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。

大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能试验研究

为了解大跨长挑臂钢箱组合梁桥抗风性能及选取合适的声屏障形式,以挑臂长7.5 m的钢箱组合梁桥——临猗黄河大桥为背景,基于有限元计算的施工及成桥阶段桥梁动力特性指标,制作1个缩尺比1∶50的最大悬臂施工状态钢箱梁、2个缩尺比1∶60的成桥状态不同声屏障设置形式(直线形、折线形,高度均为2.5 m)钢箱组合梁节段模型进行风洞试验,分析施工和成桥状态主梁断面的涡振、颤振和驰振性能。结果表明:施工状态的钢箱梁抗风稳定性良好,涡振、颤振和驰振性能均满足设计要求;常遇风攻角为0°、±3°时,成桥状态下,设置2.5 m高折线形声屏障可有效抑制主梁涡振响应,且颤振与驰振稳定性均满足规范要求;设置2.5 m高直线形声屏障的主梁发生明显的竖向涡振现象。该桥主梁最终采用2.5 m高折线形声屏障。

大跨度钢箱梁铁路悬索桥车桥系统气动特性风洞试验研究

为研究大跨度钢箱梁铁路悬索桥车桥系统气动特性,利用水平和竖向两套三分力测试装置,对一座大跨度钢箱梁铁路悬索桥进行节段模型测力风洞试验。研究不同风攻角下桥面无车、不同位置有单列车、双车共存时车辆和桥梁的气动特性及其相互影响,得到不同车桥组合下车辆与桥梁的气动力。试验结果表明,车桥间的气动干扰较为明显,列车会增大主梁的阻力系数,改变桥梁升力系数的变化趋势,且单列列车位于背风侧时主梁的气动性能最差,最大阻力系数增加了191%。同时,两辆列车之间存在一定的气流干扰,背风侧列车受迎风侧列车影响较大,其横向力系数显著下降,但竖向力系数和扭矩系数所受影响不大。

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。

异形钢箱梁异形块梁底支座反力研究

文章以某市政立交桥改造项目中的某联异形钢箱梁桥为例,研究了异形端支座反力与支座处横梁截面形式的关系。文章首先对该项目及其所采用的异形钢箱梁进行了概述,其次采用Midas Civil软件进行有限元建模,并对其进行支座反力计算,发现其异形端支座反力受横梁截面形式的影响较大,且当横梁采用箱型截面时,支座反力分布情况与其他截面形式存在显著区别。因此,进一步对支座反力与横梁截面的关系进行深入研究,最终确定箱型截面为最优横梁建模截面形式。

封闭式扁平钢箱梁颤振稳定性气动优化措施风洞试验研究

以某大跨度悬索桥封闭式扁平钢箱梁为例,利用节段模型风洞试验,研究风嘴、导流板、栏杆、导轨对颤振临界风速的影响。试验结果表明,导流板、风嘴和栏杆透风率对颤振临界风速影响显著,栏杆位置和导轨位置对颤振临界风速影响不大,最终确定了一种气动外形较优方案,为类似钢箱梁抗风设计提供了借鉴经验。

分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥节段模型风洞试验研究

针对某主跨为458m的分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥,通过缩尺比为1∶50的主梁节段模型风洞试验,研究桥梁的颤振和涡激共振性能。节段模型风洞试验结果表明,在0°和+3°两种风攻角下,该桥原始方案的颤振临界风速低于颤振检验风速,而且扭转涡激共振的振幅也超过了设计允许值。为了提高桥梁的颤振稳定性并抑制涡激共振,研究在分体式钝体双箱钢箱梁上游和下游两侧上方安装固定水平气动翼板的气动控制措施。气动翼板的宽度为0.043B(B:分体式钝体双箱钢箱梁的宽度),上游和下游两侧气动翼板质心之间的水平距离为1.02B,气动翼板质心至分体式钝体双箱钢箱梁顶面的竖向距离为0.45H(H:分体式钝体双箱钢箱梁的高度),两侧气动翼板单位长度的总质量为0.008meq(meq:单位长度分体式钝体双箱钢箱梁的等效质量)。节段模型风洞试验结果表明:安装固定水平气动翼板后,在0°和+3°两种风攻角下,该桥改进方案与原始方案相比颤振临界风速分别提高了24%和33%,均高于颤振检验风速,并且改进桥梁方案没有发生涡激共振现象。最后,通过分析不同风速下桥梁结构阻尼随风速的变化,结果发现:安装固定水平气动翼板后桥梁扭转运动的阻尼显著增加,从而提高了桥梁的颤振稳定性,同时有效抑制了桥梁的扭转涡激共振。

栏杆缘石构造对箱形主梁颤振稳定性的影响

以某一主跨688 m的海港大桥为例,通过节段模型风洞试验研究栏杆缘石构造对箱形主梁颤振稳定性的影响。风洞试验结果表明,与连续的缘石构造相比,离散的缘石构造可以明显改善主梁的颤振稳定性,从而大幅提高桥梁的颤振稳定性。

乌苏大桥大挑臂钢箱组合梁扭转性能试验研究

为研究大挑臂钢箱结合梁截面的抗扭刚度,以黑瞎子岛乌苏大桥——(140+140)m的钢箱组合梁独塔单索面斜拉桥为对象,通过1∶4的缩尺节段模型试验和有限元计算,对单车道、双车道和3车道偏载工况下结构的扭转性能进行分析。结果表明:3车道偏载作用下,主梁的实测最大扭转角和最大剪应力为9.88×10-4 rad和14.71MPa,远小于桥面横坡2%和规范允许的125MPa,乌苏大桥钢箱组合梁截面具有足够的抗扭刚度,且富余量大;增加钢箱梁底板和腹板厚度可显著提高钢箱组合截面的抗扭刚度,而增加钢箱梁顶板厚度对截面抗扭刚度的提高有限。

斜拉桥扁平空腹钢箱梁悬拼施工时的截面变形

湛江海湾大桥主桥是一主跨为480m的双塔空间双索面混合梁斜拉桥,钢主梁采用扁平空腹流线型钢箱梁,标准梁段横隔板和纵隔板均为桁架式.在悬臂拼装施工过程中,吊机作用梁段与被吊梁段受力不同,在两段梁的接口处存在较大的变形差异.文中采用混合单元建立被吊梁段与吊机作用梁段的三维有限元模型,分析了悬臂拼装阶段钢箱梁拼接口的相对变形,研究了纵横隔桁架刚度等参数对变形的影响.分析表明,大跨度斜拉桥采用全空腹钢箱是可行的,相对变形的大小取决于箱梁的整体刚度和吊机的横向着力点.

大跨度铁路钢箱梁混合斜拉桥钢混结合段模型试验研究

为研究大跨度铁路钢箱梁混合斜拉桥钢混结合段的承载能力,本文以甬江特大桥钢混结合段为研究对象,设计制作相似比1∶5的全截面缩尺模型并进行有限元分析和试验研究,分别考察正常使用工况、超载工况及破坏工况下钢混结合段正应力分布情况及承载能力。结果表明,该桥钢混结合段设计构造合理,传力可靠,具有足够的安全储备。本文研究成果为本桥钢混结合段的设计和施工提供了重要的参考价值和设计依据,并为类似桥梁设计提供指导作用。

桁架加劲梁悬索桥气动稳定措施试验研究

在山区峡谷大跨度悬索桥的建设中,由于受施工条件的限制,桁架加劲梁比钢箱梁在施工方面具有更好的优越性。但其扭转刚度以及气动稳定性能往往难以满足抗风要求。此时采用适当的气动措施则可以有效地提高其颤振稳定性。结合工程实例,对桁式加劲梁悬索桥桥面板中央开槽、中央稳定板、水平稳定板三种气动措施以及不同桥面板型式的制振效果进行了一系列风洞试验研究,得到了一些有益的试验结果,为该大桥的抗风设计提供了依据。

Π型截面主梁斜拉桥剪力滞效应试验研究

针对宜宾中坝金沙江斜拉桥,按1∶5的几何尺寸制作了Π型截面主梁预应力混凝土斜拉桥模型,对其剪力滞效应进行了试验研究,并与有限元分析结果进行了比较,两者吻合.试验结果表明,Π型截面主梁斜拉桥悬臂根部附近断面的剪力滞系数普遍大于跨中断面.

开口断面斜拉桥主梁动力特性的有限元简化计算

以1座双索面开口断面大跨径斜拉桥为例,探讨了采用3种主梁简化模型计算开口断面动力特性的差别。结果表明:对于纵飘、侧弯及竖弯各阶固有动力特性,采用单主梁模型、主梁壳单元模型、三主梁模型计算的结果基本一致,将3种模型的动力特性计算用于抗震分析时,结果相差不大;而采用单主梁模型会低估抗扭刚度,对桥梁结构扭转频率产生较大的误差;三主梁模型和主梁壳单元模型结果相近,桥梁抗风分析时不宜采用单主梁模型。

杭州湾北航道斜拉桥抗风性能试验研究

杭州湾大桥是跨海公路大桥,主桥包括南航道和北航道2 座大跨度桥梁。对杭州湾大桥北航道斜拉桥成桥状态、施工状态进行了动力特性分析,介绍了节段模型风洞试验的主要内容、试验结果,据此分析评估了该桥的抗风性能。试验结果表明:该桥具有较好的抗风稳定性。

混凝土斜拉桥肋板式主梁截面应力分布特性

结合湘潭市湘江三大桥主孔斜拉桥的设计与施工 ,采用 1∶3.2的比例缩尺进行了肋板式截面主梁节段模型试验研究及有限元分析 .探讨了在拉索力、预应力及桥面荷载作用下主梁截面局部及整体的应力分布规律 ,给出了轴力及弯矩作用下截面应力传递角度及有效分布宽度 ,为湘江三大桥的设计与施工提供了科学依据 .

带有挑臂的双层钢桁悬索桥颤振性能风洞试验

为了提高加劲梁的颤振性能,针对某三塔两跨公铁两用悬索桥进行了节段模型风洞试验,探讨了多种气动措施对加劲梁颤振临界风速的影响。结果显示,在三种风攻角下,常规气动措施如增加上下桥面板中央稳定板、铁路道板及检修道开槽等措施降低了加劲梁的颤振临界风速,封闭铁路挑臂并给合上桥面板上、下中央稳定板后,加劲梁在三种风攻角下的颤振性能均大幅提高,使颤振临界风速满足要求。相关结论可为类似桥梁断面的颤振优化提供借鉴。

变截面波形钢腹板PC箱梁桥的动力特性分析

研究目的:为研究变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥的动力特性的特点,选择已建的变截面波形钢腹板PC箱梁桥——鄄城黄河公路大桥的两跨,按1∶10的比例缩尺制作(3+3)m变截面波形钢腹板PC室内模型试验梁,采用模型试验及ANSYS有限元仿真分析的方法对模型试验梁的动力特性进行研究。研究结论:通过研究得出如下结论:(1)横隔板数量的改变对变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥扭转振动频率的影响较大,对其弯曲振动频率的影响较小;(2)采用《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60—2015)中连续梁基频的估算公式对室内试验梁的竖向基频进行了计算,并与实测值及有限元值对比后发现现行规范中连续梁竖向基频的估算公式不适用于该类型桥梁竖向基频的计算;(3)在现行规范估算公式中考虑波形钢腹板剪切变形的影响后,得到了适用于变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥竖向基频计算的修正估算公式;(4)该研究成果可为公路桥梁工程中变截面波形钢腹板PC连续箱梁桥动力特性的分析提供参考。

铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段受力及参数分析

为研究铁路混合梁斜拉桥钢-混结合段的传力机理,以主跨468m的宁波甬江特大桥主桥为背景,通过关键部位应力等效的原则制作了该桥结合段局部足尺试验模型,并对试验模型进行了最不利工况下的加载,同时采用ANSYS软件建立钢-混结合段局部模型,对影响结合段受力性能的结构设计参数进行了探讨。结果表明：结合段钢格室应力水平沿纵向平缓减小,数值分析结果与试验结果吻合较好;承压板分担轴力比例接近44.58%,结合段剪力钉传递剪力比例较PBL多;承压板厚度和剪力钉间距增加时,承压板分担荷载比例都会提高,当承压板厚40~80mm、剪力钉间距为150mm时,结合段的传力较为合理;钢格室顶板、底板靠近承压板端前2排剪力钉失效时,将会增加承压板及第3排和第4排剪力钉传递轴力的比例。

带悬挑人行道板流线型箱梁涡振性能研究

为了研究带悬挑人行道板流线型箱梁断面涡振性能,以某大跨悬索桥为工程背景,进行了涡振性能影响因素及气动优化措施的系列节段模型风洞试验。分析了来流攻角、检修轨道等对断面涡振性能的影响,研究移动检修轨道、附加轨道导流板以及底板竖直稳定板等气动措施的制振效果。结果表明此类断面对风攻角较为敏感,随攻角增大涡振性能逐渐变差,同时涡振幅值随阻尼增大呈非线性加速衰减趋势。检修轨道是此种断面形式的涡振敏感构件,检修轨道向箱梁底板中央移动能明显改善涡振性能;轨道附加导流板能进一步抑制涡振振幅,导流板越宽效果越明显;设置斜腹板导流板对改善所述的主梁断面的涡振性能效果不明显。