基于风洞试验的变截面圆灯柱涡激振动与影响因素研究

为了研究某实桥变截面圆灯柱发生的风致二阶振动现象，采用多段薄壁空心铝管焊接并覆盖泡沫管和柔性PVC薄膜的方法，设计制作了满足相似比要求的变截面灯柱气弹模型，解决了低质量比、低阻尼比变截面细长结构风洞试验不便模拟的问题。通过风洞试验，采用非接触式视频测量位移系统和眼镜蛇探针测试了不同风速下灯柱位移响应和尾流风速，重现了灯柱的二阶振动现象，通过分析确定其为涡激振动；采用傅里叶变换和小波分析研究了变截面灯柱的涡脱频率和涡激振动时频特性；开展了不同焊缝位置对灯柱涡激振动影响研究，分析了3种不同螺旋线布置方式对灯柱涡激振动的抑制效果。研究结果表明：灯柱在涡激振动锁定区内发生单一模态的涡激振动，运动轨迹为清晰的椭圆形，而在锁定区外发生多模态振动；变截面灯柱中部存在一定长度的控制区域，当中部控制区域涡脱频率接近结构固有频率时即发生涡激振动锁定现象，当中部控制区域脱离锁定频率，此时圆柱的涡激振动响应迅速降低；灯柱涡激振动响应受焊缝的位置影响显著，不同的焊缝位置可能抑制或者增强涡激振动；8 cm螺距双螺旋线能够有效控制灯柱模型涡激振动响应。     

湛江调顺跨海特大桥桥塔牌匾抗风性能研究

湛江调顺跨海特大桥主桥为(147.5+296+147.5) m钢箱组合梁斜拉桥,门形桥塔高136.916 m,塔顶设高约13 m装饰性牌匾,牌匾左、右侧各设置9道竖向装饰立柱。立柱为气动外形较钝的柔性结构,为确保桥塔牌匾在运营期的抗风安全性,首先采用有限元法分析牌匾的动力特性,然后进行缩尺比1∶10的牌匾气动弹性模型风洞试验,分析"H"形和矩形断面立柱在不同风偏角下的涡激振动和驰振性能。结果表明:"H"形断面立柱振动频率低,在常遇风速下发生了明显的涡激振动,立柱底部应力幅大,会影响牌匾抗疲劳性能;2种断面立柱均未发生驰振,与"H"形断面立柱相比,矩形断面立柱振动频率明显提高,在试验风速内虽然发生了涡激振动,但应力幅小,满足抗疲劳要求;优化后的矩形断面宽度由中部0.24 m渐变到端部0.35 m,一阶侧弯涡激振动起振风速提高至37.51 m/s,抗风安全性大幅提高,桥塔牌匾竖向装饰立柱采用优化后的矩形断面。     

基于改进尾流振子模型的超长拉索涡激振动特性数值研究

为了研究大跨度斜拉桥超长拉索在不同流场特性下的高阶多模态涡激振动问题，以牛顿定律为基础，建立了考虑张力变化以及垂度效应的拉索结构振子方程，引入改进的Van Der Pol式尾流振子模型，以加速度耦合两非线性振子，提出了一种简便的拉索涡激振动流固耦合预报模型；采用二阶中心差分法，对两振子方程在空间域和时间域进行离散迭代求解，编制了拉索涡激振动的MATLAB计算程序，并验证了其可靠性。该方法为研究拉索涡激振动提供了一种新思路，可解决风洞试验和数值软件（CFD）不便模拟大长细比拉索结构的问题。基于提出的预报模型，以1根330 m超长拉索为研究对象，分析了拉索多模态涡激振动特性，探讨了不同流场特性对拉索涡激振动的影响。研究结果表明：均匀流作用下，拉索发生涡激锁定现象，以单一模态发生振动，随着风速的增加，拉索涡激锁定区间增大而最大振幅不发生改变；剪切流作用下，拉索发生多模态涡激振动，位移响应呈现"拍"的特点，振动频率分布在Strouhal涡脱频率范围内，存在2个或3个主导频率，主导频率全程参与振动，非主导频率间歇参与振动；拉索多模态涡激振动位移响应表现为行波-驻波并存的状态，随着风剖面指数的增加，涡激振动行波效应显著。     

半开口式分离双箱梁涡振机理试验研究

半开口式分离双箱梁流线形断面是大跨桥梁较为常见的一种断面形式;然而,既有研究结果表明:半开口式分离双箱梁容易发生涡激共振;尽管涡激共振不会导致桥梁直接损毁,但是由于其起振风速低,发生频繁,容易造成结构疲劳损伤,并严重影响车辆和行人的舒适性。因此,亟需对该种断面形式的涡激共振的激振机理开展深入研究,以便寻找合理的减振/抑振措施。该文以广东佛山同济大桥主桥为工程背景,开展半开口式分离双箱梁节段模型涡激共振风洞试验,采用扫描阀测压研究了模型表面风压分布规律;通过数值积分方法计算了模型三分力系数时程曲线;进一步对三分力系数进行频谱分析,发现当模型处于+3°攻角时,升力系数具有显著的周期性;当升力系数的卓越频率与结构频率接近时发生共振现象,从而导致开口式分离式双箱梁发生涡激共振。     

圆柱结构涡激共振耦合效应及其抗风设计参数

为了解决亚临界区圆形断面细长结构涡激共振抗风设计参数取值不明确的问题,针对土木工程领域小直径圆形细长结构在亚临界区的涡激共振现象,对其涡激共振耦合效应进行了研究,获得其抗风设计的主要气动力参数。采用弹性悬挂节断模型风洞试验,模型两侧采用斜置上下不等刚度的弹簧提供三自由度的振动模型,试验风速对应的雷诺数区位于亚临界雷诺数区,分别测试风速增大和减小2种状态下模型的涡激共振,试验采用激光位移计和压力扫描阀同步测试模型振动位移和表面风压,通过分析位移和风压之间的关系,揭示涡激共振发生的耦合状态,并基于涡激共振抗风设计的要求,给出涡激共振锁定区间、气动力系数等抗风设计参数。结果表明：风速增大和减小2种状态下,涡激共振的耦合状态不同,风速增大过程中锁定区间更长;在锁定区间内存在强耦合和弱耦合2种机理的耦合状态,强耦合状态下的升力系数标准差和平均阻力系数值更大,旋涡脱落频率更强,气动力和流场的波动也更强;基于此,建议在对亚临界区的圆形断面结构进行涡激共振设计时,锁定区间为1.0~1.3倍起振风速,其中1.0~1.1倍起振风速范围内按照强耦合状态设计并考虑由耦合效应引起的气动力增强,1.1~1.3倍起振风速范围内按照弱耦合状态设计。     

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥总体设计

韩家沱长江大桥主桥为(81+135+432+135+81)m双塔双索面钢桁梁半飘浮体系斜拉桥.主梁为平行弦钢桁梁,N形桁架,2片主桁,桁间距18m,桁高14 m,节间长13.5m,采用正交异性板整体钢结构桥面,节点为焊接整体节点结构形式.桥塔为折线H形桥塔,采用C50混凝土,最大塔高187.5 m.全桥共设56对镀锌高强钢丝斜拉索,呈平行的扇形双索面布置.在设计中通过在钢桁梁下弦杆底分段设置导流板经济有效地抑制了钢桁梁的涡激振动,研发了利用带控制开关的新型锁定装置控制列车制动力引起的结构振动、利用粘滞阻尼器控制地震响应的综合控制系统.     

斜拉桥斜拉索二维涡激振动的数值模拟研究

采用基于RANS方法的SST湍流模型对斜拉桥斜拉索二维（2D）模型涡致振动进行了数值模拟。2D模型建立和网格划分通过专业前处理软件ICEM—CFD来实现。保持2D模型的频率不变,通过改变风速的方法来研究2D模型涡致振动的特性。研究了2D模型涡致振动的幅值,阻力系数以及锁定区域随约减阻尼变化的规律。研究结果表明斜拉索2D模型发生涡致振动时其幅值随着约减阻尼减小而增大,直至稳定到一个常数,同时通过比较发现数值模拟得到的2D模型幅值与试验结果比较接近;锁定区域随约减风速减小而增大;同样2D模型的平均阻力系数在锁定区域随着约减风速减小而增大。     

边主梁断面斜拉桥涡激共振阻尼敏感性试验研究

边主梁断面(或Π形梁)是大跨度斜拉桥中常用的一种主梁断面形式,但容易产生涡激共振现象。涡激共振的典型特点之一是具有阻尼敏感性。文中针对在建的贵州望漠北盘江大桥的风致涡激振动进行了阻尼敏感性风洞试验研究。试验结果表明,该类桥梁涡激共振幅值对阻尼的设置十分敏感。因此,对于低风速下容易出现的涡激共振来说,采用多大的阻尼进行抗风设计十分关键。     

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.     

不对称钢箱梁涡激振动性能及制振措施研究

锦江人行天桥全长698 m,主桥部分上部结构为桅杆式斜拉桥,下部结构采用V形钢桥墩,主梁断面为左右不对称钢箱梁。为研究不对称钢箱梁断面的涡激振动特性,同时消除可能存在的涡激振动对主桥运营安全的影响,对主梁断面开展了1∶20节段模型风洞测振试验,针对主梁受气动干扰敏感和可调节气动外形的区域进行涡激振动气动措施研究。试验结果表明：不对称钢箱梁在前后两侧来流工况下,主梁均出现了涡激振动现象,但各工况下的涡振现象和风速锁定区间不同;对比了去除主梁栏杆和对栏杆间隔封闭的气动措施,采用对栏杆隔三封一能够抑制主梁的涡激振动。本研究所提出的制振措施可为类似工程研究提供参考。     

目录

为深化对钢管混凝土桥塔的认识,推动钢管混凝土结构在缆索承重桥梁桥塔中的应用,首先对钢管混凝土桥塔的工程应用情况及其一般构造进行了梳理,讨论了目前钢管混凝土桥塔设计中存在的主要问题,从构造简单、施工高效的角度对现有钢管混凝土桥塔构造进行了优化。而后对钢管混凝土桥塔钢壁板的局部屈曲性能及塔柱的力学性能研究进展进行了评述,并给出了推荐的设计方法。最后通过与传统钢筋混凝土桥塔和钢桥塔的对比,分析了钢管混凝土桥塔的技术特点和经济性。结果表明:由于对钢与混凝土共同承载机理认识不够深入、受混凝土单侧约束钢板的局部屈曲理论研究相对薄弱、钢混界面传力性能不明确等问题,导致目前钢管混凝土桥塔的构造过于复杂,施工高效性较差;构造优化后的PBL加劲型钢管混凝土桥塔的加劲构造、钢混连接构造更加简洁,钢壁板对混凝土的约束效应更强,无需配筋设计,能够节约用钢量、简化钢结构制造流程及现场安装工序,提高桥塔的工业化制造及装配化施工水平;考虑局部屈曲影响的加劲钢壁板构造设计方法和钢管混凝土桥塔承载力计算方法更加安全、合理;钢管混凝土桥塔具有设计灵活性、施工高效性和承灾高韧性,建设成本及养护成本远低于钢桥塔,在经济性上与传统钢筋混凝土桥塔可展开竞争,具有广阔的应用前景。     

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。     

悬索桥吊索高阶涡激振动及摆锤式MTMD减振技术研究

为了解大跨度悬索桥吊索出现的大幅高频振动现象,并进行减振,以国内某主跨1688 m的悬索桥为背景(最长吊索长184.6 m),基于理论方法和施工期吊索大幅高频振动实测结果,分析吊索的振动类型及参数(频率、阻尼比);提出一种摆锤式多重调谐质量阻尼器(MTMD,其由一定形状的锤头提供质量参数,由钢绞线提供刚度及阻尼参数),采用有限元和室内试验的方法,分析其振动特性,并进行实桥验证。结果表明:该桥吊索振动频率范围为5~25 Hz,阻尼比低,单个吊点的多根吊索易发生同相位的高阶涡激振动;摆锤式MTMD单个锤头具有2个控制主频,自身阻尼比约10%,具有位移放大作用,对高频振动的响应灵敏,在很宽的频率范围内具有很好的减振性能;摆锤式MTMD可有效增加吊索自身阻尼比,控制吊索高阶涡激振动,实测减振效果达到90%以上,具有很好的实用性。     

重庆两江大桥天梭桥塔设计方案研究

塔、梁、索是斜拉桥结构重要组成部分,其中,桥塔更是彰显桥梁个性和特点的重要部位。针对普通桥塔形式的不足,通过对重庆两江大桥天梭桥塔设计方案的研究,提出适应于环境的新型桥塔设计方法。     

钢桥塔的构造设计研究

在缆索支承桥中,采用钢桥塔符合可持续工程和绿色工程的结构设计新理念,而钢桥塔在我国的应用十分有限,现行的各种桥梁规范中也没有关于钢桥塔的规定。本文针对钢桥塔的稳定构造设计、塔柱截面构造优化、钢桥塔和混凝土基础的连接构造、塔形构造选择等问题进行了分析研究,开展了钢桥塔的稳定性试验,提出了防止钢桥塔失稳的措施,研究了塔柱截面构造的合理设置,对常用的塔-基连接的构造型式进行了适用性分析,并对几种常见塔形的受力性能进行了对比分析,研究结果可为钢桥塔的构造设计提供参考。     

人行索桥合理结构形式研究

为得到适合山区人行索桥的合理结构形式,通过对目前大部分山区人行索桥安全隐患及事故的调查,并对悬索桥和索道桥进行理论计算和对比分析,提出索桁结构概念。索桁桥结构由上主缆、下桥面缆索及吊杆组成,通过在空载下张拉下桥面索形成一个类似桁架结构的空间体系。通过对索桁桥、悬索桥、索道桥3种结构形式的对比分析可知,在山区修建人行索桥采用索桁结构体系是比较合理的,索桁桥可以降低活载挠度,节省工程造价。     

武西高速桃花峪黄河大桥主桥施工方案

桃花峪黄河大桥主桥为双塔三跨自锚式悬索桥,跨度布置为(160+406+160)m。桥塔为门式混凝土结构,加劲梁为流线型钢箱梁,主缆采用高强镀锌钢丝预制平行索股。结合该桥主体结构特点和桥位处施工条件,桩基采用旋挖钻机与回旋钻机结合施工,水中承台采用钢管桩围堰施工,岸边承台采用大开挖配合深井降水施工;塔柱采用液压自升式爬模施工,塔柱上横梁采用托架法施工,下横梁采用支架法施工;上部结构采用先梁后缆顺序施工,加劲梁利用单向多点顶推计算机控制系统进行各点同步顶推施工,与钢锚梁合龙后采用PPWS法施工主缆,主缆完成体系转换后进行桥面系施工。     

匝道曲线梁桥自振特性分析与动力荷载试验

桥梁结构的自振特性是结构动力分析和抗震分析的重要参数。该文通过建立有限元模型进行模态分析和动荷载试验分析来获得梁拱组合桥的计算和实测自振特性,并测得了桥梁的自振频率、振型和阻尼比,并对实桥测试结果和计算分析结果进行了比较,得到该桥在动力荷载下的实际工作状态,以此判断该桥整体结构的安全承载能力和使用条件。     

多塔斜拉桥加劲索涡激振动实测与时域解析模态分解

为研究多塔斜拉桥中塔加劲索涡激振动时域和频域特性，对多根加劲索开展了振动加速度测量和风速、风向观测，研究了加劲索振幅与风速和风向的关系，分析了加速度时程的时域和频域特征。采用解析模态分解法对加劲索涡激振动加速度时程进行了分解，分析了所得分量的时域和频谱特征。研究发现，在无雨和较低风速条件下，同侧并列加劲索仅迎风侧发生明显涡激振动，其峰值振动是以频率为6.25 Hz的第28阶模态主要参与为特征，为高阶多模态涡激振动，明显发振风速约为4~5 m·s^-1，风向接近垂直桥轴线，其面内振动明显大于面外。1^#加劲索面内涡激振动时程分解得到的3个相邻高阶频率时程分量显示，第28阶模态振动加速度随时间的变化，主导了加劲索振动加速度幅值的增大和减小。同时认为，解析模态分解法不仅能较好地分离含有多个密集频率分量的时域信号，且分解得到的分量不改变原信号分量的频率特征，分解分量再合成的信号与原信号时频特征完全一致。因而可采用解析模态分解法分解具有多个密集频率分量的柔性结构响应，能有助于工程结构风致响应的模态参数识别。