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。     

山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析

为研究山区峡谷地形下非均匀风场对大跨度桥梁静风稳定性的影响，以一座跨越典型山区峡谷地形的大跨度斜拉桥为工程背景，首先，采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对桥址区地形的风场特性进行分析，计算出沿主梁方向的非均匀风速和非均匀风攻角分布；然后，采用ANSYS APDL技术实现能考虑非均匀风速和非均匀风攻角下大桥静风稳定性的非线性分析方法。在此基础上，综合考察非均匀风攻角分布、非均匀风速分布、非均匀风速非均匀风攻角分布等风场条件对大桥静风稳定性的影响，分析各工况下主梁的静风变形与跨中处拉索刚度变化。研究结果表明：与均匀风场条件下的静风响应不同，非均匀风攻角或非均匀风速下主梁静风响应最大值点位于风荷载峰值点与跨中之间，在针对非均匀风场下大桥的静风稳定性分析时，应更注重静风响应最大值点而不是跨中处；非均匀风攻角下大桥的静风失稳临界风速要远低于均匀风攻角的静风失稳临界风速，且其静风稳定性能主要受最大风攻角而不是主跨部分非均匀风攻角的平均值来控制；非均匀风速下大桥的静风失稳临界风速主要由主跨部分的风速平均值和最大值共同影响；主梁的竖向位移和扭转角形状主要由风攻角因素来控制，而横向位移的变化规律相对较独立，其形状基本上以跨中线对称，且其值主要由风速因素来决定。     

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。     

抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风失稳模式的影响

为研究抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风稳定性的影响,采用风洞试验获取大攻角区间主梁静三分力系数.结合有限元数值模拟计算方法,运用双层迭代算法同步计入悬索桥几何非线性与静风荷载非线性,对420 m主跨人行悬索桥进行了非线性静风响应全过程分析,得到了非线性静风失稳临界风速以及静风位移响应与应力响应.综合分析结果表明:抗风缆...     

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。     

大跨斜拉桥非线性静风失稳全过程分析

为探讨大跨度斜拉桥非线性静风失稳的全过程特性,以某在建的斜拉桥为实例,重点分析了增量与内外双重迭代搜索法求解静风失稳全过程的实现原理及失稳变形全过程的物理特性。分析结果表明:静风失稳临界风速及失稳形态与静风初始攻角位置处的三分力系数值和三分力系数曲线斜率大小有关。初始攻角位置处升力矩系数值的正、负值决定了失稳求解过程中有效攻角迭代的正、负变化方向,进而影响升力系数和阻力系数的取值。升力矩系数曲线斜率越大,失稳临界风速反而越小;当初始攻角位于三分力系数曲线中正升力矩系数值最小和负升力矩系数值最大对应的攻角时,静风失稳临界风速分别在不同扭转方向达到最大值,且随着初始攻角的改变,即相应有效迭代攻角位置升力矩系数绝对值的增大,失稳临界风速在不同的扭转方向上均呈递减趋势。     

悬索桥施工猫道静风失稳机理分析

采用风洞试验和程序分析相结合的方法分析猫道的静风失稳机理;根据节段模型静力三分力风洞试验结果对猫道有限元模型加载,进行猫道非线性静风响应计算,分析猫道承重绳张力和位移随风速变化。计算结果表明,猫道发生静力扭转失稳的原因是空气力矩的作用使猫道面层处于正攻角,当风攻角较小时,升力系数可能为负值,即升力方向向下,风攻角逐渐增大时,升力系数转为正值,大小随风攻角的增大而增大。当风速提高同时攻角增大到一定程度时,向上的升力使部分承重绳的张力产生松弛,猫道扭转刚度减小,不能抵抗空气力矩的作用,导致猫道扭转失稳。     

考虑雷诺数效应的桥梁静风稳定分析

在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,引用大跨度桥梁非线性静风稳定分析理论,采用增量双重迭代搜索法对大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定分析,并编制了相应的计算程序。分别计算了苏通大桥在低、高雷诺数下的空气静力稳定性。对比计算结果发现,雷诺数效应对桥梁静风失稳临界风速有较大影响,高雷诺数下的静风失稳临界风速比低雷诺数的静风失稳临界风速低,并结合高、低雷诺数下三分力系数曲线形状差异,分析了在雷诺数效应下桥梁跨中断面侧向位移、竖向位移、转角响应随风速的变化。     

大跨悬索桥非线性静风稳定性分析

对大跨悬索桥的非线性静风稳定性研究考虑了以下3种效应的影响:1)非线性位移相关风载;2)几何非线性;3)材料非线性。风静动力系数为有效攻角的函数,而有效攻角随主梁变形而变化,所以位移相关风载是非线性的;通过采用几何刚度矩阵可以考虑侧向弯扭屈曲、扭转发散及弯扭耦合失稳;采用塑性铰理论进行材料非线性分析。笔者使用有限元法建立风致静力失稳的分析模型,建模过程中同时考虑了非线性位移相关风载、几何非线性及材料非线性。最后,采用文中所提方法分析了主跨1 990 m的明石海峡大桥。分析结果表明:影响大跨悬索桥静风稳定性的主要因素即为上述提到的3个方面,并且,其非线性静风失稳临界风速低于弹性颤振临界风速。     

山区峡谷大跨度人行悬索桥抗风性能试验研究

为研究山区峡谷大跨度人行悬索桥的抗风性能,以一座跨度为389 m的人行悬索桥为背景开展风洞试验研究.首先采用地形模型风洞试验获得加劲梁设计基准风速、静阵风风速和颤振检验风速;然后采用节段模型测力风洞试验测得加劲梁气动力系数随风攻角的变化规律,采用节段模型测振风洞试验测得加劲梁在风荷载作用下的竖向位移根方差及扭转角根方差...     

港珠澳大桥青州航道桥抗风性能研究

为了检验港珠澳大桥青州航道桥的风致稳定性,对其抗风性能进行研究。采用主梁节段模型风洞试验研究主梁的涡振性能和颤振性能,采用桥塔气弹模型风洞试验研究桥塔自立状态的驰振性能和涡振性能,采用ANSYS软件进行全桥有限元分析研究该桥的静风稳定性。结果表明:港珠澳大桥青州航道桥主梁原始断面和增加风嘴断面涡振性能不满足规范要求,在人行道栏杆上方增设抑流板后涡振性能满足要求;主梁原始断面和增加风嘴断面满足颤振稳定性要求,增加抑流板断面在+5°风攻角下的颤振稳定性不满足要求;桥塔的驰振性能满足要求;均匀流场和紊流场下,桥塔仅在风偏角较小时出现扭转涡振;各初始风攻角下,该桥的静风稳定临界风速均远大于静风失稳检验风速,静风稳定性满足规范要求。     

大跨度斜拉桥的静风失稳特性

大跨度桥梁发生静风失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速.结合斜拉桥的结构特点,探讨了已有的非线性失稳分析方法,提出了一种静风失稳的复合标准判断方法,基于MSC.MARC和Python脚本语言,综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性影响,探讨了大跨度斜拉桥空气静力失稳特性.结果表明:升力系数和力矩系数在大跨桥梁静力失...     

随机风、车流联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性研究

为了研究随机风、车流荷载联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性,基于元胞自动机原理建立了随机交通流模型,采用平稳高斯过程模拟风荷载,同时考虑随机风、车流与桥梁的相互作用,利用ANSYS和MATLAB混合编程技术建立了风-车-桥空间耦合振动分析平台,并基于该平台对随机风、车流荷载单独作用以及联合作用下某大跨公路悬索桥加劲梁的纵向位移时程、纵向位移极值和纵向累积位移等特性进行了深入的研究。研究结果表明：低风速下（5 m·s^-1）由单风引起的加劲梁纵向位移极值要远小于由单车（流）引起的加劲梁纵向位移极值（不足5.0%）。当风速增加至20 m·s^-1时,风致加劲梁纵向位移极值分别为稀疏交通流和轻微拥堵交通流引起加劲梁纵向位移极值的57.7%和24.2%。此外,还发现风-车-桥耦合效应显著,若不考虑风-车-桥耦合效应的影响而采取单个荷载效应线性叠加的方法,将明显低估加劲梁纵向位移的极值响应。风荷载单独作用下加劲梁纵向位移极值的概率分布均服从对数正态分布;车流荷载单独作用以及风、车流荷载联合作用下加劲梁纵向位移极值的概率分布均服从广义极值分布。虽然风荷载对加劲梁纵向位移极值的贡献与车流荷载相比要小很多,但由于风致加劲梁纵向振动的频率较高,风荷载对加劲梁纵向累积位移的贡献要比对纵向位移极值的贡献显著。     

湛江海湾大桥侧风非线性分析

以湛江海湾大桥为工程背景,在综合考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素影响的基础上,计及风速沿桥梁结构高度的变化,编制了相应的静风非线性有限元计算程序,对其进行静风非线性稳定分析。并探讨了静风荷载非线性程度、风速空间分布非均匀性等因素对大跨度斜拉桥静风失稳临界速度的影响。     

山区窄幅悬索桥静风稳定影响参数分析

窄幅悬索桥较窄的加劲梁尺寸使得结构轻柔化特征更加突出,其静风稳定问题愈发显现。该文以某山区峡谷处窄幅悬索桥为背景工程,考虑结构及荷载非线性影响进行了不同攻角下的静风稳定分析,探明主缆系统刚度的弱化是静风失稳的重要影响因素。研究了不均匀风场分布对静风稳定性能的影响,同时对主缆垂跨比、主梁宽跨比以及主梁重量等结构参数对静风稳定的影响进行了对比分析。     

钢桥塔与塔吊联合体系风荷载效应研究

施工阶段的钢桥塔属于典型的高柔结构,由于缺乏缆索的支撑作用,其低刚度可能会引起过大的结构位移响应。针对带塔吊钢桥塔联合体系静风荷载及响应,比较了《公路桥梁抗风设计规范》、《起重机设计规范》所提供的计算方法和计算流体力学(CFD)虚拟风洞技术的计算结果。通过对比可知,与CFD数值的计算结果相比,按照规范计算的联合体系部分位移响应极值偏于不安全;布置在钢桥塔顺桥向方向的塔吊,对桥塔顺桥向风荷载有一定的放大影响;根据CFD计算结果,可以得出风向对联合体系风荷载存在明显的影响。     

武汉阳逻长江大桥施工猫道抗风稳定性分析

研究了武汉阳逻长江大桥施工猫道在极限风荷载下的稳定性及动力稳定性。采用悬索桥的静风稳定公式计算了猫道静风失稳临界风速,设计超松驰迭代法进行了猫道静风失稳的非线性有限元分析验算,并估算了该猫道颤振临界风速。计算分析表明,该猫道的静、动力抗风稳定性满足要求,并据此提出了三种工程抑振措施。     

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、材料以及静风荷我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。     

风荷载作用下悬索桥受力分析与静风稳定性研究

风荷载是桥梁结构设计过程中需要考虑的重要因素之一,特别是对于山区跨峡谷等特殊地形,桥址所在地区风速和风向变化大,在其结构安全性验算环节必须要考虑风荷载对桥梁结构受力的影响。以吉茶高速公路矮寨特大悬索桥为例,对桥址区风速风向进行观测,建立风速概率密度曲线并对观测结果作了分析;利用ANSYS有限元模型,根据桥址处的风速和设计参数计算研究了静风荷载对桥梁主要构件内力的影响,同时对桥梁静风稳定性进行了基于三维非线性优化理论的验算。     

粉房湾长江大桥节段模型风洞试验

粉房湾长江大桥为双塔双索面半飘浮体系斜拉桥,为检验该桥在强风下的颤振稳定性及在常遇风速下的涡激振动性能,对该桥动力特性进行计算并按照1∶45.8的几何缩尺比制作6个标准主梁节段模型进行风洞试验,针对试验结果提出在主梁风嘴边桁处设置导流板的制振措施.计算和试验结果表明,该桥结构刚度大、振动频率高,在检验风速范围内不会发生颤振失稳和静风失稳,满足抗风设计要求;通过在主梁风嘴边桁处设置导流板,能够实现对桥梁涡激共振的有效控制,使其满足规范要求.