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.

MSS62.5移动模架造桥机风洞试验及抗风分析

针对目前国内外对移动模架造桥机的抗风性能研究较少这一现状,基于珠江黄埔大桥MSS62.5移动模架造桥机在实际工作中3种最不利状态进行的风洞试验研究,得出其在均匀流场中的涡振、颤振均未发生,给出其抖振振幅随风速改变的变化规律。为移动模架造桥机施工过程中抗风安全性提供了理论保障,可为其他大型移动模架造桥机抗风特性提供参考。

沿海平原地区桥址处风场特性实测研究

为研究沿海平原地区桥址处风场特性,采用VT-1相控阵多普勒雷达系统对横门水道附近某桥址处进行为期一年的风场实测。研究表明,该桥址处风速较好地服从Weibull分布;平原地区风场相较于河谷地区而言,主导风向随高度变化小;风速平均值与风向频度呈正相关,阵性与风向频度呈负相关;该桥址处平均风速剖面虽较好符合指数律,但是JTG/T 3360-01—2018《公路桥梁抗风设计规范》推荐的地表粗糙度系数α值并不适用;良态风风速剖面并不总是服从指数律,但是抗风设计所关注的高风速较好服从指数律。另外,提出了最大概率风速剖面的概念,相较于传统采用的平均风速剖面更具有合理性,采用该种风速剖面在桥梁抗风设计中进行风速推算时更为安全。

窄悬索桥颤振失稳控制措施效果研究

近年来,随着我国基础设施的进一步完善,以跨越能力著称的悬索桥被广泛应用于各地桥梁结构的建设中,同时涌现出大量的窄悬索桥。然而,悬索桥的风致振动问题是影响其适用性的重要因素,窄悬索桥所遇到的风致振动问题更为复杂。能减小结构风致振动的措施很多,不同的措施对结构振动的影响效果亦不同。结合在设计风速下抗风能力不满足要求的窄悬索结构,提出提高结构抗风能力的措施,并对各种措施的作用效果进行对比分析,得出较为合理的抗风措施组合以使结构的抗风能力满足要求。

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。

薄壁箱梁振动时的剪力滞效应

提出了薄壁箱梁强迫振动剪力滞效应分析的理论方法.用变分原理推导了考虑剪力滞效应的箱梁强迫振动时的微分方程、边界条件,建立了方程解的差分格式,论证了差分格式的稳定性、收敛性,并用M atlab编程实现.在数值求解时由于梁的竖向位移和反映剪力滞的翼板纵向最大位移差函数之间存在耦合,有限元法中必要的假设形函数反映不出耦合关系,所以采用了适应性更强的有限差分法.结果表明,薄壁箱梁振动时剪力滞效应是明显的,使跨中位移响应和上翼板与腹板交接处应力响应幅值明显增大.

中国西部地区桥梁风工程研究

中国西部地区包括新疆、青海、甘肃、宁夏、陕西、西藏、云南、贵州、四川、重庆、广西及内蒙古12个省、市、自治区,面积达672×104km2,占中国国土总面积的65%左右;西部地区山地面积约400×104km2,占中国山地总面积624×104km2的65%左右。西部地区山峦重叠、沟壑纵横、沟深谷幽、戈壁大漠的地形地貌使西部地区的风环境和桥梁结构具有和中国东部、中部地区显著不同的特点。就西部地区风环境和桥梁结构的特点,论述了西部地区桥梁风工程应予以研究的内容和问题,并介绍了相关的风环境观测和风洞试验研究。

新疆赛吾迭格尔大桥设计基准风速的计算与分析

为了确保赛吾迭格尔大桥抗风安全,有极其重要的地位,利用桥址区富蕴县气象站的风速基本资料分析了桥位周边平均风速、最大风速、历年的极值风速及各月平均风速、风向等基本特征;建立了气象站逐年最大风速序列,采用极值I型、皮尔逊Ⅲ型和不同规范计算了桥位处不同重现期的设计基本风速;同时考虑大桥所处喀拉塑克水库在蓄水或放空两种情况下地表类别的不同,推算出桥面处的设计基准风速,为进行大桥的风洞试验及颤振、抖振分析和结构分析时风荷载计算提供准确依据.

大跨度钢管混凝土拱桥整体吊装法施工的抗风研究

南昌生米大桥主桥为两主跨跨径228 m的钢管混凝土连拱,该桥主拱肋的施工在国内首次使用大型门式膺架进行整体吊装,为了保证该桥主拱架设期间的安全,对其进行了风洞试验。首先给出了主拱肋的动力特性计算结果,然后对风洞试验的结果进行了分析,重点讨论了主拱肋最大悬臂状态和合龙状态的风偏角影响以及上游已安装拱肋的尾流对下游拱的影响。结果表明,主拱肋在施工期间未出现涡激振动,先架设的上游拱对后架设的下游拱的动力响应有影响。

静风荷载作用下桥梁施工大型门式膺架力学分析

以南昌生米大桥施工中60 m高的门式膺架为算例,利用大型有限元程序ANSYS8.1对其进行力学分析,计算在风荷载标准值作用下的顺风向位移和稳定安全系数,并给出门式膺架的条件极限风速,得出该门式膺架在施工中位移没有超过允许值和不会发生失稳的结论,为类似工程问题提供参考。

风嘴几何参数对双边箱式Π型梁涡振性能的影响

为研究风嘴几何参数对双边箱式Π型梁涡振性能的影响,设计了包括原断面在内的4类试验组合,共计14种试验工况,通过节段模型测振试验,测得不同工况下Π型梁涡振振幅随试验风速的变化,分析了0°风攻角下不同风嘴长度和尖端高度对双边箱式Π型梁涡振振幅、锁定区间长度和起振风速的影响。采用SST k-ω模型进行计算流体力学分析,模拟了原断面和不同风嘴措施下双边箱式Π型梁断面周围的流场特性,结合静态绕流涡量演化图探讨了不同风嘴措施的涡振抑制机理。结果表明:多数风嘴措施能有效抑制双边箱式Π型梁的竖弯涡振,同时降低其扭转涡振振幅;尖端高度与梁高之比为5/6时,该Π型梁的涡激共振被完全抑制,涡振性能表现良好;增大风嘴长度和令风嘴尖端朝下有助于减小断面的涡振振幅和锁定区间长度,提高起振风速,对该Π型梁的抑振效果更显著;双边箱式Π型梁原断面涡激共振明显,安装风嘴能减弱上表面气体的流动分离,减小漩涡尺度,有利于抑制涡振;双边箱式Π型梁下表面周期性脱落并移动的漩涡是其扭转涡振的驱动性因素。

大跨度钢管混凝土拱桥施工门式膺架的抗风性能研究

为了准确了解生米大桥施工门式膺架在施工中的抗风性能,长安大学风洞实验室对其进行风洞试验。对风洞试验得到的门式膺架的位移响应结果进行详细分析,得出该门式膺架在施工中不会出现动力不稳定和负载(门式膺架下吊上拱肋)时的位移比空载时大等结论,为类似工程问题提供参考。

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。

大跨人行悬索桥非线性静风失稳发展过程分析

为研究大跨人行悬索桥非线性静风失稳的内在原因,以主跨420m天蒙人行悬索桥为背景进行分析。综合考虑几何非线性与静风荷载非线性,采用内、外双重迭代算法从定性与定量的角度分析该桥非线性静风失稳发展过程及失稳临界形态。结果表明:大跨人行悬索桥静风失稳发展路径为,不断非线性增大的加劲梁位移牵连主缆和抗风缆产生相对于加劲梁的竖向位移,使主缆和抗风缆逐渐消减拉应力,直至抗风缆接近松弛而失稳;静风失稳临界形态是以加劲梁扭转变形为主、竖弯变形为辅的复杂弯-扭耦合空间变形状态;静风失稳内在原因为,静风升力和升力矩随附加风攻角的增长不断增大,加劲梁和缆索系统的静风位移持续增大并产生相对竖向位移,导致缆索系统刚度大幅卸载。

基于能量等效原理的颤振机理及颤振导数识别

桥梁和风是相互作用的流固耦合系统,风对桥梁的作用效应可以分为阻尼效应和刚度效应。首先基于能量等效原理将Scanlan线性颤振自激力分为纯阻尼效应项H1^*、A2^*,纯刚度效应项A3^*、H4^*和既有刚度效应又有阻尼效应的双重效应项A1^*、H2^*、H3^*、A4^*。将颤振自激力进行积分运算分别求出其阻尼效应项的做功时程和刚度效应项的无功时程并从功能角度对经典耦合颤振驱动机理进行了研究,最后通过将耦合颤振微分方程转化为功能方程形式,提出了一种基于自激力瞬时做功的颤振导数识别方法并证明了该方法的可靠性。

大跨人行悬索桥非线性斜风静力稳定研究

为研究大跨人行悬索桥在斜风作用下的静风稳定性,提出了一种实用的斜风作用下大跨桥梁静风稳定性分析方法。在小偏角下,忽略斜风对于桥梁断面气动外形的影响,基于正交分解方法推导了完全考虑桥梁静风空间变形影响的斜风静力荷载理论表达式,编制内外两重迭代的大跨桥梁斜风静力稳定分析程序,进行了420 m主跨人行悬索桥非线性静风稳定分析。结果表明:斜风静力荷载是有效风攻角与有效风偏角的函数,精确考虑斜风静力荷载作用,要求对有效风攻角和有效风偏角同时进行迭代;静风失稳形态是以主梁扭转变形为主的复杂弯曲扭转耦合的三维空间变形状态,在静风弯扭空间大变形作用下,背风侧缆索系统应力大幅卸载,最终背风侧抗风缆应力接近完全卸载导致悬索桥系统刚度丧失,进而发生静风失稳;该类大跨人行悬索桥最不利静风稳定来自于法向风,小角度斜风对该桥静风失稳临界风速影响不大。

主余震序列波下钢筋混凝土墩柱的抗震性能分析

地震主震之后常常伴随着余震,可能给结构带来二次破坏。文章以普通钢筋混凝土墩柱为研究对象,基于理论分析和二维有限元非线性动力时程计算的方法,采用修正的Park-Ang损伤指标为依据,在主余震作用下对钢筋混凝土墩柱损伤分析,研究墩柱损伤指数随配筋率的变化规律。在多种工况下结构双参数损伤指数分析表明:在主震后处于完好或者轻微损伤状态的墩柱可以不计余震的影响;在主震后处于中等损伤或严重损伤的混凝土墩柱,需要考虑余震的影响。结构抗震设计时,应计入余震的作用,结构的主余震相应大小与余震的峰值加速度和频率特征有关;对主震造成中等损伤、严重损伤和倒塌的钢筋混凝土墩柱,配筋率在一定范围内增加可明显提高结构抗主震及其余震能力。本研究为提高钢筋混凝土墩柱抗余震能力提供有力支撑。

典型桁架桥梁断面静风阻力遮挡系数风洞试验

基于典型桁架桥梁断面桁片节点测压风洞试验,研究了典型桁架桥梁断面-10°^+10°风攻角下的遮挡系数。试验结果表明:采用规范计算桁架桥梁断面成桥状态的遮挡系数,在计算间距比和实面积比时,建议将桥面铺装高度计入迎风桁架高度,将桥面铺装迎风面积计入桁架轮廓面积;遮挡系数随着风攻角的增大而减小,可以采用一次线性经验公式计算不同攻角的遮挡系数。

建筑物不均匀开孔时体型系数的风洞试验研究

进行了榆林机场航站楼的测压风洞试验,研究了建筑物各墙面存在开孔较大且不均匀时所造成的内部压力改变对建筑物体型系数的影响,并通过与《建筑结构荷载规范》GB50009-2001中关于体型系数、内部压力系数规定的比较,提出了关于风荷载体型系数的几点修订建议。

简化U形峡谷风速分布及其对悬索桥抖振响应的影响

使用理论推导和地形试验的方法研究了简化U形峡谷的风速规律,并分析了峡谷中大跨径悬索桥的抖振响应。研究表明:简化U形峡谷中的风速是在顺压力梯度、峡谷宽深比等因素综合作用下的结果;风速加速效应随着宽深比的增大而增加;风速的横向分布符合抛物线模式,地形模型风洞试验也验证了抛物线分布的合理性;相比较抛物线分布模式,规范推荐的均匀分布风速模式会高估大跨径悬索桥主梁位置的抖振位移响应和关键位置的抖振内力响应。本文研究结果可为峡谷地区桥梁抗风设计提供参考。