大跨度双幅非对称平行主梁涡激振动干扰效应研究

在双幅式桥梁的建设中,公路与铁路同层并排布置的大跨双幅非对称主梁属于较特殊的设计。由于公路桥与铁路桥的动力特性不一致、主梁尾流特性差异较大以及非对称双梁间存在特殊且显著的气动干扰,使得非对称双幅主梁的涡激振动特性更为复杂。为系统探究干扰效应对主梁涡振性能的影响,以一座大跨度公铁两用双幅桥为研究背景,开展了双幅主梁涡激振动风洞试验与流固耦合数值模拟,其中公路梁为Π型叠合梁,铁路梁为流线型箱梁。研究结果表明:公路梁位于迎风侧时出现了较大幅值的竖弯和扭转振动,且风速区间与结构振动频率具有典型涡振“锁定”特征,而位于背风侧时,振动现象基本消失;铁路梁位于迎风侧时未见明显振动现象,而位于背风侧时,试验观察到了大幅振动,且振幅具有迅速上升又迅速下落的特点,无明显“锁定”区间。数值流场表明,公路位于不同位置处(迎、背风侧)时,主梁附近涡结构的尺度与分布均有明显不同。当位于迎风侧时,下桥面腔内大尺度漩涡的存在以及涡结构的周期性变化是位于迎风侧时产生涡振的主要原因;当位于背风侧时,受干扰效应影响,下桥面腔内漩涡尺度减小,升力振荡频率改变,涡振锁定现象消失。铁路附近流场及压力分布表明:当位于迎风侧时,主梁附近流场稳定,自激升力近似为直流力;当位于背风侧时,受公路尾流的干扰,铁路表面存在较大面积的负压区,公路尾流的脉动导致了铁路气动升力的振荡,因而产生了大幅振动。研究了双幅非对称平行主梁间气动干扰效应对涡振性能的影响,揭示了涡振及气动干扰机理,为类似桥梁的工程设计提供了参考依据。

间距对公铁双幅主梁气动特性影响的试验研究

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2~2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并推断主梁周围绕流特征,明确间距对非对称公铁双幅主梁气动干扰规律的影响规律。结果表明:无论风向角α=0°或α=180°,上游主梁气动力系数、表面风压分布和绕流方式受间距影响程度相对较小,与单幅主梁气动特性和绕流方式相似;但下游主梁气动特性受间距影响较大,且完全不同于单幅主梁,间隙处的绕流形式随间距的增大而发生变化,下游主梁气动力系数、平均风压系数曲线和脉动风压曲线也表现出完全不同的规律;且间距越大,下游主梁气动特性和绕流方式越接近于单幅主梁。公路主梁的流线性相比于铁路主梁更强,这种气动外形差异导致2种来流方向下非对称双幅主梁气动特性和绕流形式不同,间距在L/Br=0.2~2.0范围内,气动干扰对其影响规律也完全不同。如α=0°时,双主梁上表面始终为“单一钝体流态”;但α=180°时,双主梁上表面属于“剪切层附着流态”,间距不同,上游公路主梁尾流附着于下游铁路主梁的位置不同,据此可再细分为2种不同的绕流方式。研究成果可为同类型非对称双幅桥梁间隙距离设计提供参考。

基于数字孪生的长大桥梁钢桥面系管养系统架构设计研究

长大桥梁钢桥面系长期性能发展规律复杂,在钢桥面铺装养护领域尚无可依据的养护设计标准或规范。智能化运维已成为桥梁管养模式发展的必然趋势,数字孪生技术是实现钢桥面系数字化、智能化维养的关键技术之一。本文面向长大桥梁钢桥面系维养需求,基于数字孪生概念,从面向对象、面向需求、面向未来三个方面搭建长大桥梁钢桥面铺装数字孪生顶层设计,构建钢桥面系孪生数据库,完成了钢桥面系数字孪生各种应用场景搭建,为研究数字孪生技术在长大桥梁钢桥面铺装养护中的应用奠定了基础。

公铁同层双幅非对称主梁气动干扰特性研究

为研究公铁同层非对称双幅桥主梁间的气动干扰效应,对某大跨度公铁双幅斜拉桥进行节段模型风洞试验,测试不同风向条件下单、双幅主梁的气动特性,并辅以数值模拟研究,在验证数值模拟结果准确性的基础上,分析单、双幅主梁周围流场的分布特征,研究双幅主梁间气动干扰效应的影响。研究结果表明:双幅主梁中的上游主梁和单幅主梁气动特性相似,但双幅主梁中的下游主梁气动特性发生明显变化,且下游公路主梁和下游铁路主梁气动特性的变化形式不同,由于双幅主梁的非对称性,上游主梁对下游主梁的气动影响特性并不相同。当铁路主梁迎风时,下游公路主梁上表面迎风侧所受正压减小,但下表面迎风侧所受正压增大,此时铁路主梁和公路主梁尾部均有交替旋涡脱落,双幅主梁处于双涡脱流态;当公路主梁迎风时,下游铁路主梁迎风侧风压的绝对值均减小,气流分离后再附位置向迎风侧移动,此时交替涡脱现象仅在铁路主梁的尾流区形成,双幅主梁处于剪切层再附流态。下游主梁气动特性的差异来源于双幅主梁非对称引起的气动干扰规律变化,不同来流方向下空气的绕流特征和主梁周围旋涡的脱落—附着行为存在明显区别,故必须综合考虑不同风向下双幅主梁的气动特性差异。研究成果可为考虑气动干扰效应的大跨公铁同层双幅桥气动设计提供参考。

城市浅埋双连拱双层隧道结构安全性分析

双连拱双层隧道是一种新型的隧道结构形式,其结构安全性的研究还处于起步阶段。依托自贡市龙汇路双连拱双层隧道,研究了隧道结构的安全性。结果表明:施加桩基后,隧道初期支护最小安全系数为2.51,二次衬砌最小安全系数为37.90,结构满足受力要求,隧道结构是偏于安全的;施加地震荷载后,隧道结构受力发生了不利的变化,初期支护最小安全系数为2.39,二次衬砌最小安全系数为4.60,但仍能满足受力要求,隧道结构是偏于安全的。研究成果可为双连拱双层隧道的设计和应用提供参考。

双幅桥面桥梁三分力系数气动干扰效应试验研究

针对大跨度双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰问题,采用风洞试验方法对某在建大跨度双幅桥面桥梁的气动干扰效应进行研究.分别改变双幅桥面间距、风攻角参数来研究其对双幅桥面三分力系数气动干扰效应的影响.研究显示,双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应主要表现为:下游桥面阻力系数的降低,上游桥面桥梁阻力系数与单幅桥面相比略有降低;上、下游桥面的升力系数和升力矩系数也存在一定的气动干扰效应,但相对而言影响较小,其影响可以忽略.

双幅同步转体矮塔斜拉桥设计

广州市增城区新新公路跨广深铁路桥采用(114+96)m双幅预应力混凝土矮塔斜拉桥分幅跨越既有铁路。该桥主桥为塔墩梁固结体系,主梁采用单箱三室截面斜腹板变高箱梁,为平衡跨度不对称引起的不平衡重,主跨与边跨板厚采用不对称设计。桥塔采用顺桥向人字形独柱混凝土塔,桥面以上高31.0 m;斜拉索采用强度为1860 MPa的钢绞线拉索,单索面双排扇形布置;主墩采用矩形实体混凝土墩,群桩基础。采用转体过程角度控制图指导双幅桥同步转体施工,转体结构最大悬臂长114 m,设计转体吨位为3.2万吨。经验算,结构各项性能指标均满足设计要求。

双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应研究

双幅桥面桥梁在风的作用下,上下游两桥面之间会产生气动干扰效应。分别采用测力法和测压法对某双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应进行了一系列的节段模型风洞试验研究。结果表明:双幅桥面阻力系数的气动干扰效应不容忽视。与单幅桥面相比,下游桥面的阻力系数降低较多,上游桥面的阻力系数略有降低。上下游桥面升力系数和升力矩系数的气动干扰效应不明显。

双幅桥面桥梁主梁气动干扰效应研究

基于2座国内在建的双幅桥面桥梁进行节段模型风洞试验,研究双幅桥面之间的气动干扰效应及其对桥梁颤振稳定性、涡激振动特性和静气动力特性的影响,单、双幅桥面风洞试验结果的差异表明两桥面之间存在不可忽略的气动相互干扰,并可能对桥梁振动产生不利影响。

大跨度双幅桥面桥梁气动干扰效应

通过两座双幅桥面桥梁抗风性能的研究,采用节段模型风洞试验对双幅桥面桥梁的气动干扰进行了初步研究。研究结果表明:对于双幅桥面桥梁的气动干扰效应主要表现为对涡激共振响应的影响;对颤振稳定性的影响则表现为,与单幅桥面桥梁相比双幅桥面桥梁的颤振临界风速有所降低;双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应主要表现为,下游桥面阻力系数降低,上游桥面桥梁阻力系数与单幅桥面相比略有降低。

双幅桥静分力系数气动干扰效应研究

采用计算流体动力学(CFD)的方法,利用Flunet软件对某双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应进行数值模拟。结果表明:由于前桥对后桥的遮挡作用,后桥的静力三分力系数受到较大影响,阻力系数与单桥相比减小了74%,升力系数减小了88%;随着前后桥间距的增大,双幅桥梁之间的气动干扰效应逐渐减小,但双幅桥面达到8b(b为梁高与双幅桥间距的比值)间距时仍存在一定的气动干扰现象,不可忽视。

双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型

与常见的单幅桥面桥梁相比,双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型更为严格,必须同时保证上下游两主梁断面都具有良好的气动性能。以某在建的双幅桥面桥梁为背景,通过一系列节段模型风洞试验,从主梁断面基本形状和检修车轨道的位置及高度两个方面进行了主梁断面的气动方案比选,对双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型进行了初步研究。

半开口分离双箱梁涡振性能及其气动控制措施研究

基于某主跨820m混合梁斜拉桥,利用刚体节段模型风洞试验结合计算流体动力学(CFD)数值模拟,系统研究了半开口分离双箱梁的涡振性能并进行一系列气动控制措施的探讨。该断面成桥状态在+3°或+5°风攻角下会产生大幅竖弯涡振,来流上游侧检修道栏杆处的气流分离起主导作用,检修车轨道对竖弯涡振有放大作用,这主要源于其后方连续产生的小尺度漩涡在断面下部开口内汇聚,形成了能量集中的大尺度漩涡。采用不同形式的检修道栏杆或改变风嘴角度对竖弯涡振控制效果不理想,将风嘴向外延伸可以有效降低振幅,但要保证检修道栏杆不移动,工程实用性较差。下中央稳定板基本没有抑制效果;水平翼板和抑流板都能有效控制竖弯涡振,其中水平翼板可以延缓漩涡能量的集中降低涡振振幅,但不能完全抑制振动,而且大攻角下会延长涡振风速区间;抑流板则直接通过抑制断面上表面漩涡的形成而有效控制涡振发生。

平行双幅斜拉桥涡振特性气弹模型试验研究

以天津塘沽海河大桥为工程背景,通过全桥气弹模型试验对平行双幅斜拉桥的涡振特性进行了研究。首先,基于一阶涡振的试验结果,推导出高阶涡振最大振幅的估算公式;然后,通过对比高阶涡振的估算结果与全桥气弹模型试验结果,给出了估算公式的计算精度并分析了产生偏差的可能原因;最后,通过全桥气弹模型试验研究了多孔板对涡振的减振效果,并利用CFD手段从流场的角度定性地解释了多孔板减振原理。研究结果表明:全桥气弹模型试验可以直接成功模拟出高阶涡振现象,并且各阶涡振的斯托罗哈数保持一致;基于一阶涡振试验结果估算高阶涡振可能会使风速锁定区间变长,并且最大振幅估算值与全桥模型试验值有一定偏差;多孔板具有较好的涡振减振效果,而这与多孔板的透风率大小和安装位置直接有关。

分离式双箱主梁断面气动优化措施研究

随着桥梁跨径不断增大,抗风性能已成为设计中的关键控制性因素。由典型流线型钢箱梁中央开槽而来的分离式双箱主梁在超大跨径桥梁中具有广阔的应用前景。但目前针对分离式双箱主梁断面气动优化的研究多围绕某单一气动措施的优化展开,关于多种气动措施配合使用对其气动性能影响的研究较少。以同时设置了风嘴、导流板和分流板的分离式双箱主梁断面为对象,设计了16种断面形式,从静风稳定性和颤振稳定性两方面,研究了多种气动措施共存情况下,各气动措施对分离式双箱主梁断面抗风性能的影响,从而得到各气动措施的优化设置方法。研究成果对提高超大跨径桥梁抗风性能具有指导意义。

分幅斜拉桥斜拉索无应力长度的简化计算方法

多塔、分幅、内外侧索面不对称钢斜拉桥属典型空间结构,其斜拉索数量较多,直接确定每根斜拉索无应力长度非常困难。以六塔、双幅、空间四索面的嘉绍大桥为研究对象,首先基于刚度等效原则,将主桥空间结构等效简化为平面结构,确定其等效合理成桥索力;其次提出索力分配原则,将所确定的平面成桥索力转化为空间索力;最后利用悬链线方程求出每根斜拉索的无应力长度。经实践验证,该方法可快速、准确地确定各斜拉索的无应力长度。

基于CFD的双幅桥梁气动干扰效应数值仿真

与孤立的单幅桥主梁相比,双幅桥梁的主梁气动特性发生改变,这在桥梁抗风设计中不容忽视.针对此问题,基于计算流体力学方法,以主跨径290m、最大墩高141m的北盘江特大桥为工程背景,对双幅桥主梁三分力系数气动干扰效应进行了数值仿真分析.首先,采用FLUENT建立了主梁和流域计算模型,并与风洞试验进行对比,验证模型及计算方法的准确性;然后,改变主梁间距、风速和风攻角等参数,研究其对双幅桥主梁三分力系数干扰效应的影响,得到了气动干扰因子随风速变化的曲线.研究结果表明:下游主梁气动干扰效应比上游主梁显著;主梁间距越小气动干扰效应越大;风攻角和风速对气动干扰效应有着复杂的影响.

芜湖长江三桥北引桥50.2 m现浇梁施工关键技术

芜湖长江三桥北引桥W3~0号墩跨度为3×50.2 m,下层铁路桥采用预应力混凝土简支箱梁(顶板宽12.2 m、底板宽5.26 m),上层公路桥采用预应力混凝土连续箱梁(顶板宽15.99 m、底板宽9.19 m),上、下层梁中心线不重合。根据该桥结构特点及桥址区地质情况,下层铁路梁采用“支架现浇+箱梁横移”方案施工:仅在左幅公路梁正下方搭设现浇支架,先在支架上施工右幅铁路梁,然后将右幅铁路梁沿铁路墩顶横移至右幅公路梁正下方,最后在支架上施工左幅铁路梁;上层公路梁采用“支架现浇+支架横移”方案施工:先将下层铁路梁横移至公路梁正下方,在右幅铁路梁顶搭设支架,待右幅公路梁施工后将支架整体沿铁路梁顶横移至左幅,最后在支架上施工左幅公路梁。待公路梁施工完成且支架拆除后,再将铁路梁横移至设计位置。

佛山石湾大桥选型

佛山石湾大桥是禅西大道工程跨越东平水道的大型桥梁,河道防洪、通航等级高,且桥梁处于道路平面曲线上,因此选取合理美观的桥型成为该工程的要点之一。该文较为全面地介绍了该桥的方案比选过程,对不同方案进行了论述,希望对类似情况桥梁方案选择有所帮助。

间距比对叠合梁双幅桥涡振性能的影响

以工程中常用的双边工字钢式叠合梁平行双幅桥为对象,基于系列弹簧悬挂节段模型风洞试验,研究了不同间距比下叠合梁平行双幅桥涡振(VIV)干扰效应,并将上下游桥面涡振振幅、涡振风速锁定区间与单幅桥面进行了对比。结果表明:双幅桥与单幅桥相比,气动干扰效应使得双幅桥的最大涡振振幅和风速锁定区间都明显增加;双幅桥的最不利间距比为2~4,此时桥面最大涡振振幅最大且风速锁定区间更长;上下游桥面的振动存在一个相位差,受到折减风速、上游桥面振幅和间距比的共同影响。