微椭圆截面斜拉索风致振动特性与机理

斜拉桥斜拉索在生产、运输、安装和运营过程中，在各种因素的作用下，有可能使得其截面形状不再是标准的圆截面，经过调研与统计，部分斜拉索具有长短轴之比接近1的微椭圆截面，研究微椭圆截面斜拉索气动力和风致振动特性具有重要工程价值。通过对3种长短轴之比（L/D=1.05，1.10及1.15）的微椭圆斜拉索模型进行测力和测振风洞试验，对比分析了微椭圆斜拉索与标准圆柱斜拉索的风致振动特性，研究了雷诺数、风攻角和长短轴之比对风致振动特性的影响规律，并尝试运用Den Hartog驰振准则对振动机理进行分析。研究结果表明：斜拉索的截面由标准圆变为微椭圆之后，在某些风攻角下振动更加剧烈，发生振动的雷诺数范围更宽，起振雷诺数更低；振动中心随雷诺数的变化曲线与标准圆柱斜拉索不同，并且随风攻角而异；大幅振动主要发生在临界区和超临界区，对应雷诺数为Re=2.5×10⁵~4.0×10⁵，风攻角则在α=10°~30°和α=60°~80°范围之内；风致振动特性随雷诺数的变化规律与长短轴之比不是简单的单调关系，而是与风攻角相关；根据Den Hartog驰振准则判断可能发生驰振的区域与试验中实际发生振动的区域吻合较好。     

斜拉索涡激振动的被动自吸吹气流动控制

圆形斜拉索长细比大、阻尼及刚度小，因而其经常发生风致振动，尤其是涡激振动。涡激振动是一种限幅振动，其发生风速较低，因而斜拉索经常发生涡激振动现象，为此提出一种被动自吸吹气流动控制措施来抑制斜拉索涡激振动。通过节段模型气弹试验得到，被动吸吹气控制方法在套环间距适当下使得斜拉索涡激振动区间变窄，甚至可以完全抑制其发生涡激振动。通过分析斜拉索节段模型表面压力分布，得到被动自吸吹气能大幅度降低压力脉动值和脉动风荷载；且模型背风面的平均压力值的平台区也有所提升，表明平均阻力也有所减小。频谱分析表明：此控制方法改变了旋涡脱落模式及脱落强度。最后由尾流速度剖面可得，被动吸吹气流动控制方法缩小了模型尾流区宽度，尾流中的速度脉动也极大降低。折算风速为5.99时，对尾流速度时程做频谱分析可得，吸吹气控制方法能抑制住无控圆柱模型尾流中周期性交替脱落的旋涡。套环控制方法应用于三维柔性索性索模型上，能极大地降低柔性斜拉索的前三阶涡激振动幅值，同时发现套环间距越小，控制效果越强。     

隧道通风阻力格栅局部阻力试验

由于试验场地和试验条件的限制，通常难以建立1：1比例模型或同比例尺缩小模型，因此在保证原形与模型阻力相似的前提下，根据等效设计理论，在隧道通风模型中安装阻力格栅可以有效缩短隧道模型的长度。为了解决阻力格栅在通风模型中的选取和设置问题，建立物理模型进行试验测试，并将试验结果进行了分析对比，研究了不同的阻力格栅串联间距、串联数量以及格栅类型的变化对通风试验局部阻力的影响。模型试验结果表明：加入阻力格栅后通风模型仍存在自模区，且阻力格栅的串联间距、组数、规格对模型进入自模区的临界风速几乎没有影响；当格栅间距大于3倍断面当量直径时，格栅之间的相互影响可以忽略不计，故阻力格栅串联间距应不小于3倍模型当量直径；每组格栅局部阻力损失系数随格栅组数的增多而降低，降低的速率随着格栅组数的增多而减小；在选择阻力格栅时，格栅局部阻力系数要求较大时，可选择多孔板作为阻力格栅，并优先考虑方孔多孔板；当格栅局部阻力系数要求较小时，可选择铁丝网作为阻力格栅。研究成果可以为模型试验阻力格栅的选取和设置提供指导建议，同时介绍了阻力格栅在隧道通风模型试验中的具体应用。     

表面损伤斜拉索雷诺数临界区气动力与流场分析

斜拉索由于具有自身质量轻、结构刚度差、结构阻尼小和自身长细比大的特点，极容易发生风（雨）致振动，对桥梁结构的安全性能产生很大的影响，而斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件，准确掌握其风荷载对于桥梁抗风设计具有重要意义，特别是斜拉索在生产、运输和安装过程中表面可能受到损伤，该斜拉索在临界雷诺数区的气动力特性和流场特性更是值得研究的问题。针对此种状况，通过同步测力风洞试验，对表面无损伤斜拉索模型和表面损伤斜拉索模型在不同风攻角下的升力系数进行时程分析，得到边界层转捩的3个区域；将升力系数时程进行快速傅里叶变换计算得到升力时程频谱图，并通过频谱图分析随机信号的频域特征；对比从雷诺数亚临界、临界到超临界区表面无损伤和表面损伤斜拉索的流场变化，并从周围流场变化的角度分析雷诺数临界区斜拉索气动稳定性及可能的机理。研究结果表明：表面无损伤和表面损伤模型的升力系数随雷诺数的变化规律基本一致，二者的升力时程在TrBL0向TrBL1阶段和TrBL1向TrBL2阶段过渡过程中会出现双稳态现象，损伤会影响斜拉索尾流区旋涡脱落的情况，进而对不同雷诺数下的Strouhal数值变化产生一定的影响。     

悬索桥骑跨式吊索驰振气动干扰效应数值分析

针对悬索桥骑跨式吊索四根索股相距较近存在较强的气动干扰效应问题,参照某大跨径悬索桥的吊索参数,对骑跨式吊索四圆柱驰振气动干扰效应问题进行了数值研究,得到了四圆柱的阻力和升力系数及其气动力导数,然后,对在上游钝体尾流中的下游钝体的稳定性进行了分析.结果表明:顺风向上游钝体在风攻角-8°～6°范围内处于不稳定状态,顺风向下游钝体在-6°～0°和4°～6°范围内处于不稳定状态,处于此不稳定区域内的钝体可能会发生驰振.     

缆索空气动力问题

由于阻尼较小,缆索非常容易受到风作用下的动力激振。20世纪下半叶,研究人员发现多种不同的空气动力激励机制,并研究了相应的抑振方法。然而,最近几年,大跨度斜拉桥的快速发展带来一些新的空气动力问题,特别是倾斜索方面的问题。全面回顾缆索空气动力激振研究现状,特别是动力失稳概念及临界雷诺数影响,重点集中在倾斜缆索（如桥梁的斜拉索）当前面临的问题。     

某SUV气动减阻优化及其流场机制

为了提高整车燃油经济性,本文以某款SUV车型为研究对象,将仿真与试验相结合改善汽车行驶过程中的气动阻力系数。首先通过风洞试验确定对整车气动阻力有重要影响的区域或部件,其次对气动阻力系数贡献值较大的部件或区域进行减阻优化。结果表明,前轮阻风板、尾灯和尾翼对整车气动阻力系数贡献值较大。对前轮阻风板的改型,有效降低正压区面积以及减弱车轮干扰阻力;对尾灯和尾翼的优化设计,改善了尾部负压区,缩短了分离流在后窗上部的再附着的距离。基于本征正交分解方法进行局部流场信息的提取和分析可知,1阶与2阶模态主要构成了该SUV尾流场的关键流态。经试验与仿真验证,相比于初始方案,气动优化组合设计减阻率可达7.5%。本文为新一代SUV改型与升级换代提供了理论基础与技术支持。     

大跨度斜拉桥斜拉索阻尼减振技术研究进展

斜拉索振动机理复杂且危害严重,需要采取附加阻尼技术抑制斜拉索的振动,对斜拉索的振动特性和阻尼器的减振机理进行研究总结。首先计算34座斜拉桥最长索的Scruton数,与已有的理论分析、风洞试验结果进行对比分析,并采用工程实践结论进行验证,确定了斜拉索可能发生的涡激振动、风雨振、参数共振和内共振、尾流驰振等各自对应的抑振目标阻尼参数;然后对常见阻尼器的阻尼作用机理、位移传递形式、耐久性分别进行对比分析,提出各种阻尼器的适用范围,并从作用机理和试验验证两方面重点介绍了杠杆质量阻尼器的减振效率的优越性;最后提出斜拉索阻尼减振技术进一步的研究方向。     

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。     

南京仙新路过江通道主桥抗风性能风洞试验研究

仙新路过江通道主桥为跨径布置(580+1 760+580) m的悬索桥，桥塔高267 m,加劲梁采用整体式闭口钢箱梁。为研究该桥运营阶段抗风性能，通过1∶50缩尺比加劲梁节段模型风洞试验分析大桥的驰振性能及提高大桥颤振性能的气动措施；通过1∶140缩尺比全桥气弹模型风洞试验，验证大桥的颤振、静风稳定性，并研究桥梁的抖振响应。结果表明：该桥在常遇风攻角范围内(-3°～+3°)不具备发生驰振的必要条件，加劲梁断面具有良好的驰振稳定性；加劲梁原始断面的颤振稳定性不满足规范要求，在中央防撞护栏间增设0.67 m高中央稳定板后，颤振临界风速高于颤振检验风速并具有一定的富余量；采用优化措施后，大桥具备良好的静风与颤振稳定性，加劲梁、桥塔在设计风速下各测点抖振响应值较小且均未发生不稳定振动或发散性振动。     

安装亮化灯具导致的斜拉桥拉索风致驰振流固耦合分析

为了提出一种流固耦合分析方法用以模拟和分析风致振动现象,通过将拉索-亮化灯具系统的流场简化为相对来流有一定攻角的三圆柱串列模型,将系统振动模型简化为质量-弹簧-阻尼系统,采用SST湍流模型,结合特别设计的网格划分技术,应用ANSYS CFX软件及User Fortran工具自行开发结构动力分析程序,对特征长度相差较大的三圆柱系统之间气动干扰现象进行精确模拟。结果表明：提出的流固耦合分析结果成功再现了风洞试验现象;在风速大于18m.s-1时,下游钢丝绳受到的流体作用变得明显,体现出其改变拉索-灯具系统截面形式的作用,从而在机理上较好地解释驰振力的形成过程,验证了该方法的正确性,并可供类似研究参考。     

混合配筋混凝土梁裂缝宽度试验及计算方法探讨

为了研究FRP筋与普通钢筋（HRB筋）混合配筋混凝土梁在受弯过程中的裂缝开展机理及其计算方法，设计制作8根混合配筋混凝土梁和3根普通钢筋混凝土梁。通过改变FRP筋种类、FRP筋直径、钢筋强度、FRP筋和钢筋配筋面积比以及截面配筋率等参数，对比分析试验梁抗弯承载力、裂缝分布、平均裂缝间距和裂缝宽度的变化规律。给出FRP筋与钢筋混合配筋混凝土梁抗弯承载力建议计算公式，并结合相关试验数据对其预测值和试验值进行分析，证明建议计算公式的精确性和合理性。根据传统的钢筋混凝土梁裂缝宽度计算理论，结合现有试验结果，对21根混合配筋混凝土梁的受弯开裂特性进行综合分析，提出正常使用阶段平均裂缝间距l_m和受拉纵筋应变不均匀系数ψ的计算公式，修正裂缝宽度短期扩大系数τ_s，并在此基础上提出短期最大裂缝宽度的建议计算公式。结果表明：混合配筋混凝土梁正截面仍符合平截面假定；随截面配筋率的增大，混合配筋混凝土梁的平均裂缝间距和最大裂缝宽度均逐渐减小；单层配筋混合配筋混凝土梁的最大裂缝宽度比双层配筋大；平均裂缝间距建议计算公式精度较好；短期最大裂缝宽度建议公式的计算值与实测值吻合较好。相关研究成果可为混合配筋混凝土梁的设计提供一定的参考。     

矩形断面综合管廊线缆舱通风阻力系数数值仿真研究

为探究城市综合管廊通风阻力影响因素和计算方法，通过调研综合管廊通风系统设计和交通隧道通风阻力的相关研究成果，得到综合管廊线缆舱单位长度通风阻力系数的计算公式。建立综合管廊线缆舱三维数值模型，利用ANSYS FLUENT软件并采用标准双方程模型对通风障碍物比例约为15%的综合管廊线缆舱室内部支架、线缆和热效应对通风的阻力影响进行模拟。分析得到： 1)相较于内部无支架、线缆的综合管廊线缆舱，有支架、线缆时对通风阻力影响极大； 2）随着通风风速的增大，综合管廊线缆舱通风阻力逐渐增大，而通风阻力系数减小，且逐渐趋于稳定； 3）进口空气温度、线缆发热及舱内温度产生的热效应对通风的阻力效应有一定的影响，且随着进风温度增大，通风阻力和通风阻力系数逐渐降低。     

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。     

怒江特大桥抗风性能研究

勐糯怒江特大桥为主跨800 m大跨悬索桥，具有结构柔、对风荷载敏感等特点，且大桥跨越怒江深切峡谷，导致桥址处风环境复杂、设计风速较高，非常有必要进行抗风性能研究。因此，对桥位环境风速进行实测，结合数值模拟分析和地形模型试验成果，研究桥址峡谷风效应，确定风特性参数，作为大桥风致振动研究的基础；结合数值模拟分析、节段模型试验和全桥气弹模型试验多种方法相互验证，确保大桥在设计风速下不发生颤振、驰振及明显的涡振现象，大桥抗风性能满足规范要求。     

某SUV后部扰流附件的气动性能研究

基于某SUV车型,通过数值计算和风洞试验研究了14种后扰流板和侧扰流板方案对整车气动性能的影响。结果表明,单独加装任意一种扰流板,其减阻效果均较小,而在后扰流板和侧扰流板的共同作用下,减阻效果最大可达3%,且所有方案在降低阻力的同时,都会使后升力增加。根据计算得到的流场信息和尾迹区结构特性分析了扰流板的减阻机理,并根据试验结果分析了不同方案对于升力的影响规律,为相似车型扰流附件的气动优化提供了参考依据。     

基于因子分析与熵值法的不同隧道侧向宽度下驾驶负荷模型

为探究隧道侧向宽度对驾驶心理及行为的影响机理，采用眼动仪、CAN-OBD测速仪等设备在滨莱高速试验场开展不同侧向宽度场景实车试验，获取30名男性驾驶人在不同侧向宽度场景下生心理及驾驶行为数据；以心率均值、车速差、速度标准差、平均注视持续时间和注视时间标准差为关键变量，建立基于因子分析与熵值法的驾驶负荷量化模型，量化评价不同侧向宽度下驾驶负荷变化规律；基于K-means聚类算法确定不同等级驾驶负荷阈值，结合ROC曲线的分类判别和最大约登指数值，提出隧道侧向宽度临界阈值计算方法。研究结果表明：当设计速度为120 km·h^-1时，采用较大的隧道侧向宽度不仅有利于提高运行车速，同时可减小驾驶负荷；相较于左、右侧侧向宽度分别为0.75 m和1.25 m的标准断面设计尺寸，隧道左、右侧侧向宽度增加至1.00 m和1.50 m时，小型车和大型车驾驶人运行车速分别提升4.5%和3.6%,驾驶负荷分别减小31%和29%;不同侧向宽度下驾驶负荷低、中、高3个等级对应的阈值为0.23和0.42,隧道左侧最佳侧向宽度阈值为0.75～1.00 m,右侧最佳侧向宽度阈值为1.25～1.50 ...     

宽幅双箱叠合梁涡振性能及抑振措施试验研究

叠合梁断面通常为气动外形较钝的半开放截面，为漩涡的产生和发展提供了条件，容易发生涡激振动现象。过大振幅的涡激振动会影响行车舒适性，严重时将引起结构疲劳破坏，危及桥梁结构安全。如何有效解决涡激振动问题成为叠合梁桥抗风设计的关键。为了抑制该类主梁断面的涡激振动，以宜宾盐坪坝长江大桥为背景，通过1：60的节段模型风洞试验，研究了风嘴、中央稳定板、封闭栏杆、裙板、内侧隔流板、箱梁下导流板等常见措施对双箱叠合梁断面涡激振动性能的影响。研究结果表明：封闭斜拉索防护栏杆、内侧隔流板、梁底稳定板等措施均可不同程度地降低主梁的涡振振幅，但仍无法满足桥梁的抗风设计要求；竖直裙板可以使-3°和0°攻角下主梁的涡激振动消失，但对3°攻角的减振效果有限；在叠合梁中应用广泛的传统整体式风嘴无法降低宽幅双箱叠合梁的涡振振幅；采用安装在箱梁侧下方的三角形风嘴可以减弱箱梁边缘的流动分离，优化梁体的气动外形，从而使断面在各个风攻角下的涡振振幅大幅降低。将三角形风嘴与封闭斜拉索防护栏杆的方案组合后，可进一步降低主梁的涡振振幅，满足抗风设计的要求。所提出的叠合梁涡振抑振措施具有较好的工程适用性，可为同类桥梁的抗风设计提供借鉴。     

季冻区路面混凝土界面区劣化行为及与强度相关性

为了揭示季冻区路面混凝土界面区在自然环境与车辆荷载耦合作用下的劣化机理，以及界面区劣化对路面耐久性的影响，通过室内设计普通交通环境和超载条件下的荷载-冻融-干湿循环三场耦合试验模拟路面水泥混凝土实际工作环境，并与普通交通条件下的疲劳荷载单因素试验及荷载-冻融双场耦合试验进行对比，以探求季冻区路面混凝土界面区劣化的主要影响因素；采用扫描电镜观测和X射线能谱分析分别测定在混凝土处于不同耦合作用阶段的界面区细观结构、钙硅比变化；采用静态弯拉强度试验测定三场耦合下各阶段的混凝土力学性能，并采用多元回归分析方法揭示路面混凝土界面区劣化行为与混凝土强度的相关性。结果表明：季冻区路面混凝土运营时，车辆荷载主要引起混凝土界面区沿原生微裂缝的局部损坏；冻融循环伴随干湿交替的环境作用促使裂缝在各方向蔓延形成大片缺陷，且该界面区劣化行为是物理-化学过程。主要表现为，路面混凝土的抗弯拉强度呈下降趋势；界面区大量裂缝交叉贯通，密实度显著降低，氢氧化钙结晶析出；超载情况下，疲劳寿命急剧缩短，且界面区内部微裂纹的宽度显著增大。混凝土疲劳破坏时，界面区临界损伤阈值为：界面区宽度为70 μm；密实度为50.96%~54.25%；微裂缝最大长度在24.48~26.04 μm之间；微裂缝最大宽度在11.73~15.72 μm之间。可利用多元线性回归方程描述混凝土强度与界面区结构缺陷之间的定量关系，各结构参数对强度影响程度从大到小依次为：密实度、裂纹宽度、裂纹长度。     

自适应巡航及协同式巡航对交通流的影响分析

自适应巡航（ACC）和协同式自适应巡航（CACC）等自动驾驶技术正逐渐进入市场，未来一段时间内道路交通流将由人工驾驶车辆与不同等级、不同形式的自动驾驶车辆混合构成。为分析ACC和CACC对交通流的影响，利用实测交通数据NGSim建立人工驾驶车辆跟驰模型，并在综合已有ACC和CACC模型的基础上，提出基于安全间距的自动驾驶跟驰行为模型，进而得出不同ACC，CACC车辆渗透率下交通流的基本图模型。研究结果表明：自动驾驶可以提升交通容量；与ACC车辆比例r_a相比，CACC车辆比例r_c对交通容量的影响更为显著；当r_c>0.5时，饱和流量快速增加，当r_c=1时，饱和流量约为纯人工驾驶时的2倍。进一步，通过仿真考察车辆在车队中的跟驰响应和交通流在瓶颈处的运行情况。研究结果表明：自动驾驶改善了交通流的动态特性，对存在跟驰关系的连续车流来说，自动驾驶使得后车可以更加及时地响应前车的行为，车流会在更短的时间内进入稳态；在交通瓶颈处，自动驾驶降低了拥堵程度，提高了阻塞发生的临界流量。总体来看，自动驾驶对交通流静态和动态性能均有所提升，特别是在协同式自动驾驶场景下，车辆行为更加协调一致，交通流表现出良好的抗扰性，进一步验证了车路协同对自动驾驶的意义。