Wind tunnel study of aerodynamic wind loading on middle pylon of Taizhou Bridge

Segment sectional model tests are carried out to investigate the wind loading on middle pylon of Taizhou Bridge, which has complicated three-dimensional flow due to its feature of double columns. Through the force measuring tests, aerodynamic force coefficients of every segment of the pylon columns have been obtained. It is found that the tested aerodynamic force coefficients are much smaller than those given by codes. The interference effects of aerodynamic force coefficients between columns of pylon are discussed. The results show that the interference effect is the most evident when the yaw angle is about 30 ° from transverse direction. This kind of interference effect can be described as diminutions in transverse aerodynamic force coefficients and magnifications in longitudinal aerodynamic force coefficients of downstream columns.

开口断面钢-混结合梁悬索桥颤振特性及颤振形态研究

为准确评估开口断面双边箱钢-混结合梁悬索桥颤振性能和多模态参与效应,以典型的钢-混结合梁悬索桥——怀化洞庭溪沅水特大桥为背景,开展风洞模型试验及数值分析。制作加劲梁节段缩尺模型并进行风洞试验,测试原桥梁结构的颤振性能,分析调整阻尼比、采用气动措施及结构措施对结构颤振特性的影响,采用三维和二维两种颤振分析方法分析设置中央扣结构的颤振模态及多模态参与效应。结果表明:该钢-混结合梁悬索桥存在较明显的颤振起振点,且颤振是以扭转为主的弯扭耦合振动,同时其扭转和竖向振动存在较大的相位差(相差近180°);节段模型风洞试验与三维和二维颤振分析一致得到设置中央扣后,频率较高的正对称扭转模态先于反对称模态发生颤振,且三维与二维颤振分析结果相差不大。

大跨度铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响

在已建成的大跨度鳊鱼洲长江大桥原设计宽高比为6.7∶1的四线铁路桥矩形箱型主梁断面的基础上,通过调整断面宽高比,设计宽高比为4∶1的二线铁路和宽高比为9∶1的六线铁路桥矩形箱梁断面。通过节段模型风洞试验,在0°,±3°和±5°风攻角的均匀来流下,对以上3种常用二线、四线和六线铁路桥矩形箱梁断面与对应相同宽高比纯矩形断面之间的涡振特性关系,以及铁路桥附属构件对不同宽高比矩形断面涡振性能的影响进行研究。结果表明:在宽高比分别为4∶1和6.7∶1的矩形断面上布置铁路桥附属构件能增大断面在负风攻角下的涡振振幅,在-5°风攻角下竖向涡振振幅增大率高达277.5%,但对正风攻角下的涡振响应起到一定的抑制作用,而在宽高比为9∶1的矩形断面布置六线铁路桥附属构件则能明显增大该断面在各风攻角下的涡振振幅,其扭转涡振振幅增大率均在48.3%以上;铁路桥附属构件对矩形断面涡振性能的降低作用随着断面宽高比的增大而提升,针对气动外形较钝的二线和四线铁路桥箱梁,可参考相似宽高比矩形断面涡振特性,并重点考察箱梁在负风攻角下的涡振响应,而针对宽高比较大的六线铁路桥箱梁,由于附属构件影响较大,参考相似宽高比矩形断面涡振特性的意义较小,均应详细研究其在各风攻角下的涡振性能。

钢桁梁断面形式对公铁两用桥上列车气动特性影响

钢桁梁断面形式的不同可能会改变桥上列车的气动力,进而影响桥上列车运行安全性和舒适性。为此,以某千米级公铁两用悬索桥为工程为背景,通过风洞试验对三种常用钢桁梁断面形式的桥上列车进行测力、测压试验。研究结果表明,当单列车位于三种钢桁梁断面形式上的上游时,列车的阻力、升力系数无明显差异,而单列车位于下游时,列车的阻力、升力系数有较大的区别;在双车状态下,由于迎风侧列车的遮挡作用,改变了不同钢桁梁断面形式下列车的流场,使得钢桁梁断面形式对背风侧列车影响较小。无论列车位于上游、下游,其三种钢桁梁断面形式下列车的阻力系数、升力系数随风攻角的变化趋势一致。当列车位于上游时,其三种钢桁梁断面形式上列车顶部和底部圆弧过渡段都出现不同程度的流动分离,使得其列车平均风压系数不同;当列车位于下游时,三种钢桁梁断面形式上列车平均风压系数变化趋势一致,说明钢桁梁断面形式对下游列车的平均风压影响较小。列车位于上、下游时,其脉动风压系数会有显著的差异,其脉动风压系数的大小受腹杆布置形式的影响要比梁高的不同更为显著。本文研究结果可为大跨钢桁梁桥的断面形式选取提供参考和依据。

路堤-桥梁过渡段车辆气动力风洞试验研究

为了探究路堤-桥梁过渡段处车辆的气动力,建立1:50的大比例尺路堤-桥梁过渡段和车辆试验模型,在桥梁和路堤段分别布置两种风屏障,并在车辆模型表面布置多个测压点,以研究不同防风措施下处于不同风向角的路桥过渡段车辆气动力。试验结果表明:与无防风措施相比,布置桥梁风屏障后最不利风向角会从-15°变为0°,此风向下过渡段处车辆的三分力最大;再进一步布置路堤风屏障后最不利风向角不变,但大幅度减小了0°风向角下车辆的侧力系数和力矩系数;布置路堤风屏障能有效减小车辆所受三分力;不同风向角下改变陆地风屏障参数产生的影响不同,针对路堤-桥梁过渡段布置防风措施时,应充分考虑其来流方向,以达到最优效果。

大跨PK断面钢箱梁斜拉桥涡振性能及优化措施研究

红莲大桥主桥为主跨580 m的双塔斜拉桥,中跨主梁采用PK断面钢箱梁,该类主梁断面易发生涡振,需对其涡振性能及抑振措施进行研究。基于该桥有限元动力特性分析结果,制作PK断面钢箱梁1∶60缩尺比节段模型进行测振风洞试验,研究桥梁原始设计断面主梁的涡振性能,讨论增加结构阻尼比(增加至0.010和0.027)措施的涡振抑振效果,并对增设稳定板、水平导流板、部分封闭桥面栏杆等不同气动优化措施及组合对主梁涡振性能的影响进行分析。结果表明:原始设计PK断面钢箱梁的涡振振幅明显超过规范限值;增大结构阻尼比虽然可以有效抑制涡振响应,但阻尼比增加至0.027时竖弯涡振振幅仍然显著;在桥面检修栏杆上缘外挑1.6 m宽水平导流板可将涡振振幅降低到可忽略的水平;采用在检修栏杆上缘外挑1.1 m宽水平导流板、优化桥面燃气管道位置、调整防撞护栏下部封闭高度为0.42 m,或移除检修道栏杆底座、错列布置封闭检修道栏杆和防撞护栏等组合措施,虽不足以完全抑制涡振的发生,但可将涡振振幅控制至明显小于规范限值。

Π型断面竖向涡振过程气动力不同分量的演变特性

典型Π型开口断面与传统流线型箱梁相比,其截面钝化程度高,很容易发生涡振现象.本文通过同步测振测压风洞试验和计算流体动力学(CFD)相结合方法对典型开口断面表面压力分布特征和气动力不同分量、滞回特性等非线性现象展开研究.首先对涡振锁定区间内不同时期表面分布压力的演化特征进行分析,其次通过CFD动网格方法实现断面流固耦合分析.在此基础上,采用希尔伯特振动分解(HVD)方法对涡激振动过程中气动力不同分量进行分解.结果表明:开口断面上表面平均压力在前缘部分,处于负压区,气流在此发生分离,在涡振极值点时,脉动压力在0.1<X/B<0.3区域变化最为剧烈,表明旋涡脱落强度在该区域最大,并且分析发现该开口断面气动力具有明显高阶分量.由于高阶谐波分量的存在,气动力非线性程度不断加深,气动力各阶分量在整个振动周期内做功具有不同的特点.其中,气动力一阶分量F1在振动周期内,做功呈现曲回上升的形式,整体上表现为增加趋势,气动力二阶分量F2的滞回曲线呈现复杂的“8”字环形状,可以忽略三阶及以上分量对涡振系统的影响.

大断面黄土隧道近距离下穿桥梁桩基变形控制技术

以西延铁路洛川隧道下穿S304省道黑木沟中桥为例,针对高速铁路大断面黄土隧道近距离下穿桥梁桩基时,施工变形控制难、施工风险大等特点,提出对通行道路的导改、隧道开挖采用3台阶临时仰拱法(腰梁式)、内支护和锁脚锚管的加强等措施,现场监控量测数据表明均未出现一级预警状态,地表、桥梁和桩基均处于正常状态,解决了高速铁路大断面黄土隧道近距离下穿既有公路桥梁桩基施工安全,形成了一套大断面黄土隧道近距离下穿桥梁桩基变形控制技术,可为类似工程施工提供技术借鉴。

李仙江特大桥主梁抗风性能试验及优化研究

李仙江特大桥主桥为(62.4+127.6+420+127.6+62.4)m双塔五跨平行索面钢混组合梁斜拉桥,半漂浮体系,塔高最高达250m,主梁采用双边工字型开口组合梁截面。通过1:50主梁节段模型风洞测振、测力试验对成桥状态主梁的涡振、颤振及驰振稳定性加以检验及优化,并测试得到主梁的静风三分力系数供后续设计使用。结果表明:原始主梁设计断面在+3°风攻角下出现的明显的竖向涡激共振现象,通过采取增设风嘴等气动措施后,主梁断面的涡振、颤振以及驰振稳定性经检验均满足规范要求。研究成果可为同等规模桥梁类似主梁断面的气动措施选择提供参考。

大跨度钢箱桁组合连续梁桥涡振性能研究

主梁的大幅涡振一直是困扰跨海连续梁桥的主要病害之一,但对箱桁组合断面主梁的涡振研究较少。拟建的澳氹第四跨海大桥为一座变截面非对称钢箱桁组合连续梁桥,主梁宽度近50 m,且桥面附属结构呈非对称分布,气动外形极为复杂。该文采用1∶70缩尺比的跨中主梁断面节段模型风洞试验研究了澳氹四桥的涡振性能,对比分析了风攻角、紊流度、桥梁阻尼比、附属结构气动外形等因素对主梁断面涡振性能的影响。并通过将外侧栏杆、电缆箱、供水管、风障及防撞栏杆等桥面附属结构拆解,探讨了主梁涡振的原因。进一步比较了中跨跨中(L/2)及三分之一跨(L/3)两种不同断面的涡振性能差异。研究表明:宽幅钢箱桁组合梁断面容易在负攻角下发生大幅涡振,且不同位置两种断面涡振性能差异显著,高耸桁架的遮挡效应对该类桥梁涡脱特性影响较大;非对称横断面形式对涡振性能影响较大,减小外侧栏杆透风率以及采用布置位置合理的下扰流板可有效减小涡振幅值。基于风洞试验数据识别了涡振尾流振子模型的气动参数,准确重现了涡振幅值-风速关系曲线。

基于节段模型风洞试验的边主梁断面钢-混结合梁悬索桥后颤振特性研究

为研究边主梁断面钢-混结合梁悬索桥后颤振特性,以某三塔四跨边主梁断面钢-混结合梁悬索桥为背景,对1∶60钢-混结合梁缩尺节段模型开展风洞试验,分析其颤振稳定性及后颤振响应特征,并研究结构阻尼、气动措施及阻尼-气动组合措施对钢-混结合梁后颤振响应特征的影响。结果表明:节段模型在负风攻角下颤振稳定性较好,但在正风攻角下易发生后颤振,颤振临界风速较低,极限环振动稳态振幅随风速增大而增大,且增长较快;后颤振响应具有明显的弯扭耦合特征,且竖向振动参与程度随风速增大而增大,耦合振动频率随风速增大而减小,在正风攻角下相位差为10°~40°,在0°风攻角下相位差可以忽略;增加结构阻尼或安装气动措施均能有效提升钢-混结合梁颤振起振和临界风速,其中气动措施的提升效果更显著,且两者控制效果可以叠加。

基于热力耦合的桥隧过渡段无砟轨道温度效应分析

为研究高温环境下高速铁路桥隧过渡段无砟轨道的温度分布和受力与变形特征,基于赣深高速铁路桥隧过渡段无砟轨道温度测试,提出无砟轨道纵向温度分布荷载模式,建立桥隧过渡段无砟轨道热力耦合模型,通过实测数据验证了模型有效性。在此基础上,分析过渡段无砟轨道的温度场分布及其内部力与位移传递规律。结果表明:高温环境下,从隧道外到隧道内,无砟轨道温度变化幅值不断减小,在距隧道口超过44 m后,温度基本稳定;实测无砟轨道表面温度沿纵向变化幅值为27.12℃,在14:00达到纵向最大温度变化率5.17℃/m;采用分段函数对桥隧过渡段纵向温度分布进行拟合,在无砟轨道纵向温度变化率最大区段,轨道板纵向应力达到1.41 MPa,轨道最大垂向位移1.50 mm。

考虑驾驶员心生理参数的桥隧过渡段安全间距研究

由于高速公路桥隧比例大、道路线形复杂,给驾驶员行车带来了安全隐患,为了提高桥隧路段行车安全性和驾驶舒适性,以速度一致性、小波理论为基础,通过实车试验采集与分析驾驶员的心生理反应参数、速度等数据,得到了心率增长率与速度、照度的变化规律。结果表明,桥梁和隧道车速特性存在明显差异,在桥梁段速度差最大为7.8 km/h;在隧道路段,速度差最大为26.3 km/h,速度协调性差;并通过分析距离与照度、速度、心率增长率的关系提出了桥隧过渡段的最小安全间距的计算方法,为高速公路桥隧路段路线设计和交通安全管理提供了理论参考。

考虑地层变形规律的盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性建模分析

目前研究中的盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性建模方法建模效果较差,本文考虑地层变形规律提出一种新的盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性建模方法。首先分析地层变形规律,从地层受压期、地层下沉期以及地层微稳定期3个阶段出发,得到变形阶段示意图,计算地层损失率,根据地层损失率得到轨道-路基-土体有限元模型,通过盾构隧道沉降系数确定模型为横向地层变形状态或纵向地层变形状态。再分析安全系数,得到盾构隧道下穿高速铁路桥梁承载力,选取冲击力、摩擦力以及负荷力,计算桥梁扰动性程度,建立盾构隧道下穿高速铁路桥梁段扰动性模型。最后根据扰动模型判断盾构隧道下穿高速铁路桥梁的扰动状况。该扰动模型具有很强的判断能力,对于盾构隧道下穿高速铁路状况分析有积极意义。

湿陷性黄土地区轨道交通桥隧过渡段处理措施研究

在湿陷性黄土地层中建设轨道交通工程在国内已有大量研究成果及工程案例,但轨道交通桥隧过渡段穿越大厚度湿陷性地层目前暂无工程经验可以借鉴。文章以西安北至机场城际轨道交通项目空港新城—机场(T5)区间桥隧过渡段工程实例为背景,对穿越大厚度湿陷性黄土的轨道交通桥隧过渡段的地基及结构处理开展方案研究,提出安全、可靠、经济的设计方案及处理措施,可为类似工程提供一定的参考和借鉴。

节段模型弹簧悬挂颤振试验中的滞回现象研究

为了研究桥梁颤振运动的非线性特征,进行了平板节段模型弹簧悬挂风洞试验,通过调节系统的机械阻尼比,在不同阶段给予模型外部激励。结果表明:颤振除传统的“软颤振”与“硬颤振”模式外,还有第三种颤振即“颤振滞回”,系统的阻尼是引起“颤振滞回”的主要因素。

基于高低雷诺数试验的分离双箱涡振性能对比

为比较分离双箱涡振性能在高低雷诺数试验中的异同,在同济大学TJ-1和TJ-3风洞试验室进行了40个工况的对比试验.结果表明,在低雷诺数试验中涡振出现的阻尼比区间及其相应的振幅都较大,在高雷诺数试验中涡振出现的阻尼比区间和幅值都较小;导流板在零度攻角时无论雷诺数高低都能减小涡振振幅,但在攻角存在时,导流板仅在低雷诺数试验条件下能够增大涡振振幅而在高雷诺数试验条件下则会减小涡振振幅.最后还对试验现象差异的机制进行了分析,并对与大带东桥和昂船洲桥研究结果异同的原因进行了分析.

SLJ 900/32流动式架桥机设计选型与应用

研究目的:针对高速铁路桥隧紧密相连路段,既有设备无法作业的施工难题,本文旨在设计一种集运架功能于一体,整机穿越隧道,能够实现紧邻隧道口和隧道内架梁作业的架桥机。研究结论:本文研究的SLJ 900/32流动式架桥机方案:(1)主支腿采用铰接三角形结构,上部安装支撑轮系,抵抗过孔产生的倾覆力矩,形成自稳定体系,无需采取锚固措施;(2)主支腿托轮系统采用恒定驱动技术,实现了不同类型驱动的同步控制,提高了设备的安全可靠性;(3)通过主辅支腿功能转换技术,实现了无导梁支持的架梁模式,简化了作业流程,实现了首末跨、隧道进出口和隧道内架梁的功能;(4)主支腿安装自动预警安全装置,作业时能够实时反映主支腿工作状态,具有预警和停机保护功能;(5)该研究成果可应用于高速铁路普通工况及桥隧紧密相连路段特殊工况的大吨位箱梁运架施工。

主梁断面形状对车-桥系统气动特性影响的风洞试验研究

确定车辆和桥梁各自的气动参数是车-桥耦合振动分析的基础。为研究主梁断面形状对车辆和桥梁气动特性的影响,利用自制的三分力分离装置-交叉滑槽系统,针对8种分离式双箱主梁断面进行多工况模型风洞试验。通过对不同模型及工况试验结果的对比,讨论不同主梁断面形状下车-桥系统的雷诺数效应,得出不同行车位置处车辆和桥梁各自气动参数随主梁宽高比的变化规律以及其阻力系数的取值方法,为后续抗风设计及风-车-桥耦合振动研究提供参考。

桥隧段风屏障对高速列车气动荷载及行车安全的影响

高铁线路隧道-桥梁-隧道路段常伴随强烈的横风,列车行驶至隧道与桥梁连接段时常常受到横风的突然冲击,严重影响了列车的行车安全性。基于计算流体力学RNG湍流模型和多孔介质理论,建立列车-隧道-桥梁-风屏障三维CFD数值模型和风-车-轨-桥动力耦合分析模型,研究了高速列车通过隧道-桥梁-隧道路段过程中列车的气动荷载和行车安全指标的变化特性。结果表明:桥隧相连段设置风屏障后,各节车厢的气动荷载突变幅值显著降低,降幅达50%以上,其中横向力和倾覆力矩受风屏障的影响最为显著,降幅高达88%以上;设置风屏障后列车行车安全指标显著降低,迎风侧和背风侧各轮对(除了头车1、3号轮对外)的安全指标波动幅度相同;头车的安全指标对整个列车行车安全性起控制作用,尤其是头车转向架前轮(即1、3号轮对)的;列车由隧道驶入桥梁过程中的行车安全性较由桥梁驶入隧道过程的小。