静止型雷暴冲击风作用下列车气动导纳函数试验研究

为研究静止型雷暴冲击风作用下列车的气动导纳函数,利用雷暴冲击风试验装置模拟雷暴冲击风场,基于刚性模型测压试验,并考虑列车模型对周围风场的影响,测试并分析距雷暴冲击风中心不同径向距离的列车抖振力谱、脉动风速谱以及脉动风速相干函数特性。通过拟合脉动风速相干函数获得考虑顺风向和竖向脉动风速展向相关性的传递函数,识别出考虑脉动风速展向相关性的列车气动导纳函数,并与未考虑脉动风速展向相关性的气动导纳函数进行对比。研究结果表明,当径向距离较小时,如r/D_(j)=0.5时,列车抖振力谱的能量主要集中在极值频率附近的窄带范围内;随着径向距离的增大,列车抖振力谱极值频率附近的能量逐渐向低频部分转移,同时,脉动风速谱的低频部分能量分布逐渐变均匀,而高频部分逐渐符合“-5/3”定律。当列车模型放入风场后,不同测点位置处的顺风向和竖向脉动风速谱的幅值随径向距离而变化,但距列车模型中心2B处的顺风向和竖向脉动风速谱的变化趋势与空风场的较接近。不同径向距离时,脉动风速相干函数都存在峰值,列车的侧向力和升力气动导纳函数在低频部分均趋近于一个常数;当径向距离r/D_(j)=1时,侧向力和升力气动导纳函数的幅值最大,而其他径向距离的侧向力和升力气动导纳函数幅值均基本相同。考虑传递函数后,识别出来的气动导纳函数幅值显著增大,同时高频部分的气动导纳函数幅值随着频率的增加其变化趋势也不同。采用频响函数拟合列车的气动导纳函数时,气动导纳函数低频部分的幅值由系数k决定,同时径向距离越大,拟合参数a、b和k值均越大。

薄平板复气动导纳函数的试验与数值模拟研究

提出了一种分离频率识别复气动导纳的方法。首先推导了分离的单一频率下能够有效识别6个复气动导纳的理论公式;然后通过一种主动格栅产生顺风向和竖向的正余弦脉动分量,采用双天平水平测力装置测量模型上的抖振力;最后通过分析脉动风和抖振力的时程曲线,得到薄平板的6个复气动导纳函数,并与数值模拟结果相比较。结果显示:气动导纳的试验值均小于数值模拟结果;Sears函数不能作为桥梁断面阻力导纳函数的近似值;复气动导纳相位的试验值与数值模拟结果基本接近。

桁梁桥气动导纳函数的试验研究

在介绍识别气动导纳函数的试验原理和试验方法的基础上,以坝陵河大桥和果子沟大桥为例进行了桁梁桥气动导纳函数的试验研究。对不同攻角、不同风速下的升力导纳、阻力导纳和升力矩导纳进行对比分析,概括了桁梁桥气动导纳函数的特点,并利用数值拟合技术,得到桁架结构断面气动导纳函数的经验拟合公式。基于该公式,对坝陵河大桥和果子沟大桥进行了抖振频域分析,并与风洞试验抖振响应测量结果做对比,表明计算值与试验值具有良好的一致性,证明了桁梁气动导纳识别方法的正确性和拟合公式的有效性。

桥梁断面气动导纳互谱识别方法注记

现存的各种气动导纳函数识别方法,为了便于求解忽略了脉动风速互谱的作用,且假定脉动风水平和竖向分量对抖振力导纳函数分量作用等效,识别过程缺少对算法系统和试验采样误差影响的标定,导纳函数识别结果缺少验证等诸多不足。针对上述问题,采用改进的互谱导纳识别方法,考虑了多种影响因素的共同作用,详细标定了算法系统和试验测量误差的影响,基于测量稳定性和精度较高的节段模型高频天平测力方法识别了流线型箱梁桥梁节段Scanlan抖振气动力全部六个导纳函数分量。

上海卢浦大桥拱肋等效气动导纳识别研究

根据刚体节段模型的要求,设计了卢浦大桥拱肋模型,并对不同风速和不同风攻角进行了工况组合。采用互功率谱方法对双陀螺形拱肋模型进行了等效气动导纳试验识别,气动导纳识别结果以等效气动导纳三分量的形式表示,研究了不同风速和风攻角对于气动导纳识别结果的影响。研究表明,不同风攻角、不同风速下阻力、升力和扭矩方向等效气动导纳函数总体上呈现随折算频率递增而衰减的趋势,其中,0°风攻角下,拱肋模型识别出的阻力方向等效气动导纳函数总体上小于1;升力方向等效气动导纳函数在低频段大于1;折减频率较低的区域,双陀螺拱肋模型升力矩方向等效气动导纳函数也大于1。拱肋模型阻力、升力和升力矩方向等效气动导纳函数,受风速影响不明显。

大跨桥∏形主梁断面气动导纳的试验识别

准确的气动导纳值是抖振精细化分析的前提,比较切合实际的桥梁断面气动导纳函数目前只能通过风洞试验进行考察。通过风洞试验对大跨桥∏形主梁断面气动导纳进行研究,气动导纳的识别理论采用等效气动导纳法,考察∏形主梁断面气动导纳变化规律,并对试验中获得的3个气动导纳曲线进行拟合,得出拟合后的气动导纳曲线表达式,试验结果表明:∏形桥梁断面阻力导纳函数和升力导纳函数随折减频率的增大有递减的趋势,而对于力矩导纳则呈现出先增后减的趋势,现行桥梁规范中采用Sears函数对∏形断面进行抖振分析存在较大的误差。

薄板结构气动导纳试验研究

结构的气动导纳是决定结构上气动荷载的重要参数。常用的Sears’气动导纳函数只描述了导纳与频率的关系。设计了拉条模型试验验证结构的气动导纳不单与频率有关 ,还与结构的特征尺寸、风场的特征参数有关。获得的三维气动导纳公式定量描述了导纳与频率n、湍流积分尺度Lw

贵阳小关桥双肢薄壁墩抖振响应试验与影响因素分析

在原有抖振时域分析方法的基础上,提出一种考虑复气动导纳函数的修正和抖振力的空间相关性的抖振时域分析方法。为对现有抖振时域分析方法的验证,以贵阳小关桥为例,对其最大悬臂状态进行全桥气弹模型风洞试验,试验中不仅对抖振位移进行测量,还通过在墩底布设动态应变片完成墩底内力的实测。气动导纳函数分别取1、Sears函数和实测的桥梁断面复气动导纳函数,采用抖振力谱法得到考虑气动导纳修正的抖振力。另外对风洞中模型抖振力的空间相关性进行测量,分析气动导纳函数和抖振力空间相关性对结构抖振响应的影响,并与风洞气弹模型试验结果进行了对比分析。分析结果表明:计算分析结果与试验结果基本一致;采用结构实际气动导纳函数的抖振响应与试验更接近;采用抖振力空间相关性计算得到的抖振响应要比采用脉动风速空间相关性的计算结果偏高。

大跨平坡屋盖风荷载折减的移动平均法

根据大跨平坡屋盖脉动风压相干函数导出气动导纳函数,将气动导纳函数与滑动平均滤波器按照截止频率相等的原则进行等效匹配,推导出适用于大跨平坡屋盖风荷载折减的移动平均法。基于某博物馆大跨平坡屋盖风洞测压试验,对本文提出的风荷载折减方法合理性进行验证。研究结果表明:基于风洞试验的统计方法比规范方法在计算大跨平坡屋盖最不利设计风荷载方面更合理;而随着平坡屋盖结构尺寸的增大,最不利设计风荷载折减程度趋于稳定;本文提出的风荷载折减方法,能为大跨平坡屋盖结构最不利设计风荷载的合理确定提供参考。

大跨度桥梁风场模拟过程探讨

分析了影响风场模拟的几个重要因素,根据风场模拟的影响因素和理论,简要介绍了风场模拟的过程和方法,为振动分析作了准备.

几种常用风谱模型的对比研究

正确模拟脉动风场的前提是获得适当的脉动风功率谱的表达式.本文列举了目前风工程中普遍采用的五种风谱模型,从能量分布和风速时程的特点对以上谱模型进行了对比.本文还对在风场模拟中起关键作用的气动导纳函数和相关函数进行了讨论,浅析了两者在风场模拟中对不同风谱的影响.

矩形断面抖振力展向相关性的试验研究

为了研究紊流作用下钝体的非定常气动力(抖振力),以矩形断面为例,通过测压试验研究不同紊流积分尺度下的非定常气动力的分布特性,并结合理论分析方法研究了现有导纳识别方法的缺陷,进而提出基于三维统计理论的两波数三维导纳初步识别方法。结果表明:对于矩形这类钝体断面,其在紊流下的抖振力特性与流线型箱梁(桥梁主梁)接近,即抖振力的相关性高于脉动风速的相关性,且与紊流积分尺度成正比。另外,理论分析结果与实测数据间存在较大的差异,进一步表明传统的二维导纳函数无法反映真实的非定常气动力展向分布情况,而两波数的三维导纳则可揭示展向不同尺度漩涡都对抖振力的贡献。

Revisiting aerodynamic admittance functions of bridge decks

A framework was proposed to identify a comprehensive set of aerodynamic admittance functions for bridge decks. The contributions of the cross-spectra between longitudinal and vertical wind velocity components and between turbulence components and gust-induced forces were embedded in the identification procedure. To facilitate application of the identified functions in engineering practice, the concept of an equivalent aerodynamic admittance function was introduced and numerically validated. The equivalent aerodynamic admittance functions of a set of streamlined and bluff cross sections were identified experimentally in a wind tunnel. Buffeting analysis of a bridge deck was carried out and the response predicted using the identified aerodynamic admittance functions compared well with the measured response. In addition, a sensitivity analysis was performed to delineate the influence of aerodynamic and structural parameters on the buffeting response, thereby demonstrating the significance of the proposed identification framework.