抖振响应计算分析。研究结果表明:当风攻角为α=0°时,主梁断面成桥状态的阻力系数、升力系数、扭矩系数分别为C_(D)=1.2794、C_(L)=0.1420、C_(M)=-0.015;在0°、±3°风攻角下,主桥结构成桥状态静风失稳临界风速满足规范要求;将成桥状态的等效静阵风荷载和抖振力组合,可得出设计基准风速下结构的风荷载内力极值,为同类型桥梁设计提供依据。研究成果可为山区同类型悬索桥的抗风设计提供参考。

基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测

传统大跨度桥梁抖振响应计算是基于颤抖振理论,并借助节段模型测压或测力试验进行,目前鲜有通过节段模型测振试验实现桥梁抖振响应预测的报道。基于抖振分析理论推导了考虑三维效应的两波数抖振力,并根据综合传递函数的概念提出了基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测方法。以某流线型箱梁悬索桥为例,通过节段模型及全桥气弹模型试验研究了该预测方法的精度及可行性。结果表明:结构展宽比对综合传递函数识别精度存在影响,展宽比越大,识别精度越高。即使在湍流积分尺度并未远大于结构宽度的前提下,增大模型展宽比可有效减弱三维效应的影响。基于节段模型测振试验识别综合传递函数的方法可用于大跨度桥梁抖振响应的预测,该方法预测结果偏于保守。

非高斯风场作用下桥梁抖振响应研究

为研究非高斯风场作用下桥梁结构的抖振响应特性,以太洪长江大桥为例,基于Hermite多项式模型,模拟了非高斯脉动风场时程,计算了不同平均风速下不同非高斯特性脉动风场的抖振响应。结果表明:非高斯风场作用下结构响应的幅值和均方根值均比高斯风场更大,非高斯特性越强,均方根值越大;随着平均风速的增加,风场峰度对结构响应均方根的影响逐渐明显。因此,对于非高斯风场,高斯过程假定低估了实际的响应情况。此外,不同非高斯特性脉动风场作用下,结构响应的偏度和峰度均趋近高斯过程的结果。

大跨索承桥梁流线型钢箱梁抖振响应流固耦合数值模拟

大跨索承桥梁抖振性能评估是桥梁抗风安全设计的重要环节。但当前抖振分析理论在揭示抖振基本物理成因时的“描述性”强于“解释性”,且风洞试验难以重现抖振过程中的流固耦合细节。对此,以苏通大桥标准主梁节段为研究对象,在Fluent软件中开展了模型抖振响应数值模拟,并将抖振响应数值解与理论解进行对比。结果表明,对高湍流度风场而言,模型风振以湍流引起的强迫振动为主,考虑流固耦合效应的抖振响应理论解与数值解的RMS较为接近,模型上、下方涡核发展交替进行,特征湍流对模型抖振响应的影响较小。

组合梁斜拉桥施工的最大单悬臂阶段抖振响应与减振分析

组合梁斜拉桥是一类大跨度的柔性结构,多采用悬臂式装配,但在此过程中,若采用最大两个悬臂式装配,则受紊流风的影响,极易产生颤振反应。由于斜拉桥梁体的减震和刚性均较低,且受风荷载作用影响较大,因此,在成桥时,在紊流风影响下,其在施工时的颤振反应显著高于在成桥时。如果抖振幅度太大,不仅会对桥梁的施工和构造造成影响,而且还会给施工人员和机械带来严重破坏。结合一座桥梁的组合梁斜拉桥工程实例,对该斜拉桥的最大单悬臂的抖震反应进行计算,并提出其最大单悬臂阶段抖振的TMD控制措施,结果显示,对组合梁斜拉桥双悬臂最大状态的施工抖振进行分析,优化TMD参数,能够确保组合梁斜拉桥减振率达到30%。对比分析减振前后的桥梁结构振动响应,有效验证了TMD在组合梁斜拉桥梁中具有良好的减振控制效果。

台风作用下超大跨度斜拉桥抖振响应现场实测研究

大跨度桥梁抖振响应的现场实测研究,对桥梁风工程的发展具有重要意义。2008年7月,"凤凰"台风突袭江苏,本文以遭受该台风袭击的世界第一大跨斜拉桥——苏通大桥为工程背景,综合利用现场实测风特性数据和该桥结构健康监测系统(SHMS)中加速度传感器实时采集的数据,采用频谱分析和统计方法对超大跨度斜拉桥的抖振响应进行了现场实测案例研究,主要研究内容包括桥址区的强风特性分析、主梁和拉索振动响应特性分析、振动与风速的关系、上下游拉索的振动特性对比以及斜拉索阻尼器的减振效果分析等。研究结果可用于验证现有抖振理论分析方法的可靠性,同时可为超大跨度斜拉桥的抗风设计提供参考。

基于斜风分解的台风韦帕作用下润扬悬索桥抖振响应现场实测研究

以遭受2007年9月韦帕台风袭击的润扬长江大桥南汊悬索桥为例,利用该桥结构健康监测系统(SHM S)中加速度传感器实时采集的数据,结合台风期间专门增设的三维超声风速仪实测数据,采用时频分析和统计方法对大跨悬索桥的风特性及抖振响应进行了现场实测研究,主要研究内容包括桥址区的强风特性分析、主梁和缆索振动响应特性分析、振动与风速的相关性、斜风分解的影响等,并将其与台风麦莎期间的实测结果进行了对比分析。研究结果可用于验证现有抖振理论分析方法的可靠性,为大跨度悬索桥的抗风设计提供参考。

大跨度桥梁斜风作用下抖振响应现场实测及风洞试验研究

基于现场实测和全桥气弹模型风洞实验,对大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应进行了研究。在西堠门大桥上安装了GPS位移测量系统和加速度传感器,对桥梁在施工和成桥阶段的风速、风压和抖振响应进行了同步现场实测。然后设计1∶124的全桥气弹模型,进行了该桥在正交风与斜向风作用下的抖振响应风洞试验。对现场实测数据和全桥气弹模型风洞试验结果进行了对比分析,实测数据与风洞实验结果吻合较好。分析结果表明大跨度桥梁在斜风作用下的抖振响应幅值可能达到甚至超过同等风速正交风作用下的响应值。因此,大跨度桥梁抖振响应分析中考虑斜风的作用是非常有必要的。通过对本桥在斜风作用下抖振响应的现场实测和全桥风洞试验结果的研究,得出了一些关于斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的有益结论。

香港汀九大桥抖振响应时程分析

分析素流风引起香港汀九大跨度斜拉桥的抖振（ｂｕｆｆｅｔｉｎｇ）响应．该斜拉桥是三塔四跨结构，位于台风地区在分析中我们把紊流风化为一系列沿主梁轴线作用的速度时程点，然后把抖振力表示为一系列沿主梁轴线分布并作用在主梁上的荷载时程点，所有时程点实际上都是多维互相关随机过程，而自激力则由脉冲响应函数与主梁位移的卷积给出．本文编制了在时域中分析紊流风引起结构抖振的三维非线性有限元程序，把该三塔四跨四索面双桥面斜拉桥简化为一个空间框架结构，并对此结构进行了抖振响应分析．分析结果与全桥模型风洞试验结果基本相符，这说明分析是成功的，也说明了本文分析方法是合理的和可靠的．

桥塔风效应对大跨度悬索桥抖振响应的影响

以润扬长江公路大桥南汊悬索桥(润扬悬索桥)为研究对象,首先基于ANSYS建立了该桥的三维有限元计算模型,同时基于桥址区实测风特性建立了该桥考虑桥塔风效应的三维脉动风场,在此基础上进行了该桥非线性抖振响应时域分析,重点研究了桥塔风效应对大跨度悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,主塔风效应对大跨度悬索桥主梁抖振响应的影响很小。就主塔而言,其顺桥向抖振响应受桥塔风效应的影响也很小,但横桥向抖振响应在考虑桥塔风效应时显著增加,在进行抖振响应分析时不容忽视。研究结果对大跨度悬索桥的风致抖振分析具有参考价值。

台风“麦莎”作用下润扬悬索桥抖振响应实测研究

既有桥梁抖振响应的现场实测研究,是桥梁风工程研究领域的重要手段之一。2005年8月,台风"麦莎"突袭江苏,本文以遭受该台风袭击的润扬长江大桥南汊悬索桥为工程背景,利用该桥结构健康监测系统(SHMS)中风速仪和加速度传感器实时采集的数据,采用时频分析和统计方法对大跨悬索桥的抖振响应进行了现场实测案例研究,主要研究内容包括桥址区的强风特性分析、主梁和缆索振动响应特性分析、振动与风速的关系等。研究结果可用于验证现有抖振理论分析方法的可靠性,同时为其它同类型大跨缆索承重桥梁的抗风设计提供参考。

组合梁斜拉桥施工最大单悬臂阶段抖振响应及减振研究

为确保大跨度组合梁斜拉桥主梁最大单悬臂阶段在风荷载作用下的施工安全,对该阶段主梁的抖振响应及其减振措施进行研究。以某主跨650m的组合梁斜拉桥为背景,采用CQC(完全二次型组合法)计算施工最大单悬臂阶段主梁抖振响应,结果表明在20m/s风速下主梁悬臂端竖向抖振加速度超过限值。提出采用柔性拉索连接两悬臂端的“软连接”减振措施。对6种不同“软连接”方式的减振效果进行分析。结果表明:“软连接”可通过联动作用使悬臂端的振动相互制约,可有效降低悬臂端竖向和横向抖振响应;空间交错组合连接减振效果最好,竖向和横向振幅分别降低35%和62%,平面交错连接次之,竖向和横向振幅分别降低35%和31%;“软连接”缆索长度增长后,减振效果会显著降低,需根据现场实际情况选择使用。

重庆大宁河特大桥成桥状态抖振响应分析

目前桥梁的抗风研究主要针对平原开阔地区,复杂山地风作用下桥梁的抗风问题研究很少。以重庆大宁河钢桁架特大拱桥为对象,通过现场实测,得到了该桥桥址处的风环境特性,包括平均风速沿高度的变化规律、湍流强度、脉动风功率谱密度函数以及湍流积分尺度等参数。根据风特性参数,计算出该桥在成桥状态下的抖振力和响应值,结果表明:即使在45m/s风速下,抖振位移响应也在公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)规定范围内。山区地貌中的平均风速沿高度的变化规律不符合公路桥梁抗风设计规范给出的指数变化率分布,湍流强度明显大于规范值。

中央扣对大跨度悬索桥风致抖振响应的影响

润扬长江公路大桥南汊悬索桥(润扬悬索桥)在国内首次采用将缆、梁固结的刚性中央扣代替已建悬索桥常用的跨中短吊索。基于ANSYS建立该桥的三维有限元计算模型,同时利用桥址区实测强风特性数据、基于谐波合成法和FFT技术建立桥址区考虑桥塔风效应的三维脉动风场,在此基础上进行该桥非线性抖振响应时域分析,重点研究刚性中央扣对大跨度悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,中央扣结构对大跨度悬索桥抖振响应的影响与风速有关。相对而言,主梁较主塔的抖振响应受中央扣的影响大;竖向位移较横向和扭转位移受到的影响大。研究结果为该桥的风致抖振性能评价提供必要的研究基础,同时为后刚性中央扣结构在大跨悬索桥中的广泛应用提供参考。

紊流积分尺度对桥梁抖振响应作用效应分析

紊流积分尺度的大小决定了脉动风对结构的影响范围,在结构风振响应分析中具有不可忽略的意义。通常在被动发生紊流风洞试验中,来流积分尺度难于有效模拟,紊流积分尺度对于结构风振响应作用效应缺少合理评价。针对我国已建成的几座大跨度桥梁,利用桥梁二维抖振频域分析方法,结合主梁节段模型风洞试验气动力参数识别结果,对不同紊流积分尺度下的桥梁抖振响应进行对比分析,研究了不同紊流积分尺度脉动风作用下,桥梁结构基频对应风谱能量和抖振响应的差别。分析表明,通常情况下,小比例模型(缩尺比1:400-1:600)紊流积分尺度能够较好的满足相似比要求,往往使得风洞试验的抖振计算结果更接近真实值。大比例模型(缩尺比1:20-1:40)的紊流积分尺度相似性严重偏离,需要对风洞试验结果进行修正。

斜风作用下大跨度桥梁抖振响应时域分析(I):分析方法

在对现有桥梁抖振分析理论及计算斜风作用的方法进行总结的基础上,结合大跨度桥梁结构健康监测系统(SHMS)中风速仪实测风特性数据的特点对平均风分解法进行改进,使得风速分解过程更为准确、便捷,据此发展一套基于ANSYS平台计算斜风作用下大跨度桥梁抖振响应的时域分析方法。其中主梁气动自激力以导出的单元气动刚度和气动阻尼矩阵进行模拟,根据主梁断面的颤振导数以及实测风速数据来确定单元气动刚度和气动阻尼矩阵的参数,由此获得专用于抖振分析的大跨度桥梁有限元计算模型。在此基础上联合采用MATLAB和ANSYS平台编制了全部的相关计算程序,从而实现直接由SHMS实测风环境数据得到结构的抖振响应,并以实测"麦莎"台风为例进行斜风作用下润扬悬索桥抖振响应的时域数值计算。

强台风登陆过程大跨桥梁风特性特征及其抖振响应分析

台风环境条件的风场特征对沿海大跨桥梁结构的风致响应影响显著。结合强台风黑格比(0814)的登陆演变全过程风场逐时记录数据,对台风气候条件下的实测近地平均风特性(平均风速、风向角和风攻角)和脉动风功率谱进行了统计分析,研究了中心过境强台风的风场演变特征。随后分别采用规范谱和实测台风谱对位于台风影响区内的一座大跨斜拉桥(主跨448 m)进行了三维风致抖振响应分析,研究了台风演变过程中桥梁结构抖振响应特征。采用实测台风谱计算的桥梁抖振响应与仅考虑规范谱的结果差异显著。进一步研究了来流大攻角效应对桥梁抖振响应的影响,结果显示,结构竖向和扭转抖振位移分别为仅考虑规范谱响应结果的204.12%和264.87%,横向位移增加67.27%。研究表明:强台风气候条件下,来流大攻角和高频湍流能量卓越的脉动风速对桥梁抖振响应影响突出。因此,关于桥梁风致抖振的相关研究亟需慎重对待,并应加强桥梁风致安全评估。

上海铁路南站屋盖结构风致抖振响应参数分析

为了研究结构参数对复杂大跨空间结构风致振动的影响,以上海南站工程屋盖结构为例,利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法,对结构的抖振响应进行参数分析.参数分析的内容包括参振模态的数目、力谱交叉项、模态交叉项、结构阻尼比,并得到了一些有价值的结论.研究表明,选择足够数量的参振模态对保证计算精度非常重要,力谱交叉项、模态交叉项的不同处理方法对计算结果有较大影响,并且结构共振响应对结构阻尼很敏感.