高墩大跨连续刚构桥最大双悬臂施工阶段抖振分析

笔者提出一种改进的谐波合成法,利用该方法仿真得到桥位处的脉动风时程。基于Miyata T准定常气动力模型,在Ansys中引入自激力的影响,对北山特大桥最大双悬臂施工阶段进行风致抖振时域分析,侧重研究结构线性与结构非线性对高墩大跨连续刚构桥风致抖振动力响应的影响。研究结果表明:考虑几何非线性的影响,结构抖振响应略大于线性情况下的响应;在设计基准风速下高墩大跨连续刚构桥表现出一定的几何非线性行为;将脉动风荷载作用下的结构响应值和静、阵风荷载作用结果比较,得到脉动增大系数。     

高速铁路声屏障气动特性仿真分析

基于三维粘性非稳态可压缩Navier-Stokes方程和k-ε两方程紊流模型,采用有限体积法对高速列车通过时声屏障上气体压力和气动作用力进行计算。分析了两种高度、三种形式声屏障和四种列车运行速度条件下,单车通过与会车过程中的声屏障气动特性。结果表明:列车通过时,直立板型声屏障所受单位长度气动力最小,倒L型声屏障最大,内倾45°型居中;不同类型声屏障单位长度上气动力与列车运行速度均成2次方函数关系。会车过程中作用在声屏障上气动作用力大于单车通过时相应的气动作用力。     

车辆对倒梯形钢桁梁桥风荷载影响的风洞试验研究

车辆与桥梁间显著的气动干扰随着大跨桥梁的建设和高速铁路的发展已成为人们关注的焦点,但现有研究大多以汽车或流线型高速列车和钝体简支梁为研究对象,且关注的重点往往是桥上列车的平均风荷载或列车对主梁平均三分力系数的影响。以大跨铁路常用的倒梯形钢桁梁桥为背景,对不同风攻角、车桥组合方式下车-桥系统的整体气动力进行测试,将车桥组合时桥梁受到的整体平均和脉动风荷载与单独成桥状态时的风荷载进行对比,分析横风下车-桥间气动干扰对车-桥系统所受总体气动力的影响规律,研究成果可为类似工程的风荷载取值提供参考。     

京石客专路基声屏障桩基础受力特性试验研究

用现场静载试验的方法,利用预埋钢筋计和土压力盒,进行了高速铁路路基声屏障桩基础在竖向荷载作用下的桩身应力和桩底反力的测试。重点分析声屏障桩基础在荷载作用下的沉降量和桩身内力。结果表明:对于声屏障的桩基础,采用试验时的桩长、桩径和桩身混凝土,桩基的承载力很大,桩顶荷载主要由桩周土的侧摩阻力来承担,并分析了此类桩基础承载力的影响因素,为今后进一步改进声屏障桩基础的设计提供了可供参考的试验数据和经验积累。     

高速铁路声屏障结构设计研究

以解决高速铁路的噪声问题的声屏障为研究对象,系统分析其结构形式与吸声材料特点。总结高速铁路声屏障结构设计考虑因素如噪声源、环境因素、视野及荷载因素。分析高速铁路声屏障结构设计的依据,荷载采用及荷载组合的情况。针对金属立柱插板式声屏障进行静态受力计算分析,结果表明金属立柱各项验算均满足规范要求,混凝土插板在荷载作用下的应力相对较小,具有良好的结构强度。还讨论声屏障的改进措施来提高其降噪能力、美观性等。     

小沙湾黄河特大桥风致抖振时程分析

小沙湾黄河特大桥地处峡管效应较大的风口处,是一座预应力混凝土高墩大跨连续刚构桥.以ANSYS有限元软件为分析平台,建立了该桥的成桥阶段和最大悬臂施工阶段的有限元模型.采用FORTRAN语言编制了基于Geodatis改进型谱表示法的脉动风速模拟程序.根据Dav-enpon准定常理论由模拟风速求得作用于有限元模型节点上的时程抖振力,进而对成桥阶段和最大悬臂施工阶段的风致抖振响应进行时程分析.最后对静阵风荷载和脉动风荷载作用下的结构响应值进行了比较,得到脉动增大系数.     

浅析铁路路基声屏障结构设计

铁路声屏障主要承受重力荷载和风荷载作用,从声衰减理论入手确定声屏障的高度和长度,验算在荷载作用下H型钢立柱强度、挠度和稳定性、柱脚连接强度及下部桩基承载力等指标,介绍了铁路路基声屏障设计原理。     

风屏障破坏所致风载突变对桥梁列车行车安全影响研究

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响，以某四塔公铁两用斜拉桥为背景，进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载，并通过桥梁和列车节段模型风洞试验，测得计算所需气动力系数；在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型，研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明：突风效应会导致列车横向位移达到最大值，遮风效应会使列车横向加速度达到最大值；随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加，列车动力响应随之增加；风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数，并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大；仅在风速不大于10 m/s时，列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。     

重载列车作用下隧道衬砌结构动力响应分析

以山西中南部铁路通道某既有隧道为背景，结合现场实测数据进行荷载分析，得到列车激振力函数表达式，并求得80 km/h时30 t轴重列车荷载轮轨激振力时程曲线；运用快速拉格朗日差分软件FLAC3D，建立了重载列车荷载作用下隧道三维地层-结构计算模型，得出了隧道衬砌的动力响应分布，并分析了重载列车作用下，隧道结构的薄弱部位及会车对结构产生的影响。     

双肢薄壁墩连续刚构桥平衡悬臂施工阶段的抖振时域分析

根据双肢薄壁墩悬臂结构的形式以及自然风场的相关特性,对其三维脉动风场进行简化,基于Shinozuka's谐波合成法,模拟主梁及墩的脉动风场.通过对准定常气动模型进行双变量泰勒展开,引入空间梁单元的位移插值函数导出自激力的单元气动刚度矩阵和气动阻尼矩阵,采用ANSYS中自定义单元Matrix27来模拟结构受到的自激气动力,静风力和抖振力可以直接在AN-SYS中以荷载的形式输入,提出了一套在ANSYS中实现双肢薄壁墩连续刚构桥平衡悬臂施工阶段的抖振时域分析方法.对算例的计算分析显示:该方法计算结果与频域法结果基本一致,表明该方法的正确性和实用性;双肢薄壁墩悬臂结构的动力影响很明显.     

Nonlinear analysis of wind-induced vibration of high-speed railway catenary and its influence on pantograph–catenary interaction

The wind-induced vibration of the high-speed catenary and the dynamic behaviour of the pantograph–catenary under stochastic wind field are firstly analysed. The catenary model is established based on nonlinear cable and truss elements, which can fully describe the nonlinearity of each wire and the initial configuration. The model of the aerodynamic forces acting on the messenger/contact wire is deduced by considering the effect of the vertical and horizontal fluctuating winds. The vertical and horizontal fluctuating winds are simulated by employing the Davenport and Panofsky spectrums, respectively. The aerodynamic coefficients of the contact/messenger wire are calculated through computational fluid dynamics. The wind-induced vibration response of catenary is analysed with different wind speeds and angles. Its frequency-domain characteristics are discussed using Auto Regression model. Finally, a pantograph model is introduced and the contact force of the pantograph–catenary under stochastic wind is studied. The results show that both the wind speed and the attack angle exert a significant effect on the wind-induced vibration. The existence of the groove on the contact wire cross-section leads to a significant change of the aerodynamic coefficient, which affects largely the aerodynamic forces applied on the catenary wires, as well as the vibration response. The vibration frequency with high spectral power mainly concentrates on the predominant frequency of the fluctuating wind and the natural frequency of catenary. The increase in the wind speed results in a significant deterioration of the current collection. The numerical example shows that a relatively stable current collection can be ensured when the wind flows at the relatively horizontal direction.     

基于风致抖振分析的多跨斜拉桥行人舒适性评价分析

首先,从随机风场模拟方法和抖振风荷载计算两方面介绍了风致抖振分析的基本理论;然后,以南昌市朝阳大桥为工程背景,利用MATLAB自编制程序依据上述随机风场模拟方法建立成桥阶段设计基准风速下标准断面的脉动风速模拟,将抖振惯性力公式计算所得的抖振风荷载施加在主桥模型上,对大桥的行人舒适性作出分析与评价;最后,对南昌市朝阳大桥的人非通道和观景平台提出了行人交通管控措施。     

全封闭声屏障列车活塞风压研究

以某城际轨道交通工程为例,通过CFD模拟,计算全封闭声屏障内列车行驶产生的活塞风压,作为结构设计的依据。计算中考虑单车通过、两车在声屏障端部截面交会以及截面突变处交会的不同工况。计算结果表明,在全封闭声屏障顶部设置通长1 m宽通风排烟口、车速120 km/h的条件下,列车行驶产生的活塞风压范围为-192~392 Pa。     

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。     

斜拉桥风致振动在Ansys中的实现

使用Ansys建立了某大跨度斜拉桥有限元模型,并对该斜拉桥进行动力特征分析,得到了该桥固有频率和振型;利用谐波合成法编制Matlab程序,合成了该斜拉桥的三维空间脉动风场,得到了该桥主梁和桥塔各离散点的脉动风速时程;利用各离散点的风速时程转化为有限元模型中各节点抖振力时程,并对该桥进行了抖振时域分析,得到了该桥在风荷载作用下的动力响应结果。     

关于高速车辆内部气流噪声计算方法的研究

高速车辆的气流噪声是随现代科技高度发展而产生的新问题。此文在风洞实验的基础上，分析了气流噪声向车内传播的基本途径，并采用了边界元（EBM）和统计能量分析（SEA）相结合的方法，针对桑塔纳缩尺模型，对由车外脉动压力诱发产生的模型车内气流噪声的大小进行了理论计算，跟风洞实验结果相比，吻合较好。     

悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应

为了探讨悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应问题,围绕顺桥向A字形布置混凝土桥塔(不同底部张开量)和顺桥向独柱形布置混凝土桥塔(不同塔柱截面)展开研究。利用有限元分析软件建立了2种类型桥塔的裸塔自立状态有限元模型,计算对比了桥塔刚度以及静风响应,同时采用时域分析方法计算桥塔的抖振响应,对比分析了在桥塔横向构造形式一定的前提下,不同类型方案对超高桥塔刚度和风致响应的影响。分析结果表明,顺桥向A字形桥塔的整体刚度较独柱形桥塔大;在顺桥向静风作用下,独柱形桥塔塔顶位移比A字形桥塔大得多;在顺桥向脉动风作用下,独柱形桥塔塔顶抖振位移响应的脉动程度远大于A字形桥塔。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

基于模态综合理论的斜拉桥时域抖振分析方法

基于大跨度斜拉桥风致抖振时域分析的复杂性,为提高时域分析效率,引入模态综合理论,提出一种斜拉桥抖振时域分析方法,并通过算例自编程序验证其正确性与可行性。考虑自然风的相关特性,采用谱解法将三维随机风场简化,横桥向和顺桥向风速谱采用沿高度变化的Simiu谱,竖向风速谱采用Lumley—Panofsky谱,编制程序实现大跨度斜拉桥随机风场的数值模拟,得到施加于结构上的风荷载时程。研究表明,大型结构的动力响应主要受若干低阶振型控制,因此在斜拉桥时域分析过程中引入模态综合理论,实现了抖振力和自激力的时域化过程,并且全面地考虑了气动阻尼、气动刚度和气动耦合作用的影响,有效地解决了考虑自激力的时域化过程复杂、计算代价过大的问题;最后通过编制程序对一座大跨度斜拉桥进行不同风速下的抖振时域分析,验证了其实用性。     

桥梁风工程研究的现状及展望

桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡见不鲜。随着跨径的进一步增大,桥梁结构对风的作用更加敏感,风作用下桥梁结构的抗风性能已经成为影响其设计和施工的控制因素。本文回顾了20世纪国内外桥梁风致振动理论及其控制方面的研究情况,并展望了21世纪桥梁风工程研究的重点问题。