桥梁断面形式对三分力系数影响的数值研究

大跨度桥梁主梁断面的气动选型是其抗风设计与研究的一个十分重要的问题,随着计算机科技的不断发展,在桥梁抗风领域,由于风洞实验成本高,周期长等缺点,数值风洞越来越被人们重视。所谓数值风洞,就是运用流体力学相关原理,利用计算机软件对现实中的风环境进行模拟的一门学科。利用ANSYS13.0中的Fluent模块,分别对钝头型箱梁、带斜腹板箱梁、扁平箱梁进行了计算机数值模拟。在相同风速作用下,比较三种不同断面周围的压强和速度分布,三分力系数,初步确定抗风性能较好的断面类型。     

单箱多室鱼腹形截面混凝土连续箱梁的剪力滞效应

鱼腹形箱梁的受力较普通箱梁更为复杂,其剪力滞效应或翼缘的有效分布宽度能否沿用普通箱梁的取值值得重新审视。该文以某两跨鱼腹形截面连续箱梁桥为工程背景,采用空间实体有限元法,对比分析了鱼腹形箱梁与相应普通箱梁的剪力滞效应。结果表明:集中荷载和均布荷载作用下,鱼腹形箱梁除中支点截面边腹板处受拉顶板局部剪力滞系数与普通箱梁相差较大外,其余位置处两类箱梁的剪力滞系数相近;鱼腹形箱梁底板的有效宽度系数较顶板的相应值偏大,可偏安全地按顶板的相应值取用;对比两类箱梁的有效宽度系数可知,鱼腹形箱梁各跨中部梁段的ρ_s系数可以采用规范针对普通截面箱梁的相应值,而ρ_f系数不宜沿用规范计算值,为应用方便,文中提出了ρ_f系数计算的解析式。     

桥梁闭口箱梁三分力数值识别中的湍流模型比选

对以苏通桥断面为例的桥梁闭口箱梁模型进行了三分力系数CFD数值识别。分别采用不同湍流模型及近壁条件进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较。同时使用层流模型采用加密网格进行数值模拟,对不同湍流模型模拟结果进行压力等值线的比较,通过识别得到的三分力系数和压力等值线,确定出闭口箱梁绕流数值计算最合理的湍流模型。     

空间曲塔大跨斜拉桥抗风性能研究

跨江大桥跨径较大,桥位风速较高,抗风问题至关重要。随着桥梁造型逐渐复杂,规范中一般公式无法适用其抗风计算,因此针对某主跨为238 m的跨江空间曲塔斜拉桥的抗风性能进行了研究。研究内容包括：利用虚拟风洞试验技术获取了主梁的静气动力系数、气动导数以及桥塔分段的模拟风荷载;利用三维颤振稳定性分析方法检验了主梁颤振性能;对主梁的涡激共振进行了数值模拟,得到了不同风攻角下的振幅-风速曲线;分析了结构静风荷载下的位移响应。结果表明,该桥主体结构的抗风性能均满足规范要求。     

混凝土连续宽箱梁桥横向偏载效应试验研究

预应力混凝土连续宽箱梁桥广泛应用于当前桥梁建设中,但因其宽跨比较大,在偏载作用下,需要合理确定偏载增大系数。该文结合某两跨连续宽箱梁桥,分别建立了空间梁单元模型和实体单元模型,梁单元模型采用经验系数法考虑偏载效应,对偏载作用下的受力进行了分析,将理论计算结果与静载试验值进行了对比分析。结果表明:实体有限元模型的计算结果与实测值接近,各测试截面的偏载增大系数相差在7%以内,梁单元模型计算的跨中最大位移比实测值偏小10%,中支点处最大压应变偏小18.6%,故对宽箱梁桥设计宜采用实体模型计算偏载增大系数或进行受力分析。     

主梁断面形式对大跨斜拉桥风致稳定性的影响研究

为了解主梁气动外形对大跨度斜拉桥静风稳定性和颤振稳定性的影响,以某主跨2×1 500m的三塔双索面斜拉桥为背景,采用风洞试验和数值计算相结合的方法对比分离箱梁、桁架梁和闭口箱梁3种典型主梁断面形式下桥梁的静风稳定性和颤振稳定性。结果表明:分离箱梁断面的静风稳定性和颤振稳定性均优于闭口箱梁和桁架梁断面;对于分离箱梁和桁架梁断面,各风攻角下均先出现静风失稳,静风失稳控制抗风设计;对于闭口箱梁断面,+3°风攻角下首先出现颤振失稳,-3°和0°风攻角下首先出现静风失稳。     

钢板组合梁斜拉桥主梁抗风设计研究及应对措施

结合樟树赣江二桥主桥400m主跨双塔斜拉桥,从设计师角度梳理了钢板组合梁斜拉桥主梁抗风设计的主要内容和工作流程,对该类型桥梁的抗风性能和抗风措施进行了说明,并利用规范方法对颤振和涡激共振相关参数进行计算。通过风洞试验,研究了原设计断面及设有气动措施断面的颤振和涡振性能,分析了裙板、水平导流板、风嘴、扰流板和下稳定板等单种或两种组合设置时的涡激共振减振效果,给出了扰流板和下稳定板联合使用的推荐方案。考虑到原设计断面在紊流场下抗风性能可满足规范要求,以及涡激共振发生风速比桥位处常遇风速高很多的特点,从合理性角度出发,设计中采取了预留抗风措施的对策。     

双边钢箱钢-混组合梁静力三分力系数分析

抗风性能是桥梁设计中的要点,主梁断面静力三分力系数分析是斜拉桥抗风研究的基础,但未见双边钢箱钢-混组合梁断面的相关研究。文中基于计算流体动力学(CFD)技术,对某黄河特大桥主梁断面静力三分力系数开展研究,分析CFD模拟时不同网格精度对静力三分力系数的影响。结果表明,采用CFD技术可有效识别斜拉桥的主梁静力三分力系数;仅改变网格精度,三分力系数变化不明显,阻力系数呈现变小态势,升力系数和扭矩系数呈现变大态势,但计算效率大幅降低。     

闭口箱形主梁断面三分力系数二维大涡模拟

采用二维大涡模拟方法对雷诺数为Re =3.73×105的某大跨度斜拉桥主梁断面成桥状态和施工状态三分力系数进行了数值模拟,并与风洞试验结果进行了对比;在此基础上针对防撞护栏对桥梁主梁断面的三分力系数的影响进行了数值模拟和试验研究.结果显示:该桥主梁断面成桥状态、施工状态三分力系数数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好.风攻...     

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。     

流线型箱梁气动外形对桥梁颤振和涡振的影响

以某流线型钢箱梁断面为例,详细研究了主梁气动外形变化对桥梁颤振和涡振性能的影响.基于1∶50节段模型风洞试验,分别研究了箱梁的栏杆、检修车轨道、风嘴、导流板,以及斜腹板对桥梁颤振及涡振性能的影响.研究表明,栏杆和检修车轨道将弱化桥梁断面的气动性能,而风嘴和导流板则对桥梁的颤振和涡振性能有利.值得提出的是,在其他气动外形保持不变,而斜腹板倾角变为15°时,桥梁的颤振性能不仅获得了较大提升,且涡振现象还可得到消除.此现象的初步机理为:较小的斜腹板倾角可阻碍和廷后流线型箱梁下风侧漩涡的形成和脱落,从而显著削弱漩涡脱落对桥梁涡振和颤振的影响.详细的气动机理还有待深入研究.此点发现对于大跨度桥梁的抗风设计具有重大的参考价值和实际意义,并已经成功应用于国内多座大跨度桥梁的气动外形设计中.     

大跨斜拉桥悬臂施工期风致振动控制试验研究

大跨斜拉桥主梁双悬臂施工阶段易发生风致振动,本文以在建的某座大桥为背景采用风洞试验的方法对该桥悬臂施工期抗风措施进行研究。采用1∶200的缩尺模型比设计与制作最大双悬臂状态气弹模型,基于结构动力特性测试与大气边界层流场模拟展开试验,最后对施工抗风措施减振效果进行分析。结果表明:大桥施工抗风措施可以有效降低桥梁结构风致振动响应;试验结果与计算结果减振效率总体趋势一致。     

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷.研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相...     

大跨桥梁主梁涡激振动研究进展与思考

大跨桥梁主梁涡激振动与控制属桥梁工程核心技术难题，亦为桥梁抗风设计理论有待深入解决的关键科学问题。为推动大跨桥梁主梁涡振理论与应用研究的进一步发展，系统梳理国内外针对该问题的最新进展与前沿热点。首先总结现场实测、风洞试验、计算流体力学及理论分析4种常用研究手段及其适用条件，然后从主梁断面涡振驱动机理、涡振影响因素、三维全桥涡振计算方法及主梁涡振控制4部分回顾国内外最新研究进展，最后从试验与测试技术、理论分析、主梁涡振控制3个角度探讨大跨桥梁主梁涡振研究的发展趋势。结果表明：大跨桥梁主梁涡振研究在流体-结构耦合特性模拟、三维全桥涡振性能预测、实桥涡振控制等方面尚存在一些技术难题有待进一步探索；近年来围绕新型观测设备和试验技术、高精度气动力降阶模拟和人工智能手段、主动气动控制措施和新型被动机械措施方面出现了一些新的发展趋势，有较大的细化和深入研究的空间。     

预应力混凝土小箱梁长期性能评估研究

以某工程长期存放的预应力混凝土小箱梁为研究对象,对小箱梁拱度值进行测量,分析小箱梁拱度值分布规律,并与理论计算结果进行对比,对偏差原因进行分析,通过静荷载试验检验梁体技术状况。结果表明,在正常使用极限状态跨中最大正弯矩作用下,结构的应力、挠度校验系数满足荷载试验规范要求,试验梁测试断面未发生开裂,处于弹性工作状态。     

Numerical Simulation on Tri-component Force Coefficient of Bridge Section

应用数值模拟方法研究桥梁断面的雷诺数效应,采用计算流体力学(CFD)软件FIUENT中的3种不同的湍流模型,即标准κ-ε模型、雷诺应力方程模型及Spalart-Allmaras模型,对流线形桥梁断面的三分力系数随雷诺数的变化进行数值模拟计算,并将数值计算结果与高雷诺数风洞试验结果进行比较.计算结果表明:数值模拟结果与风洞试验结果非常接近,阻力系数的最大误差不超过4％;升力系数的计算结果比试验结果要大,相对误差不超过3％;当雷诺数小于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果要小,雷诺数大于6.0×105时,升力矩系数的计算结果比试验结果大,计算误差不超过6％.研究进一步证实了流线型轿梁断面存在着三分力系数的雷诺数效应.对于流线型桥梁断面,宜采用标准κ-ε模型对其三分力系数进行数值模拟计算,计算结果能够符合精度要求.     

变截面连续钢箱梁桥静气动性能研究

对某大跨变截面连续钢箱梁桥跨中断面、1/4跨断面、支点断面进行了节段模型风洞测力试验,并对主梁进行了二维和三维数值模拟,通过风洞试验结合数值的方式来研究连续钢箱梁桥变截面主梁展向、腹板高度变化及梁底线形不同对于模型静三分力的影响。结果表明,腹板高度变化及梁底线形不同对连续钢箱梁桥静气动力系数有显著影响,随腹板高度增大,变截面连续钢箱梁桥阻力系数、升力系数、扭矩系数均有显著增加;在梁底线形为直线且斜率较小时,模型的静三分力不会随梁底直线斜率的变化而产生明显的变化,在风洞试验及数值模拟中可以用等截面的节段模型来代替梁底有斜率的节段模型。而当梁底直线与水平线夹角大于3°或梁底线形为二次抛物线时,计算得到的静三分力系数与等截面模型的结果相对变化量较大,故对于变截面梁在这种情况下不宜使用等截面的节段模型进行风洞试验,且应尽量采用三维流场数值模拟与实桥梁底线形相一致以提高计算精度。     

深中通道伶仃洋大桥(主跨1 666 m)抗风性能研究

伶仃洋大桥（主跨1 666 m）为深中通道的主通航孔桥，位于典型的强台风气候区，易受台风主导的极端天气影响，桥面高度处的设计基准风速高达58.6 m·s^-1，桥梁的抗风设计面临极大挑战。介绍该桥从初步设计阶段到施工图设计阶段的抗风性能研究过程，包含初步设计阶段采用节段模型风洞试验实施的多方案结构比选和施工图设计阶段通过全桥气弹模型和节段模型风洞试验优化主梁气动措施两方面内容。通过整个抗风设计流程，最终确定了结构体系、主梁形式及梁高、中央稳定板高度、栏杆透风率和检修轨道位置等综合抗风措施，在保证抗风安全的同时提高了工程经济性。对于本工程代表的超大跨度悬索桥，以多种气动和结构措施综合提升桥梁的抗风稳定性，突破了颤振设计的认识瓶颈，成功地沿用了整体式流线箱形加劲梁，回归到桥梁设计及建造兼顾经济和安全的发展本源，对于采用整体箱梁的大跨度悬索桥极限跨径的应用具有重要的示范意义。     

多跨连续梁桥荷载试验及承载力评价研究

以某城市立交的七跨连续梁桥为例,开展了成桥动、静荷载试验。根据静载试验的实测挠度和应变,计算校验系数,确定连续梁桥的实际承载能力;进行行车动载试验,确定连续梁桥的主要参与工作频率成分及实际冲击系数,并将实测冲击系数与数值模拟的冲击系数及按各国规范计算的冲击系数对比分析。研究结果表明:该多跨连续梁桥的刚度、强度及动力性能等均满足要求,桥梁性能良好,实际承载能力符合设计要求。