山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析

为研究山区峡谷地形下非均匀风场对大跨度桥梁静风稳定性的影响，以一座跨越典型山区峡谷地形的大跨度斜拉桥为工程背景，首先，采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对桥址区地形的风场特性进行分析，计算出沿主梁方向的非均匀风速和非均匀风攻角分布；然后，采用ANSYS APDL技术实现能考虑非均匀风速和非均匀风攻角下大桥静风稳定性的非线性分析方法。在此基础上，综合考察非均匀风攻角分布、非均匀风速分布、非均匀风速非均匀风攻角分布等风场条件对大桥静风稳定性的影响，分析各工况下主梁的静风变形与跨中处拉索刚度变化。研究结果表明：与均匀风场条件下的静风响应不同，非均匀风攻角或非均匀风速下主梁静风响应最大值点位于风荷载峰值点与跨中之间，在针对非均匀风场下大桥的静风稳定性分析时，应更注重静风响应最大值点而不是跨中处；非均匀风攻角下大桥的静风失稳临界风速要远低于均匀风攻角的静风失稳临界风速，且其静风稳定性能主要受最大风攻角而不是主跨部分非均匀风攻角的平均值来控制；非均匀风速下大桥的静风失稳临界风速主要由主跨部分的风速平均值和最大值共同影响；主梁的竖向位移和扭转角形状主要由风攻角因素来控制，而横向位移的变化规律相对较独立，其形状基本上以跨中线对称，且其值主要由风速因素来决定。     

港珠澳大桥青州航道桥抗风性能研究

为了检验港珠澳大桥青州航道桥的风致稳定性,对其抗风性能进行研究。采用主梁节段模型风洞试验研究主梁的涡振性能和颤振性能,采用桥塔气弹模型风洞试验研究桥塔自立状态的驰振性能和涡振性能,采用ANSYS软件进行全桥有限元分析研究该桥的静风稳定性。结果表明:港珠澳大桥青州航道桥主梁原始断面和增加风嘴断面涡振性能不满足规范要求,在人行道栏杆上方增设抑流板后涡振性能满足要求;主梁原始断面和增加风嘴断面满足颤振稳定性要求,增加抑流板断面在+5°风攻角下的颤振稳定性不满足要求;桥塔的驰振性能满足要求;均匀流场和紊流场下,桥塔仅在风偏角较小时出现扭转涡振;各初始风攻角下,该桥的静风稳定临界风速均远大于静风失稳检验风速,静风稳定性满足规范要求。     

驸马长江大桥非线性静风响应研究

驸马长江大桥为主跨1 050m的单跨简支梁悬索桥,主梁采用流线型钢箱梁。为研究该桥非线性静风响应,考虑静风荷载非线性和结构几何非线性,采用增量法与内外双重迭代相结合的方法,分析加劲梁初始攻角、附加攻角、缆索风荷载等因素对静风位移、静风失稳风速及结构动力特性的影响,并将计算结果与1∶80全桥气弹模型风洞试验结果进行比较。结果表明:静风位移计算值低于风洞试验实测值,这是静三分力系数的雷诺数效应造成的;缆索风荷载约占结构总体风荷载的15%,不考虑会低估风荷载;不考虑加劲梁附加攻角会高估静风失稳风速;初始攻角、附加攻角、缆索风荷载对加劲梁静风位移响应影响较大;结构动力特性会随风速改变而改变。     

青岛海湾大桥沧口航道桥静风稳定性分析

青岛海湾大桥沧口航道桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥。为确保该桥在建成运营后的抗风稳定性及安全性,对其进行静风稳定性分析。采用Fluid计算该桥静力三分力系数,然后采用ANSYS计算其结构动力特性,进而得出该桥整体抗扭刚度和静风扭转发散临界风速,再采用AN-SYS按线性稳定性方法计算其静风横向屈曲临界风速。计算结果表明:沧口航道桥成桥状态的1阶扭弯频率比大于2.0,具有良好的抗风性能;上、下风侧主梁结构静风扭转发散临界风速和横向屈曲临界风速均大于检验风速,空气静力稳定性能够得到保证。     

大跨斜拉桥非线性静风失稳全过程分析

为探讨大跨度斜拉桥非线性静风失稳的全过程特性,以某在建的斜拉桥为实例,重点分析了增量与内外双重迭代搜索法求解静风失稳全过程的实现原理及失稳变形全过程的物理特性。分析结果表明:静风失稳临界风速及失稳形态与静风初始攻角位置处的三分力系数值和三分力系数曲线斜率大小有关。初始攻角位置处升力矩系数值的正、负值决定了失稳求解过程中有效攻角迭代的正、负变化方向,进而影响升力系数和阻力系数的取值。升力矩系数曲线斜率越大,失稳临界风速反而越小;当初始攻角位于三分力系数曲线中正升力矩系数值最小和负升力矩系数值最大对应的攻角时,静风失稳临界风速分别在不同扭转方向达到最大值,且随着初始攻角的改变,即相应有效迭代攻角位置升力矩系数绝对值的增大,失稳临界风速在不同的扭转方向上均呈递减趋势。     

临时墩对斜拉桥最大双悬臂施工状态的抗风性能影响分析

大跨径斜拉桥在最大双悬臂施工状态下其结构刚度较小,对于风荷载引起的结构风致振动响应较为敏感,增设临时墩能有效提高结构竖向刚度,改善结构抗风性能。以主跨跨径为316m的双塔斜拉桥最大双悬臂施工状态处于台风期为背景,通过有限元计算分析了3种临时墩设置方案(不设临时墩、设置边跨临时墩以及设置中、边跨临时墩),在最大双悬臂阶段对结构动力特性以及抗风性能的影响。研究结果表明:设置中、边跨临时墩方案对结构竖弯和扭转基频提高显著,相比于仅设边跨临时墩方案,结构颤振临界风速和静风扭转临界风速分别提高了82.5%和83.4%;设置中、边跨临时墩使结构主梁和塔柱在风荷载组合工况下位移响应大幅度减弱。     

大跨悬索桥非线性静风稳定性分析

对大跨悬索桥的非线性静风稳定性研究考虑了以下3种效应的影响:1)非线性位移相关风载;2)几何非线性;3)材料非线性。风静动力系数为有效攻角的函数,而有效攻角随主梁变形而变化,所以位移相关风载是非线性的;通过采用几何刚度矩阵可以考虑侧向弯扭屈曲、扭转发散及弯扭耦合失稳;采用塑性铰理论进行材料非线性分析。笔者使用有限元法建立风致静力失稳的分析模型,建模过程中同时考虑了非线性位移相关风载、几何非线性及材料非线性。最后,采用文中所提方法分析了主跨1 990 m的明石海峡大桥。分析结果表明:影响大跨悬索桥静风稳定性的主要因素即为上述提到的3个方面,并且,其非线性静风失稳临界风速低于弹性颤振临界风速。     

武汉四环线汉江大桥抗风性能研究

为研究武汉四环线汉江大桥抗风性能,计算了施工状态和成桥状态结构的动力特性,通过试验测量主梁的三分力系数值,评价了汉江大桥的颤振和涡振性能,最后进行静风稳定性分析。试验及计算分析结果表明,汉江大桥颤振临界风速高于检验风速,涡激振动最大振幅小于规范容许值,静风失稳临界风速较高,整体抗风性能良好。     

基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究

随着桥梁设计跨度增大,结构对风荷载作用极为敏感。采用CFD数值模拟方法研究桃花峪黄河大桥主梁断面颤振问题,根据分状态强迫振动法给出了颤振导数识别方法建立了数值计算模型,经计算得出结论:在+5°风攻角下造成竖向振幅为0.03 m所需风速约为13.2 m/s,在+3°风攻角下造成相同竖向振幅所需风速约为14.2 m/s;在+5°风攻角下造成扭转振幅为6°所需风速约为13.1 m/s,在+3°风攻角下造成相同扭转振幅为6°所需风速约为14.0 m/s,风攻角是颤振重要因素;经模拟气动流场得到主梁结构在0°、+3°及-3°攻角下颤振临界状态涡量变化情况可知随着风速增大涡量图为一对细长互不干涉正负涡量逐步增大至正负交替漩涡,在尾流处耦合成2个相互交替大漩涡。     

抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风失稳模式的影响

为研究抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风稳定性的影响,采用风洞试验获取大攻角区间主梁静三分力系数.结合有限元数值模拟计算方法,运用双层迭代算法同步计入悬索桥几何非线性与静风荷载非线性,对420 m主跨人行悬索桥进行了非线性静风响应全过程分析,得到了非线性静风失稳临界风速以及静风位移响应与应力响应.综合分析结果表明:抗风缆...     

山区大跨度窄梁悬索桥静风稳定及抖振性能研究

某山区钢-混组合窄梁悬索桥采用水平导流板对其颤振、驰振性能进行了优化,为了解该桥各类风致静、动力效应,以确保施工安全性和行车安全性,进一步研究优化后加劲梁在平均风作用下的静风稳定性和在脉动风作用下的抖振性能。基于全桥有限元模型结构自振特性分析结果及节段模型风洞试验测得的加劲梁断面静风三分力系数和颤振导数,采用三维非线性数值模拟方法对优化前、后加劲梁的静风临界发散风速进行求解,并与基于小变形假定的二维线性理论分析方法计算结果进行对比;采用抖振响应频域分析方法,结合规范中的桥址区风场特性,计算脉动风作用下的加劲梁抖振位移及内力。结果表明：该桥设置水平导流板前、后,加劲梁静风稳定性均满足规范要求且性能良好;设置水平导流板后,加劲梁扭转方向抖振位移有一定程度增大,同时,加劲梁竖向剪力最大值出现位置发生改变,跨中断面扭矩显著增大,该气动措施对抖振性能的提升较为有限。     

营口辽河公路大桥抗风性能研究

以营口辽河公路大桥为背景,研究斜拉桥在施工阶段及成桥状态的抗风性能。对斜拉桥在基本风速与设计基准风速及颤振检验风速的确定,气动参数计算,弯扭耦合颤振与分离流扭转颤振的颤振稳定性分析,成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态、桥塔施工状态的风荷载及风载响应4个方面进行研究。按平板近似公式估算,得出该桥桥位处的基本风速、桥面高度处的设计基准风速、成桥状态的颤振检验风速、施工阶段的颤振检验风速。用ANSYS大型结构分析程序进行分析和计算。该斜拉桥方案无论在成桥状态或施工最不利状态均满足颤振稳定性要求。给出了成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态以及主塔施工状态的桥塔风载内力及主梁风载位移。     

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。     

泰州长江公路大桥三塔悬索桥的颤振稳定性

为研究三塔悬索桥的动力特性及颤振稳定性,以泰州长江公路大桥主桥为背景,开展数值分析和风洞试验。采用有限元软件ANSYS建立该桥模型,分析中塔对结构振型的影响,分析结果表明:中塔的设置使影响结构颤振稳定性的关键模态的频率降低很多。对节段模型进行颤振稳定性风洞试验,试验结果表明:将检修车轨道移到采用尖角型风嘴的上斜板位置后,模型在+3°风攻角的颤振临界风速达到63.2 m/s。利用三维耦合颤振分析方法对该桥成桥状态+3°风攻角下桥梁结构的颤振稳定性进行分析,分析结果表明:结构颤振时第15阶振型占绝大部分能量,说明颤振主要以扭转形态为主。     

云雾特大桥主桥抗风性能试验研究

针对云雾特大桥主桥抗风性能,采用三维有限元数值模拟和节段物理模型试验的方法,对其成桥态和施工态下的颤振、驰振和涡激共振稳定性进行研究,基于三维有限元数值模型计算该桥在成桥态和施工态下的关键振型及频率,依据数值计算结果和《规范》,进行了主桥节段试验。结果表明:各计算工况下,颤振临界风速均大于该斜拉桥颤振检验振动风速(47. 9 m/s);均匀流场作用下的成桥态扭转振动和竖向振动均发生了较大幅度的涡激共振,特别是在+3°风攻角下的竖向振幅(253 mm)超过了规范限值(156. 9 mm),但在紊流场风环境下不会发生涡激共振; 0°风攻角下,成桥态主梁断面的阻尼系数、升力系数和扭矩系数分别为1. 331、-0. 043、-0. 003,驰振力系数恒为正,驰振稳定性满足规范设计要求。     

某宽幅箱梁悬索桥气动特性节段模型风洞试验

大跨度桥梁由于其结构轻柔,容易出现静力失稳现象及各种形式的风致振动。通过对节段模型风洞静力三分力试验验证了某宽幅闭口箱梁悬索桥没有出现驰振的可能,并对全桥进行了几何非线性静风稳定分析,得到该桥的静风失稳临界风速。通过风洞弹性悬挂节段模型试验,得到了该桥的颤振临界风速。分析了阻尼比对于颤振临界风速的影响,试验结果表明阻尼比对于颤振临界风速影响不大。在风洞中观察到该桥成桥态在+3°、+5°攻角会出现扭转涡激振动,提高阻尼比可以有效降低涡振振幅。     

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。     

抗风缆对人行悬索桥动力特性和静风稳定性的影响

悬索桥可通过设置抗风缆来提高其结构的抗风稳定性。为了解抗风缆不同布置形式和水平张力对人行悬索桥自振频率和扭转发散临界风速的影响,以某新建人行悬索桥为例,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,分别计算抗风缆与水平面夹角为0°、45°、90°3种布置形式和水平张力为2.77,3.27,3.77,4.27 MN 4种工况下该桥的关键振型频率和静风扭转发散临界风速,分析其动力特性和静风稳定性。结果表明:设置抗风缆可以提高人行悬索桥各关键振型的频率;抗风缆的3种布置形式对加劲梁的侧弯、竖弯频率提高幅度较大,而对扭转频率的提高幅度相对较小;随着抗风缆水平张力的增加,人行悬索桥各关键振型的频率均有所增加但增幅很小;设置抗风缆可以显著增强人行悬索桥的静风稳定性能,提高其扭转发散临界风速;在一定范围内,增加抗风缆的水平张力对扭转发散临界风速的提升并不明显。     

荆岳铁路洞庭湖大桥主桥抗风分析

采用空间有限元模型分析荆岳铁路洞庭湖大桥主桥在成桥运营状态和施工全过程中的动力特性,评估主桥抗风安全性能。分析表明,中塔外边的长索对约束中塔纵桥向位移有一定的作用,过渡墩、辅助墩对主梁的横向和竖向振动的制约作用比较明显。主梁为钢桁梁,扭转刚度大,各工况的主梁弯扭耦合颤振和分离流扭转颤振的临界风速均超过了各自的主梁颤振检验风速,满足抗风安全性要求。     

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.