平行四幅连续钢箱梁桥风致振动气弹模型试验研究

为满足日益增长的交通需求,多幅大跨连续钢箱梁桥应用日益广泛,多幅主梁间复杂的气动干扰效应引起的风致振动及其减振是桥梁设计和运营必须解决的问题。以某主跨180 m平行4幅连续钢箱梁桥为工程背景,设计制作4幅连续梁桥气弹模型,开展全桥气弹模型风洞试验,研究2幅和4幅梁桥的气动干扰效应,分析桥幅数量、主梁间距、并列和错列布置等因素对桥梁风致振动特性的影响。风洞试验结果表明：多幅桥梁的风致振动特性与桥幅数量、主梁间距和主梁布置方式密切相关。单幅桥梁在试验风速内发生了极小振幅涡振、没有发生驰振。并列双幅桥在小间距工况(D=0.75 m,D/B=0.06)条件下,下游桥会发生明显的尾流致涡振,增大主梁间距至大间距工况(D=13 m,D/B=0.98)后,下游桥驰振临界风速减小到40 m/s,但涡振消失。并列4幅桥在小间距条件下,下游第3幅和第4幅桥梁在30 m/s风速左右发生尾流致涡振,在大间距条件下,下游第3幅和第4幅桥风致振动幅值随着风速增大而迅速增大,发生软驰振。错列布置的小间距4幅桥在试验风速范围内没有发生明显的涡振和驰振现象,抗风性能优于小间距并列布置4幅桥。研究成果可为类似桥梁设计提供...     

π型开口截面斜拉桥涡激振动的气动抑振措施试验研究

涡激振动是大跨度桥梁主梁在低风速下容易发生的一种风致振动现象,会影响行车安全性、舒适性和桥梁疲劳寿命,避免涡激振动的发生或抑制涡激振动振幅是桥梁抗风设计的热点问题。基于涡激振动对主梁气动外形敏感的特性,通过设计不同气动措施改善主梁的涡激振动性能,探究单个气动措施和多个气动措施组合的涡激振动抑制效果。以某π型开口截面斜拉桥工程为依托,对几何缩尺比为1∶37的刚性节段模型开展涡激振动研究,进行了风洞测振试验,并对下稳定板、检修车轨道位置和导流板等典型气动措施的抑振效果进行了测试。研究结果表明：主梁原设计断面存在明显的竖弯涡激振动现象,最大竖弯涡激振动振幅已超过规范限值;安装1道下稳定板可有效抑制竖弯涡激振动,安装多道下稳定板后,竖弯涡激振动振幅被限制,但同时会造成扭转涡激振动振幅增大,使用稳定板措施时应兼顾竖弯涡激振动和扭转涡激振动振幅的变化;检修车轨道的有无及位置变化对此截面的涡激振动性能影响较小,内移检修车轨道不能有效减小涡激振动振幅;在安装1道下稳定板的基础上增设导流板可进一步抑制涡激振动,安装下稳定板与导流板的组合措施可达到最优抑振效果。研究结果可为类似主梁断面涡激振动的气动控制措...     

杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉索减振研究

运用福斯(Foss)迭代法求解设置黏性剪切阻尼器(VSD)减振拉索的振动方程,得到复特征值和对数衰减率。以对数衰减率大于等于0.03为目标函数,对杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉索减振用VSD进行优化设计,并对安装VSD的减振效果进行分析。结果表明:减振拉索的每阶模态均有对应的VSD最优插板面积,高阶模态的最优插板面积小于低阶模态,高阶模态的对数衰减率受插板面积的影响比低阶模态大;在不考虑其他因素条件下插板面积大于150cm2时便可有效抑制斜拉索的各种风致振动;高阶模态的最大对数衰减率所对应的温度高于低模态最大对数衰减率所对应的温度,低温时低阶模态的对数衰减率大于高阶模态的对数衰减率,温度较高时高阶模态的对数衰减率大于低阶模态的对数衰减率。杭州湾跨海大桥北航道桥斜拉索安装VSD后,对数衰减率从0.015～0.0196提高到0.03～0.11,有效地减小了斜拉索的各种风致振动,达到了减振效果及设计目标。     

平潭海峡公铁大桥桥址区实测风场特性

根据平潭海峡公铁大桥大小练岛水道桥2021年全年风速数据对实测三向风速进行正交分解，引入非平稳模型定义平均风速，在传统经验模态分解提取时变均值的基础上，通过平稳度指标改进时变均值项判断准则，提出一种非平稳时变平均风速提取方法。根据全年实测风速数据统计分析平潭海峡桥址区实测风速的均值、最大值和极大值，进一步研究脉动风场的时域特性。结果表明：平潭海峡桥址区2021年日最大风速最大值为13.9 m/s，日极大风速最大值为24.5 m/s。由于8—9月是台风季，桥址附近受热带低压影响日最大风速和日极大风速均为最大值。采用两参数Weibull分布能够更好地表征跨海桥梁桥址区平均风速；海洋风场实测风速表现出明显非高斯特性，需要考虑脉动风场的非高斯特性进行风环境分析。     

扁平板式吊杆涡振性能及气动优化研究

为研究扁平板式吊杆风致涡激振动特性,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法建立涡振数值模型,并验证该方法和模型的可靠性。以高宽比1∶6的吊杆为研究对象,分析不同风向下吊杆风致涡振随风速的变化规律,研究涡振过程中旋涡的脱落规律,并提出增设扰流板和竖向开槽2种气动优化措施。结果表明:吊杆长边迎风涡振振幅最大值为35.2 mm。气流在吊杆的上下侧出现明显的来流分离和旋涡脱落,并在吊杆后方产生巨大空腔。设置三角扰流板的吊杆后涡振锁定区间大幅减小,各风速下涡振振幅均大幅降低,最大涡振振幅减小89.5%。开槽后的吊杆断面在各风速下振幅接近0,吊杆开槽能够有效抑制涡振的发生。     

高阶模态涡振锁定区间气动力展向相关性研究

由于涡激力沿展向并不完全相关,在均匀流条件下基于宽高比为5:1的矩形截面多点弹性支撑气弹模型,开展风洞试验,对气弹模型在高阶模态振动状态下以及静止状态下的涡激力展向相关性进行研究。研究结果表明:气弹模型的各竖弯模态均出现了频率相同的2个涡振区间,第1涡振区间的表观St数为0.22,第2涡振区间的表观St数为0.11;高阶模态振动状态下,不同模态的第1个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大值位于涡振幅值最大处,而第2个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大为位于涡振锁定区间的上升段而非涡振幅值的最大处,且与节段模型的升力变化规律相似;静止状态下气弹模型的升力展向相关性系数随着风速(雷诺数)的增加而表现出升高的趋势,且随展向间距增加而逐渐趋于0。     

拱桥板式吊杆风致涡振特性及等效静力计算

基于计算流体力学方法,采用流体力学软件FLUENT,建立风致涡振数值模拟模型,并与风洞试验和数值模型进行对比,验证所建立的涡振数值模拟方法可靠性后,以高宽比1∶6的板式吊杆为背景,进行风向、风速、阻尼比和长细比等因素对板式吊杆风致涡振特性影响研究,并通过理论推导和加载试算,提出考虑涡振作用的吊杆等效静力计算式。结果表明:吊杆风致涡振表现为等幅单频运动,最大振幅时的涡振频率与吊杆的弯曲振动频率一致,短边和长边迎风时吊杆的Strouhal数约为0.11和0.12;当吊杆阻尼比减小时,最大涡振振幅明显增大,涡振锁定区间相应扩宽;随着长细比减小,发生涡振的风速会相应增大,但对吊杆涡振的最大振幅无显著影响;在吊杆频率和阻尼比相近时,长边迎风的涡振起振风速和涡振振幅均比短边迎风大。     

海洋强风环境钢桁梁斜拉桥施工阶段风致效应分析与振动控制

以一座新建跨海铁路主跨364 m钢桁梁斜拉桥为背景,分析海洋强风对钢桁梁斜拉桥最大单悬臂状态下的影响,对比不同抗风措施下风致振动的抑振效果。结果表明：采用JTG/T 3360-01—2018《公路桥梁抗风设计规范》推荐的湍流场参数和单位气动导纳函数预测的抖振响应结果偏于保守,可用于大跨度桥梁初步设计阶段;实测湍流场参数可以很好地估计桥梁抖振响应,尤其是横桥向响应;测量桥址的风速对合理设计和施工海洋强风场斜拉桥具有重要意义;辅助墩、斜撑、调谐质量阻尼器和抗风拉索的减振效率依次递减;由于跨海大桥施工过程中增设临时墩会大幅提高建设成本,而斜撑方案只需要在主塔和墩附近设置临时钢结构的斜撑,不会大幅提高施工作业量,推荐采用斜撑方案。     

方形超高层建筑风振轨迹及耦合效应试验研究

方形超高层建筑在2个水平方向的自振特性接近,强风作用下2个水平方向的风致振动会存在一定的耦合效应。为研究此耦合效应对超高层建筑风致振动的影响,进行了方形超高层建筑气弹模型风洞试验,分别测试了均匀流场和边界层风场下结构的风致振动响应。首先,通过限制结构顺风向位移,研究了结构顺风向振动对其横风向振动响应的影响;然后,分析了不同来流风向对结构顺、横风向风致振动的影响。结果表明,方形超高层建筑以横风向振动为主,结构顶部的振动轨迹为横风向占优的椭圆形;在限制了顺风向位移后,结构的横风向振动最大振幅并未相应减小;来流湍流会增大结构的顺风向最大位移响应,同时减小了结构的横风向最大位移响应。从振幅的概率分布来看,当来流垂直于结构立面时,方形超高层建筑的风致响应最大;相比均匀来流情况,边界层风场下的超高层建筑的最大风致响应更小。     

山区复杂地形下高墩多跨连续铁路钢桁梁桥的风场特性研究

以在建的蒙华铁路三门峡黄河公铁两用大桥为工程背景,研究复杂山区桥址的风参数问题。采用中国科学院地理信息的高精度地形,通过逆向工程软件拟合出桥址地形曲面。通过形成以该曲面为底面的长宽高分别为100,100和20 km的计算域并实施网格划分,采用大涡模拟(LES)数值模拟不同来流条件下计算域内的流动特征,重点分析各风向角下桥轴线上平均风特性、湍流度和风攻角等参数。数值仿真表明:与远方来流风速相比,桥轴线上部分位置处的风速增加可达到20%,但是沿桥轴线平均的风速并不存在加速效应,因此,平均风速取值无需考虑加速效应。地形效应附加的风攻角在1°～2°左右。     

宁夏永宁黄河公路大桥斜拉索减振方案研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,但极易受风致振动及内参数振动,影响整桥的使用寿命。本文以宁夏永宁黄河公路大桥为背景,提出采用拉索外置阻尼器、气动措施并用的综合减振方法来控制其振动,经分析采用具有半主动控制的永磁调节式磁流变阻尼器来增加附件阻尼,提高拉索振动对数衰减率,有效减小拉索在3 Hz以下的大幅振动,确保桥梁安全运营。     

H型截面吊杆气动性能的风洞试验

通过节段的静力和弹簧悬挂动力试验,对H型吊杆的驰振和涡激振动性能进行分析。不做任何措施的H型吊杆在一定的风速下很容易发生驰振。腹板开孔的H型吊杆在横桥向来流时表现出涡激振动,开孔越大,涡激振动的振幅越小,方形孔比圆形孔要小,表明腹板开孔可以抑制该风向的涡激振动。在接近顺桥向来流的作用下,实腹和只在腹板开孔的吊杆在风速不高时表现为弛振。在翼板上加风嘴时,没有发现驰振,但横桥向来流时的涡激振动有较大增加。翼板上开孔能提高吊杆顺桥向来流的驰振临界风速,甚至杜绝该方向驰振的发生,且开孔越大效果越好。     

金海特大桥主桥抗风性能试验研究

为检验主跨3×340 m的挑臂式钢箱梁斜拉桥在施工阶段和运营期的抗风安全性,分别开展节段模型和全桥气弹模型风洞试验,模拟该桥在成桥状态和最不利施工阶段的风致响应.节段模型风洞试验结果表明:施工阶段和成桥状态下,该桥主梁的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,未发生明显涡激共振.全桥气弹模型风洞试验证实在施工阶段和成桥运营阶段,实桥风速达到109.5 m/s时桥梁未发生颤振、扭转发散等静力失稳现象.增设抗风缆后,在各个试验风速下,均匀流场和紊流场中主梁竖向位移均方根最大减小幅度分别为84％和94％,扭转角均方根最大减小幅度分别为64.6％和53.8％,显著降低了施工阶段主梁风致响应,提高了桥梁施工安全性.     

激振作用下坠落式危岩振动特性试验研究

根据坠落式危岩与基岩的接触模式,设计4个主结构面贯通率分别为25%,40%,55%和70%的坠落式危岩试验模型,采用不同大小及不同方向的激振力对基岩进行激振,研究激振作用下不同贯通率坠落式危岩振动特性。研究表明:同一激振方式下,主结构面的贯通率越大,危岩与基岩的接触稳固性越差,危岩与基岩的振动差异越大,危岩的振动响应更明显且振动的衰减越慢;随着贯通率的增大,危岩的卓越频率和阻尼比减小,危岩与基岩的RMS加速度振幅比增大;当主结构面贯通率从25%增大到70%时,危岩的卓越频率从375Hz减小到89Hz,减小了76.3%,危岩与基岩的RMS加速度振幅比从2.0增大到6.9,增大了2.45倍,阻尼比从0.081减小到0.049,减小了39.5%,贯通率对危岩的卓越频率和危岩与基岩的RMS加速度振幅比影响较大,对阻尼比的影响次之;在本试验激振力范围内,不同激振方式下,同一贯通率危岩的卓越频率、阻尼比以及危岩与基岩的RMS加速度振幅比的变化较小。     

深圳湾大桥实测风场参数与风致拉索振动响应分析

以深圳湾跨海大桥结构健康监测系统为基础,对2007年两次台风经过时桥址处的风场参数与拉索振动测试数据进行分析.实测结果表明,桥址处纵向脉动风功率谱与Simiu谱吻合较好,竖向脉动风功率谱与Panofskv谱基本吻合;台风期间边跨短索发生了较明显的风雨振动,而主跨长索由于安装了阻尼器,振动幅值得到有效控制,因此与本桥类似的独塔斜拉桥短索区也需考虑采取增设阻尼装置或辅助索等减振措施.     

新型局域共振橡胶减振垫振动传递特性测试分析

为了研究一种应用于浮置板轨道结构的新型橡胶减振垫的振动传递特性,对比某基于局域共振新型减振垫与普通橡胶减振垫的减振性能,研究预压质量与激振加速度对振动传递特性的影响,对新型橡胶减振垫进行刚度试验与振动传递特性试验,测试其在30~200 Hz频率下的传递特性,试验过程中采用不同的预压质量与激振加速度,振动传递特性测试采用加速度激振的方法,以加速度传递率作为减振垫振动传递特性的评价指标。结果表明:新型减振垫加速度传递率更小,减振效果更好,最大可以减小10 dB左右;减振垫上方预压质量对振动传递特性有较大影响,预压质量越大,加速度传递率越大,减振效果越差;减振垫的刚度对其振动传递特性有一定的影响,激振的加速度幅值对加速度传递率影响较小。     

基于柔性轮轨模型的车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动影响的仿真研究

采用ANSYS有限元软件结合SIMPACK动力学软件建立基于Timoshenko梁的柔性轨和柔性轮模型的车辆—轨道耦合动力学模型,以典型的高阶车轮谐波磨耗(阶次为18~21阶,幅值为0.01~0.04mm)激扰作为系统的输入激励,对比分析在柔性轮柔性轨模型与刚性轮轨、柔性轮刚性轨和柔性轨刚性轮模型下高阶车轮谐波磨耗对高速轮轨系统振动响应的影响。结果表明:当车轮谐波磨耗激扰激发轮对固有模态引起共振时,基于柔性体模型计算出的振动响应幅值大于基于刚性体模型计算的结果,而当激扰频率远离共振模态频率时,基于刚性体模型计算的振动幅值大于基于柔性体模型计算的结果;总体上,轮轨垂向力、钢轨及轴箱振动加速度随着车轮谐波磨耗幅值、阶次及列车运行速度的增大而增大;在车辆速度300km·h-1、车轮多边形阶次为20时,车轮多边形幅值0.04mm激起的钢轨及轴箱振动加速度峰值约为幅值0.01mm下的2.5倍;当车轮多边形幅值固定、阶次由18阶增至21阶时,激起的钢轨振动加速度仅增大约1.6倍、轴箱振动加速度级增大约5.7dB,相较于多边形幅值而言,多边形阶次对轮轨系统振动响应的影响较小。     

西堠门大桥桥址处风场特性研究

为了对大跨度桥梁抗风评估提供可靠依据,在西堠门大桥跨中安装了4个3维超声风速仪,对桥位处风场进行长期连续观测,获得了桥位处大量风速样本。经过对实测风速数据的分析,得到了平均风速和风向、紊流强度、紊流功率谱密度函数等风场特性,以及紊流强度、阵风因子和摩阻速度随平均风速的变化规律,阵风因子和紊流强度之间的关系等。实测结果表明,桥址处风场紊流强度较高,三个方向紊流强度的比值与规范值有一定差别,需进行长期连续观测。实测湍流功率谱曲线与理论曲线在变化趋势上基本一致,纵向分量接近于Kaimal谱曲线,垂直分量接近于Panofsky曲线。     

风攻角对分离双扁平箱梁涡振特性的影响

在均匀流场中进行了分离双扁平箱梁涡激振动节段模型风洞试验,研究了-5°~+5°间8个不同风攻角下分离双箱梁在D/B=0.1(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁的宽度)时的涡振特性,并将结果与单箱梁的结果进行了对比。结果显示:+5°风攻角下,上下游箱梁的涡激振动受到了抑制,表现为振幅的减小和风速锁定区间的缩短;随着风攻角的逐渐变小,这种抑制效应逐渐变弱,并转变为放大效应;+2°风攻角下,单箱梁未发生涡激振动现象,但上下游箱梁均发生了比较明显的涡激振动。     

分体式钢箱梁竖向涡振检修轨道气动措施风洞试验研究

双分体式钢箱梁具有良好的颤振性能,但在常遇风速内易发生涡激振动。为研究双分体式钢箱梁的涡激振动性能及其抑振措施,以某跨径为658 m的双分体式钢箱梁斜拉桥为背景,通过节段模型风洞试验,开展检修轨道与中央格栅等一系列独立气动措施以及多种联合气动措施对主梁涡振性能的优化研究。试验结果表明：1)在常遇风速下,原始断面在5个来流攻角(α=0°,±3°,±5°)中均观测到大幅竖向涡激振动,需采取抑振措施来抑制主梁涡激振动,结构阻尼提升至1.48%时涡振振幅仍未满足限值要求,完全消除主梁涡激振动需将阻尼比提升至2.3%;2)优化检修轨道位置能有限减小主梁竖向涡激振动,减少幅度在12.8%～29.6%之间;3)在分体式双箱梁中央开槽处添加中央格栅能大幅减小主梁竖向涡振振幅,相较原始断面减少了60%以上;4)检修轨道与中央格栅联合减振效果不如独立添加中央格栅气动措施,但这2种气动措施联合稳定板能有效控制主梁涡激振动,且相较原始断面,主梁涡振振幅下降了78%以上,在此基础上对中央开槽的封堵率以及检修轨道与外侧斜腹板之间的间距进行优化,最终得到一种双分体式钢箱梁断面涡激振动抑振措施,使主梁竖向涡振振幅减少...