悬索桥板式加劲梁气动稳定性试验与数值研究

基于在建的乌江大桥板式加劲梁,进行了风洞强迫振动试验和数值模拟,识别了多个攻角下的颤振导数。研究结果表明,基于合理的网格划分,采用数值模拟的方法能正确识别攻角下的颤振导数;攻角对重要的颤振导数影响明显,大攻角会对板式加劲梁的气动稳定性带来不利影响。     

不确定气动干扰效应影响下并列大跨度桥梁颤振导数识别方法

将处于自然风中一前一后并列布置的大跨度桥梁相互之间可能存在的不确定相互气动干扰处理成随机气动干扰,并归入到紊流风随机激励中,采用基于模态参数识别的随机子空间识别方法,开发了桥梁断面颤振导数识别的专用程序,并以具有理论解的Theodorsen平板为例,通过系统响应数值仿真和颤振导数识别,验证了该方法的可靠性。针对实际大跨度桥梁,设计了并列节段模型试验悬挂系统,开展了紊流风和随机气动干扰效应下的并列大跨度桥梁节段模型风洞试验,将迎风、背风侧桥梁断面的颤振导数结果与均匀流、紊流风中单个桥梁断面颤振导数值进行了对比。结果表明:背风侧桥梁对迎风侧桥梁的颤振导数影响很小,而迎风侧桥梁对背风侧桥梁的颤振导数有较大影响;该研究方法为存在这种随机气动干扰的并列大跨度桥梁颤振导数识别提供了一个较为合理的途径。     

悬挑人行道对某PK梁斜拉桥抗风性能的影响试验研究

双边箱钢主梁在大跨双索面斜拉桥中应用广泛。此类桥梁具有频率低、阻尼小、质量相对较轻的特点,其抗风稳定性是桥梁建设必须解决的关键问题。该文以在建平容高速公路上主跨636 m平南特大斜拉桥为工程背景,建立桥梁有限元空间模型并分析结构模态特征,开展了主梁节段模型弹性悬挂涡振和颤振风洞试验,研究悬挑人行道对双边箱主梁抗风性能的影响。试验结果表明：(1)平南特大桥双边箱主梁具有良好的涡振性能,试验中未观测到涡激振动现象;(2)悬挑人行道提高了桥梁的颤振稳定性,有利于桥梁抗风安全。     

扁平箱梁颤振后状态的振幅依存性研究

以舟岱通道大桥扁平箱梁断面为对象，通过节段模型风洞试验详细测试了该断面在风速超过颤振临界点后，振幅随风速变化的颤振后振动特性。基于变振幅的运动时程，阐释了气动阻尼、相位差及颤振导数等参数的振幅依存特性，提出了变振幅条件下的各参数的识别方法，指出了影响扁平箱梁颤振后特性的主要因素，并利用耦合颤振闭合解法进行了验证。研究结果表明：扁平箱梁在颤振后的振动过程中，气动阻尼具有明显的振幅依存性，相位差的振幅依存性较弱，振幅比基本不具有振幅依存性；颤振导数A₂^*随振幅变化而显著变化，是影响气动阻尼改变的最主要因素，其余颤振导数具有一定的振幅依存性，但对气动阻尼的影响较小。最后从气动阻尼随振幅变化的角度初步阐释了扁平箱梁在颤振后发生不同振动现象的动力学机理，并从气动阻尼曲线存在多个零点的角度解释了扁平箱梁在同一风速下具有多个稳定振幅点的可能性。     

气动力矩阵和气动导数对桥梁颤振稳定性的影响

采用集中气动力矩阵和一致气动力矩阵2种不同形式的气动力矩阵,并利用4种不同截面的气动导数研究了气动力矩阵对颤振临界状态的影响;采用理想平板的气动导数研究了各气动导数对颤振临界状态的影响。结果表明:采用集中气动力矩阵可降低颤振临界风速,使结果偏于保守;各气动导数对量纲一的风速和颤振临界风速均有一定影响,而对颤振频率影响较小,从而进一步证实了采用流线型断面形式的桥梁,其颤振形态是弯扭耦合的经典颤振。     

峡谷底斜拉桥抗风性能改善试验研究

采用节段模型风洞试验的方法对某峡谷底斜拉桥---西藏迫龙沟斜拉桥的抗风性能进行了改善研究。首先,借助于地形风洞试验结果获得了桥位处风攻角和风偏角大小,并确定了大桥颤振检验风速和颤振试验的风攻角范围;然后,考察了大桥原方案的颤振稳定性并通过气动措施改善了原方案的颤振性能;最后检验了施加气动措施前后大桥涡激共振特性。研究结果表明：峡谷底大跨度桥梁的设计基准高度可参照桥面高度确定,但有必要进行地形试验确定桥位处风攻角和风偏角的实际情况;迫龙沟大桥颤振稳定性出现了＆#177;3＆#176;和0＆#176;风攻角下满足要求而5＆#176;风攻角下不满足要求的现象,因此峡谷底大跨度桥梁颤振稳定性检验只进行《规范》建议的风攻角试验可能存在安全隐患;颤振性能改善措施选取时,应考虑斜风的不利影响,确保大桥有足够的颤振稳定性安全储备。     

特大跨径桁架加劲梁桥颤振稳定性气动优化措施风洞试验研究

以某特大跨径桁架加劲梁悬索桥为例,利用节段模型风洞试验,探讨研究桥面板中央开槽孔、加裙板、气动翼扳等各种气动控制措施对颤振临界风速的影响。试验结果表明,桥面板中央开槽、设置裙板、气动翼板都能够使桁架加劲梁桥颤振稳定性得到改善,但是都不能使各个攻角下的颤振临界风速都有所提高。气动翼板和桥面板中央开槽组合气动措施,且气动翼板的安装位置在桁架加劲梁弦杆,是最优化气动措施组合,可为类似大跨度桁架加劲梁桥抗风设计做参考。     

大跨度桥梁抗风设计常用气动措施分析

为提高大跨度桥梁的抗风性能,对该类桥梁抑制涡激共振和提高颤振稳定性的常用气动措施及其机理进行初步分析。桥梁涡激共振和颤振稳定性与旋涡的产生和漂移有关,因此气动优化的一般原则是改善结构迎风面和背风面的气动外形以延缓或避免流动分离、减小分离涡尺度、阻碍旋涡漂移路径。抑制桥梁涡激振动一般采用设置倒角、安装风嘴和优化风嘴形状、安装导流板等气动措施;提高桥梁颤振稳定性一般采用安装风嘴和优化风嘴形状、安装稳定板和气动翼板等气动措施。研究表明采用气动措施后,大跨度桥梁的气动性能得到改善。     

拉条模型风洞试验测量桥梁颤振导数的理论与方法

颤振导数的测量在桥梁抗风设计中占有非常重要的地位，是预测桥梁颤振稳定性和计算抖振力的基础，其通常通过节段模型试验模拟主梁振动折减频率进行模态识别而得到的。本文讨论了通过拉条模型试验，用自由振动法测量颤振导数的理论过程，并探讨在全桥模型中使用自由振动法测量颤振导数的可行性。     

桥梁颤振导数识别及颤振分析的不确定性研究

由于风洞试验和理论模型的各种不确定性，通过风洞试验获得的颤振导数及相应的颤振临界风速存在不确定性。为了量化这些不确定性，提出了一种创新的近似贝叶斯方法。该方法通过抽样和模拟来近似表达似然函数，从而实现颤振导数的准确识别和不确定性量化。同时，还研究了颤振导数不确定性在颤振分析中的传播情况。采用子集模拟技术与近似贝叶斯方法相结合，以提高参数后验样本的抽样效率。该方法不仅能够获得颤振导数和颤振临界风速的最优估计，还能获得其后验概率分布。通过理想平板数值模拟和实桥主梁断面风洞试验，验证了该方法的有效性，并将其与传统最小二乘法进行了比较。研究结果显示：该方法得到的颤振导数最优估计与最小二乘法结果非常接近；在低风速下，所有导数的不确定性都较小，而在中高风速情况下，大多数导数都具有较大的不确定性，尤其是接近颤振临界风速时，所有导数的不确定性均较大；颤振导数的不确定性会在颤振分析中传播，导致颤振临界风速也存在较大的不确定性。所提出的近似贝叶斯方法能够准确识别颤振导数，并量化其不确定性，从而实现桥梁颤振性能的概率性评价；为桥梁颤振分析提供了新的思路，为确保桥梁的抗风安全提供了有力支持。     

张靖皋北航道桥主梁气动选型研究

张靖皋长江大桥北航道桥为主跨长1208 m、主梁宽47.7 m的大跨径钢箱梁悬索桥。桥梁跨度大、主梁宽高比大,导致该桥对风的作用极为敏感。为有效提高该桥的涡振稳定性和颤振稳定性,采用1:50节段模型风洞试验,对多种气动抑振措施组合进行了研究。试验对比了不同气动措施,包括检修车轨道、导流板、上中央稳定板、水平稳定板和检修道栏杆对涡振性能的影响,同时验证了相对应的颤振稳定性,最终确定了一个可以在各风攻角下完全消除主梁涡振、并满足颤振设计要求的气动抑振组合措施。研究成果对采用整体箱梁的大跨度悬索桥的气动性能设计具有重要的参考意义。     

大跨高低塔斜拉桥抗风性能试验研究

为了研究大跨高低塔斜拉桥抗风性能,以顺德斜拉桥为工程背景,通过节段模型风洞试验研究桥梁的涡振、颤振性能,并分析桥梁的静风响应性,研究发现：较小的风嘴有利于抑制和减小流线型箱梁的涡振振幅,且不影响颤振稳定性;大桥静风响应随风速变化具有显著的非线性特点,来流风攻角对静风响应影响较小。该研究可为大跨高低塔斜拉桥抗风性能研究提供科学依据和参考。     

大跨度悬索桥的颤振稳定性研究

颤振稳定性是大跨度悬索桥设计中倍受关注的重要问题。运用大跨度桥梁的三维非线性颤振分析方法,以润扬长江大桥为背景,对影响悬索桥颤振稳定性的一些设计参数如桥跨布置、矢跨比、边主跨比、加劲梁的高度、恒载集度及其支承体系等进行了分析,指出了影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要设计参数,并探讨了具有良好抗风性能的大跨度悬索桥合理结构体系。     

大跨窄悬索桥抗风措施及其优化研究

在介绍新疆赛吾迭格尔桥梁为工程背景的基础上,提高了悬索桥颤振临界风速的各类抗风措施,研究了适合大跨窄悬索桥的抗风稳定性设计,并对所采取的结构措施进行了优化,确定了综合抗风措施。通过进行节段模型风洞试验和全模态颤振分析,结果表明通过采用抗风缆、中央扣、桥面栏杆参与主梁刚度等结构抗风措施可明显提高大跨窄悬索桥的加劲梁刚度和扭转基频,可明显提高大跨窄钢桁架悬索桥的颤振临界风速。研究表明,桥梁抗风措施的选择,首先要考虑适合该桥使用功能,符合建桥的经济条件,同时参考相关桥型的抗风设计经验,确定初步抗风措施,接着进行动力特性分析,优化所选方案,最后通过风洞试验确定该抗风措施的有效性。     

钢桁梁断面大幅后颤振结构和气动阻尼非线性特性风洞试验

通过大振幅的自由振动风洞试验，研究典型钢桁主梁断面节段模型单自由度扭转和两自由度竖向扭转系统的后颤振特性，量化结构和气动阻尼随振幅的非线性演化规律，并从该角度揭示钢桁主梁断面发生极限环颤振的机制；通过对比单自由度和两自由度系统的颤振行为，分析了竖向自由度对非线性极限环颤振的影响，并揭示其影响机制。此外，进一步探究了结构阻尼和弯扭频率比对非线性极限环颤振的影响。研究结果表明：结构阻尼和气动阻尼对振幅的依赖性是诱发非线性极限环颤振的主要原因；相对单自由度系统，竖向自由度的参与向两自由度系统引入了一个偏线性的竖向耦合气动负阻尼，会降低系统的稳定性，使得两自由度系统的颤振临界风速低于单自由度系统，同时也使得极限环颤振振幅大于单自由度系统，因此颤振分析中不可随意忽略竖向自由度；增加结构阻尼能够显著提升钢桁主梁断面的颤振临界风速，并降低后颤振极限环振动的振幅。     

矮寨特大桥钢桁梁悬索桥颤振稳定性能研究

以湖南湘西矮寨特大桥建设方案为依托,通过风洞试验详细研究了该桥的颤振稳定性能,以确保该桥的抗风稳定性和安全性.试验基于比例为1:500的桥址山区地形模型,研究了桥位处的风环境特性,通过弹性悬挂节段模型试验测试了主梁断面的颤振稳定性,并对主梁断面进行了气动性能优化且考察了人行观光通道对其颤振性能的影响.结果表明:原设计断...     

厦漳跨海大桥颤振稳定性试验研究

对厦漳跨海大桥初步设计方案中的北汊主桥成桥状态及施工状态进行节段模型风洞试验研究,研究不同的气动外形对颤振临界风速的影响,并根据空气动力学、桥梁风工程等原理给出一定的解释,可为同类桥梁的抗风设计提供参考.     

扁平箱梁颤振计算公式中联合折减系数的量化研究

扁平箱梁已广泛应用于大跨度桥梁的主梁设计中，其颤振性能通常会借助物理和数值风洞的方法获得，测试周期长、费用高。尽管采用颤振计算公式可以简便计算扁平箱梁的颤振临界风速，但当前公式中未考虑扁平箱梁气动外形和来流攻角的具体影响，计算误差较大，无法用于实际工程设计。为了提升颤振计算公式中联合折减系数的准确度，利用节段模型风洞试验开展气动外形和风攻角对扁平箱梁颤振性能影响的研究。在分析各种气动构件和外形参数对扁平箱梁颤振性能的影响后，确定以斜腹板倾角和宽高比为气动外形变量，设计制作3组12个节段模型，分别在5个风攻角下测试了有栏杆扁平箱梁的颤振性能。在此基础上，根据节段模型风洞试验获得的颤振临界风速，结合弯扭耦合颤振闭合解计算公式，量化了气动外形和风攻角变化对扁平箱梁颤振的影响，给出不同条件下扁平箱梁颤振计算公式中的联合折减系数。最后，基于实际桥梁的颤振临界风速算例，验证利用联合折减系数计算颤振临界风速的准确性和适用性。研究结果表明：在0°风攻角和正风攻角下，当扁平箱梁的宽高比分别为11，9时，斜腹板倾角的减小有利于颤振临界风速提高，宽高比为7时，斜腹板倾角对颤振临界风速没有影响；在负风攻角下，3组宽高比模型斜腹板倾角的减小均会引起扁平箱梁颤振临界风速的降低；联合折减系数与扁平箱梁截面的颤振性能正相关，可直接反映其颤振性能，相对于目前《公路桥梁抗风设计规范》中扁平箱梁颤振临界风速计算时的固定折减系数，该系数能够具体和准确反映气动外形和风攻角对扁平箱梁颤振的影响，可以结合颤振计算公式快速、准确地计算出大跨度桥梁颤振临界风速。     

大攻角下超大跨度斜拉桥颤振性能节段模型风洞试验

为了研究一座1 400 m跨径流线型闭口箱梁断面斜拉桥的颤振性能，根据其风致静力失稳或颤振前主梁最大有效风攻角已接近±10°的特点，通过弹簧悬挂节段模型试验，开展了大攻角下桥梁颤振性能研究。试验发现，在4°~10°风攻角下，高风速时模型均出现了弯扭耦合程度较弱的自限幅非线性颤振现象；而在其他攻角下，高风速时模型则表现为常规的发散型弯扭耦合颤振。研究发现，经典的线性颤振理论无法适用于研究试验中大攻角下出现的非线性颤振现象。因此，采用了一种简化的非线性半经验数学模型来表示非线性颤振中的自激扭矩，并从试验模型颤振位移时程中识别得到了模型参数。基于这一非线性自激力模型，通过试验测得的位移信号来构造自激扭矩时程，再利用自激扭矩的做功时程来识别各个气动参数。之后，利用其中的部分气动参数构造气动阻尼，并基于结构阻尼系数与气动线性阻尼系数之和为零的判断条件，提出了一种针对非线性颤振现象的临界风速确定方法，同时将线性和非线性颤振的起振判断条件进行了很好的统一。研究结果表明，利用这一方法求得的颤振临界风速与风洞试验中出现的现象基本吻合。     

气动翼板抑制悬索桥颤振的物理机理

从能量的角度研究气动翼板控制悬索桥颤振的物理机理。基于弯扭二模态耦合颤振系统,分别推导了气流由主梁和一对气动翼板输入系统的能量以及结构阻尼耗散能量的表达式。以某跨海方案桥为例进行了研究,结果表明：气动翼板能有效耗散气流由主梁输入系统的能量,桥梁颤振临界风速提高达30％。