静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例,基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型,分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明:桥梁及桥上轨道结构三向(应)力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近;各结构三向(应)力中,底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大,约为横向应力峰值的8倍,约为竖向应力峰值的7倍、15倍,轨道板结构表现为横向应力峰值最大,且与其余两向应力峰值之间差距较小;各结构三向位移中,横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值,纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值,其中,横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍;桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反,即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。

强风下导线的等效随机静风荷载概率模型

输/配电线路是典型的风振敏感结构,而且导线风荷载往往大于杆塔自身风荷载。结构风荷载常呈现强随机性,合理地考虑这种随机性是输/配电线路抗风设计与风险评估的基础。该文以气弹模型风洞试验为依据,结合随机风振反应基本理论,获得导线等效静风荷载的计算方法;引入强风风场特性参数的随机性,推导并拟合得到导线的等效随机静风荷载概率模型;将建立的随机风荷载概率模型应用于配网结构的可靠度分析中,评估现有配网结构规范设计的可靠度水准。分析结果表明,导线风荷载效应占比大于5%时,按现有配网线路规范设计的构件可靠度指标低于构件呈现二级延性破坏所对应的目标可靠度水平。该文建立的随机风荷载概率模型,考虑了平均风荷载的随机性、脉动风荷载的随机过程性及其对结构的随机动力效应,同时引入了描述脉动风随机过程特性参数的随机性,可应用于强风下输/配电网的抗风设计和风险评估。

山区大跨度窄梁悬索桥静风稳定及抖振性能研究

某山区钢-混组合窄梁悬索桥采用水平导流板对其颤振、驰振性能进行了优化,为了解该桥各类风致静、动力效应,以确保施工安全性和行车安全性,进一步研究优化后加劲梁在平均风作用下的静风稳定性和在脉动风作用下的抖振性能。基于全桥有限元模型结构自振特性分析结果及节段模型风洞试验测得的加劲梁断面静风三分力系数和颤振导数,采用三维非线性数值模拟方法对优化前、后加劲梁的静风临界发散风速进行求解,并与基于小变形假定的二维线性理论分析方法计算结果进行对比;采用抖振响应频域分析方法,结合规范中的桥址区风场特性,计算脉动风作用下的加劲梁抖振位移及内力。结果表明:该桥设置水平导流板前、后,加劲梁静风稳定性均满足规范要求且性能良好;设置水平导流板后,加劲梁扭转方向抖振位移有一定程度增大,同时,加劲梁竖向剪力最大值出现位置发生改变,跨中断面扭矩显著增大,该气动措施对抖振性能的提升较为有限。

高深峡谷斜拉桥施工期静风稳定性分析

基于非线性静风稳定性分析方法,结合高深峡谷地形下非线性风场环境的影响,对斜拉桥施工期静风稳定性进行分析研究。通过数值模拟对比不同工况下的结构变形位移,分析得出:非线性风场对斜拉桥的施工期影响较大,其中非线性风场中决定因素是非线性风攻角;斜拉桥最大单悬臂状态为施工期最不利状态;斜拉桥施工期最不利状态比成桥期更容易发生静风失稳;斜拉桥悬臂长度相同的情况下,单悬臂比双悬臂的静风稳定性更高。

Π型叠合梁斜拉桥建造全周期静风失稳模式及机理研究

为了研究低抗扭转刚度斜拉桥建造全周期的静风稳定特征,采用风洞试验获得施工、运营阶段±10°风攻角区间主梁静风三分力系数,结合有限元数值模拟方法,采用内、外双层迭代算法同时计入斜拉桥几何非线性和风荷载非线性,对主跨跨径为480 m的Π型钢混叠合梁斜拉桥进行了建造全周期非线性静风响应分析。追踪该桥各典型施工阶段主梁变位和拉索索力随风速的变化,以揭示低抗扭刚度斜拉桥建造运营全过程中的静风失稳模式及失稳机理。分析结果表明:随施工阶段发展,静风失稳模式多次变化;各工况下的静风失稳均是三向变位的复杂耦合行为,本桥扭转和竖向变位交替占主导地位;最大单悬臂阶段为各施工阶段中最不利的一个工况,其失稳风速仅为72 m/s且结构响应较大。扭转为主导的失稳是由于拉索系统的应力降低而引起的结构破坏,而竖向变位为主的失稳是由结构较大变位引起的整体刚度的丧失导致的。静风失稳的内在机理是结构在风载下的附加风攻角反作用于风荷载使升力和升力矩迅速变化,同时结构的非线性变形导致拉索系统应力降低和结构刚度降低使结构破坏。

斜风下斜拉-悬吊组合体系桥静风稳定性研究

采用斜风作用下结构三维非线性静风稳定性分析程序(3DNASA-SW),以主跨1400 m的斜拉-悬吊组合体系桥设计方案为工程背景,进行了斜风作用下的静风稳定性分析,揭示了斜风作用对斜拉-悬吊组合体系桥静风稳定性的影响。分析结果表明:与法向风情况类似,斜拉-悬吊组合体系桥的静风失稳为主梁竖向弯曲和扭转耦合主导的失稳形态,斜风作用不会影响其静风失稳形态;随风偏角增大,斜拉-悬吊组合体系桥静风失稳临界风速并非呈现如斜风分解法所述的余弦变化趋势,其最小值大多出现在斜风作用情形。程序与斜风分解法计算结果的差异率为-11.7%~2.9%,且以负值为主,斜风分解法将高估斜拉-悬吊组合体系桥的静风稳定性;斜风作用对斜拉-悬索组合体系桥的静风稳定性存在着正负影响,影响率为-4.7%~9.5%,尤其要注意非负攻角下较大风偏角斜风作用的不利影响。为准确预测斜拉-悬吊组合体系桥的静风稳定性,必须采用考虑静风荷载和结构非线性的斜风作用下结构三维非线性静风分析方法。

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。

动力定位船舶等效静风荷载研究

从海洋船舶风荷载的作用机理出发,分别研究了海洋结构物风振响应和等效静风荷载。将船舶风振响应分解为平均风振响应和脉动风振响应,建立了三自由度船舶等效静风荷载模型,分别给出了平均分量、脉动风荷载的背景分量和共振分量的计算公式。对某海洋工程船的仿真结果表明,高海况下不考虑脉动风效应会导致对船舶实际风荷载的严重低估。

静风环境下壁面热流对建筑热羽流的影响

为研究静风环境下建筑立面的热羽流特性,基于相似理论建立了静风建筑实验平台,采用实验测试和数值模拟相结合的研究方法,对50 W/m^(2)、100 W/m^(2)、200 W/m^(2)三种壁面热流密度下的建筑立面热羽流特性进行模拟研究。结果表明,随着壁面热流密度的增加,水平方向以及竖直方向上,风速及温度的变化趋势基本一致。在竖直方向上,随着距离地面高度的增加,风速不断增大,而温度基本保持不变;在水平方向上,随着距离壁面距离的增加,风速先增大后减小,温度先急剧下降后保持不变。并且最大气流速度出现在近壁面区域的顶部,热流密度分别为50 W/m^(2)、100 W/m^(2)、200 W/m^(2)时,速度最大值分别为1.6 m/s、2.1 m/s、2.6 m/s,最高温度分别为37℃、43℃、52℃。

大跨径桥梁静风稳定参数的敏感性分析

随着桥梁跨径的不断增大,桥梁结构质量越来越轻、结构刚度越来越小、结构阻尼越来越低,从而导致了对风致作用的敏感性越来越大。基于风洞试验测得的主梁静力三分力系数,在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,对大跨径悬索桥以及大跨径斜拉桥进行了静风失稳全过程分析;然后分别考察了三分力系数、初始风攻角、桥塔风荷载、缆索风荷载以及边跨风荷载等参数对大跨径缆索承重桥静风稳定性的敏感程度。

大跨人行悬索桥非线性静风稳定性分析

基于风洞试验所测加劲梁静力三分力系数,在综合考虑静风荷载非线性、结构几何非线性基础上,采用双重迭代计算分析方法对主跨420 m大跨窄人行悬索桥进行静风稳定性全过程分析。结果表明,结构变形随风速变化呈明显非线性,静风失稳形态弯曲扭转空间耦合变形特征显著;较公路桥大跨人行悬索桥主缆提供的扭转刚度比重更大,跟踪两主缆跨中应力随风速变化情况可定义静风失稳临界风速及与分析静风失稳原因;非零初始风攻角会降低静风失稳临界风速;中央扣及抗风缆均能提高静风失稳临界风速。施加中央扣措施,失稳形态为主梁结构弯扭失稳;施加抗风缆措施,失稳形态为抗风拉索、抗风缆应力松弛导致局部结构失稳。该研究可为大跨窄桥静风稳定性能及提高静风稳定性提供科学依据及参考。

独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段桥塔干扰下非线性静风稳定性分析

【目的】与传统多跨斜拉桥相比,独塔斜拉桥具有工期短、经济性强和美观等优点。然而,由于其结构刚度小,其双悬臂施工阶段风致振动问题更为突出。为了充分评估其抗风能力,依托广东韶关的曲江大桥,在桥塔干扰的情况下模拟双悬臂斜拉桥施工阶段和桥塔主梁联合施工阶段在不同风攻角下的静风作用。【方法】分别建立最大双悬臂施工阶段无桥塔主梁节段和有桥塔主梁节段三维CFD模型,求得不同来流风向下不同主梁位置处的流场分布和三分力系数。建立有限元模型,编写主梁非线性静风失稳临界风速求解程序,对独塔斜拉桥施工过程中的静风稳定性进行全过程求解。【结果】考虑桥塔干扰效应后,随着风攻角角度的增大,独塔斜拉桥最大双悬臂靠近桥塔区域的三分力系数会发生变动。【结论】有桥塔干扰下施工阶段静风响应更危险,随风速变化位移响应中没有出现骤变现象,但在实际施工阶段中应充分考虑此影响。

典型箱梁下腹板倾角对桥梁静风稳定性能的影响

以大跨桥梁中常用的近流线型箱梁断面为研究对象,通过计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)方法,选取下腹板倾角这一关键几何参数进行研究,对比分析不同腹板倾角情况下的静风稳定性能,阐述静风失稳机理.研究结果表明,当下腹板倾角较小时,在底板与下游腹板交接处存在负压力区,可以产生向下的升力分量,从而降低升力系数;在一定的下腹板倾角范围内(9°~23°),竖向位移或扭转位移较小,有利于提高静风失稳临界风速.选用下腹板倾角较小(9°~23°)的断面,可有效增大上表面的正压力以及下表面的负压力,降低主梁的升力系数,降低阻力系数,从而达到提高静风稳定失稳风速的目的.

广西平南三桥施工阶段静风响应研究

为评估广西平南三桥施工阶段中的抗风稳定性,文章通过有限元软件计算了塔架和拱肋在无横向缆风索及安装横向缆风索后,不同风攻角及风偏角条件下的最大位移,并探究了缆风索不同初应力及横截面积对静风作用下塔顶及拱肋位移的影响。结果表明:(1)设置缆风索能有效减小塔顶顺桥向、横桥向以及拱肋横桥向的位移;(2)在静风作用下塔顶及拱肋横桥向位移对缆风索的横截面积较为敏感,对初应力则不敏感,增大横截面积能够明显降低静风作用下拱肋横桥向位移;(3)在各缆风索布置情况下,各最不利工况出现的条件较为集中,在设计中应予以重点关注。

大跨径钢箱梁最大悬臂状态非线性静风稳定性分析

港珠澳大桥跨越崖13-1气田管线桥施工最大悬臂状态受静风荷载作用可能存在静风失稳问题,影响结构正常施工与安全性。为解决上述问题,首先采用静力三分力系数法分析该桥最大悬臂状态设计基准风速作用下的静风效应,明确主梁各断面水平、竖向和扭转位移在不同初始风攻角条件下的发展变化规律;其次,对该桥最大悬臂状态不同初始风攻角作用下的非线性静风稳定性进行分析,基于控制断面的风速-扭转角变化曲线明确结构扭转发散临界风速;最后根据非线性静风稳定性分析结果对该桥最大悬臂状态的静风稳定性进行分析评价。结果表明,在正攻角范围内(0°~5°),主梁横向位移与扭转角最大值分别为-1.47 mm与0.023°,负攻角范围内(-5°~0°),主梁横向位移与扭转角最大值分别为为0.25 mm与-0.007°,在不同初始风攻角作用下结构稳定系数介于1.53~2.58之间。不同初始攻角作用下结构的临界风速介于63~109.6 m·s^(-1)之间,结构在负攻角范围内的临界风速计算值较正攻角高。

大跨度中承式拱桥静风稳定性分析

在大跨度中承式拱桥中,主拱为受压构件,静风荷载不仅会引起结构的动力特性改变,还将导致结构强度破坏和失稳。尤其当桥梁跨度较大、横撑又较少时,其静风稳定规律与斜拉桥、悬索桥等桥梁有较大的区别。文中以重庆菜园坝长江大桥为例,通过节段模型试验,获取了静风荷载在重庆菜园坝长江大桥上作用的全过程位移响应,分析了静风作用下结构的屈服失稳机制。分析表明,静风的初始攻角、材料的强度、静力三分力系数等因素对大跨度中承式拱桥的静风稳定性均有较大的影响。

大跨径连续梁桥大悬臂施工阶段静风荷载与静风稳定性分析

介绍了大跨连续梁桥大悬臂施工阶段进行静力风荷载与风致静力稳定性分析的必要性及计算方法。对大跨度连续梁桥刘庄冶1#大桥最大双悬臂状态的静风稳定性做出了验算。

主跨420m人行悬索桥非线性静风稳定影响参数分析

为了研究大跨度人行悬索桥非线性静风稳定相关参数的影响规律,采用内外两重迭代数值算法对一座420 m主跨人行悬索桥,进行了结构附加风攻角、来流初始风攻角、非主梁结构风荷载、抗风缆与中央扣结构措施等影响参数分析。分析结果表明:不计结构附加风攻角会放大静风失稳临界风速,由于正负不同初始攻角下静风荷载的不同发展路径,使得正攻角会恶化静风稳定性,负攻角会提高静风稳定性;非主梁结构风荷载对静风失稳临界风速影响很小,但是抗风缆风荷载对主梁静风位移影响很大,主塔风荷载对主梁静风位移影响最小;抗风缆会改变大跨人行悬索桥的静风失稳形态和大幅提高静风稳定性,对于420 m主跨量级的人行悬索桥,仅依赖中央扣措施很难使无抗风缆设计方案获得足够的静风稳定能力。

高墩大跨连续刚构桥双肢墩静风稳定研究

以高墩大跨连续刚构桥双肢墩为研究对象,在其他结构参数不变的前提下,仅考虑结构自重和静阵风荷载作用,探讨双肢墩在横系梁的设置、截面形式、净间距等因素对结构成桥阶段稳定性的影响。结果表明:横系梁的设置对成桥阶段稳定性有很显著影响;截面形式、净间距则对其影响较小,几乎可以忽略不计。

静风荷载引起的超大跨度桥梁关键问题研究

在超大跨径桥梁中 ,静风荷载不仅会引起结构的动力特性改变 ,还将导致结构强度破坏和失稳。本文以超大跨径桥梁为研究对象 ,计入几何、材料以及静风荷载的非线性的三重影响 ,对它们在静风荷载作用下的关键问题进行了研究 ,揭示了结构的静风荷载响应与三分力系数曲线关系 ,给出了研究方法和一系列研究成果。