山区双塔斜拉桥抗风性能研究

以某山区双塔斜拉桥成桥和施工最大单悬臂状态的结构动力特性为基础,分别进行了颤振稳定性试验、涡激共振性能研究试验等风振稳定性和静气动力系数试验,并进行了结构风荷载分析和风荷载响应计算。结果表明:该桥成桥和施工最大单悬臂状态均具有良好的颤振和涡振稳定性,但施工最大单悬臂状态风荷载响应远大于成桥状态。     

大跨径斜拉桥抗风稳定性能研究

斜拉桥是一种对风荷载作用很敏感的结构,在风的作用下很容易颤振,以营口辽河大桥为例,使用大型有限元软件ANSYS建立合理的有限元模型进行抗风分析,分别计算了成桥状态、施工单悬臂状态以及施工双悬臂状态的结构颤振稳定性,位移形态,评估该桥的抗风性能.     

部分斜拉桥动力特性及颤振稳定性分析

部分斜拉桥是一种新型桥梁,其整体刚度比常规梁式桥要小,颤振问题比梁式桥可能突出,为了解该类桥梁的颤振稳定性,以海南某项目大桥主桥为背景,开展数值分析研究。采用有限元软件ANSYS建立该桥模型,对该桥成桥状态及最大双悬臂状态的动力特性、颤振稳定性进行了分析。分析结果表明,该桥无论是在成桥状态还是在最大双悬臂状态下,颤振临界风速都远高于颤振检验风速,具有足够的安全性。     

大跨斜拉桥施工与成桥状态风致抖振响应分析

为研究大跨斜拉桥成桥与施工状态的风致抖振响应,分别采用时域和频域方法对一座典型大跨斜拉桥的成桥状态、施工最大双悬臂与最大单悬臂状态进行了数值计算.采用改进的谐波合成法模拟桥梁结构的随机脉动风场,基于有限元编程,实现了考虑自激力的斜拉桥抖振时域分析,使用多模态耦合分析方法进行斜拉桥的频域抖振分析.分析结果表明:在主梁设计基准风速下,成桥状态和施工状态的横桥向和扭转角抖振位移均较小,施工最大双悬臂中跨悬臂端点竖桥向抖振位移较大,在施工中应妥善处理;成桥与施工状态下的主塔塔顶抖振位移均较小,施工过程中可以不考虑主塔顶部的位移控制;基于合理模拟风场的时域计算方法,能够考虑各种非线性因素,能够较好地反映斜拉桥的抖振响应;不考虑气动导纳的频域计算会夸大斜拉桥的抖振响应,考虑Sears函数作为气动导纳的频域计算方法会低估斜拉桥的抖振响应.     

三塔双跨叠合梁斜拉桥抗风性能研究

叠合梁断面为典型钝体截面,容易出现气动不稳定问题。为研究三塔叠合梁斜拉桥的抗风性能,以某三塔双跨叠合梁斜拉桥为例,通过有限元软件建立桥梁成桥状态和最大双悬臂施工状态有限元模型,计算分析其动力特性,再进行节段模型风洞试验研究桥梁在-5°、-3°、0°、+3°和+5°风攻角下的颤振稳定性和涡激振动性能。研究结果表明:该三塔双跨斜拉桥颤振临界风速大于颤振检验风速,具有良好的颤振稳定性;成桥状态出现了较为明显的涡激振动现象,在低风速区涡激振动幅值小于规范允许值;虽然在高风速区涡激振动幅值超过了规范允许值,但是出现概率很低,对桥梁安全和使用性能不会造成明显影响;施工状态涡激振动幅值远低于规范限制,涡振性能良好。     

佛山奇龙大桥抗风性能研究

以广东佛山奇龙大桥为工程背景,研究混合梁独塔斜拉桥在施工和成桥阶段的抗风性能。按照规范获得了大桥的基本风速、设计基准风速以及颤振检验风速,并利用数值方法对大桥的成桥阶段与施工最长悬臂阶段的动力特性进行了分析。结合风洞节段模型试验结果对其涡激振动、气动稳定性、三维静风稳定性进行了分析。结果表明,奇龙大桥新型的截面外形设计具有良好的抗风稳定性能,满足相关规范要求。     

大跨度叠合梁斜拉桥施工阶段极限承载力研究

为研究大跨度叠合梁斜拉桥施工阶段极限状态下的受力性能和破坏机理,以西固黄河大桥主桥为背景,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,计算该桥在最大双悬臂、最大单悬臂和二期恒载等典型施工阶段的非线性稳定安全系数,分析结构在各施工阶段的斜拉索应力、塔梁连接处Mises应力和塔顶、主梁跨中的荷载~位移曲线。结果表明:该桥各典型施工阶段的非线性稳定安全系数均满足不小于2的设计要求;当主桥达到极限承载力时,部分斜拉索先破断,破坏过程合理;最大双悬臂施工阶段桥塔整体未达到屈服状态,最大单悬臂施工阶段和二期恒载施工阶段塔梁连接处出现塑性区;塔顶和主梁跨中的荷载~位移曲线具有显著的非线性效应。     

芜湖长江公铁大桥主桥抗风性能试验研究

商合杭铁路芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588m的钢箱桁组合梁斜拉桥。为确定该桥在施工期和运营期的抗风安全性,对其开展抗风性能研究。分别进行主梁节段模型、桥塔气弹模型、全桥气弹模型及并列拉索风洞试验,研究该桥在成桥状态及最不利施工状态的风致响应。结果表明:施工和成桥状态下,该桥主梁的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,颤振稳定性较好;不同风速下均未观测到明显涡振,涡振性能满足规范要求;设计风速内,不同来流偏角下桥塔均未发生驰振及影响施工的大幅涡振,动力稳定性良好;实桥风速达到84.0m/s时主梁仍未发生颤振、横向屈曲、扭转发散等静力失稳现象,也未发现影响施工的涡振和大幅抖振;最不利工况下,下游拉索在风速37.4m/s时即出现一阶大幅尾流驰振,设置刚性连接杆可以有效抑制尾流驰振现象。     

营口辽河公路大桥稳定性能研究

以营口辽河公路大桥为背景,研究斜拉桥施工阶段及成桥状态的稳定性能。对成桥状态、最大双悬臂状态、最大单悬臂状态（考虑配重）、最大单悬臂状态（不考虑配重）的全飘体系、半飘体系稳定特征值及主塔施工状态全飘体系稳定特征值分别进行了研究。采用空间杆系模型、ANSYS程序进行特征值屈曲计算。得出了成桥状态全飘体系、半飘体系的稳定系数分别为3．23、17．6;最大双悬臂状态全飘体系、半飘体系的稳定系数分别为4．45、8．04;最大单悬臂状态全飘体系、半飘体系的稳定系数分别为2．76（不考虑配重时3．11）、13．19（不考虑配重时16．27）;主塔稳定系数为11．42。     

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。     

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。     

大攻角下超大跨度斜拉桥颤振性能节段模型风洞试验

为了研究一座1 400 m跨径流线型闭口箱梁断面斜拉桥的颤振性能，根据其风致静力失稳或颤振前主梁最大有效风攻角已接近±10°的特点，通过弹簧悬挂节段模型试验，开展了大攻角下桥梁颤振性能研究。试验发现，在4°~10°风攻角下，高风速时模型均出现了弯扭耦合程度较弱的自限幅非线性颤振现象；而在其他攻角下，高风速时模型则表现为常规的发散型弯扭耦合颤振。研究发现，经典的线性颤振理论无法适用于研究试验中大攻角下出现的非线性颤振现象。因此，采用了一种简化的非线性半经验数学模型来表示非线性颤振中的自激扭矩，并从试验模型颤振位移时程中识别得到了模型参数。基于这一非线性自激力模型，通过试验测得的位移信号来构造自激扭矩时程，再利用自激扭矩的做功时程来识别各个气动参数。之后，利用其中的部分气动参数构造气动阻尼，并基于结构阻尼系数与气动线性阻尼系数之和为零的判断条件，提出了一种针对非线性颤振现象的临界风速确定方法，同时将线性和非线性颤振的起振判断条件进行了很好的统一。研究结果表明，利用这一方法求得的颤振临界风速与风洞试验中出现的现象基本吻合。     

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。     

峡谷底斜拉桥抗风性能改善试验研究

采用节段模型风洞试验的方法对某峡谷底斜拉桥---西藏迫龙沟斜拉桥的抗风性能进行了改善研究。首先,借助于地形风洞试验结果获得了桥位处风攻角和风偏角大小,并确定了大桥颤振检验风速和颤振试验的风攻角范围;然后,考察了大桥原方案的颤振稳定性并通过气动措施改善了原方案的颤振性能;最后检验了施加气动措施前后大桥涡激共振特性。研究结果表明：峡谷底大跨度桥梁的设计基准高度可参照桥面高度确定,但有必要进行地形试验确定桥位处风攻角和风偏角的实际情况;迫龙沟大桥颤振稳定性出现了＆#177;3＆#176;和0＆#176;风攻角下满足要求而5＆#176;风攻角下不满足要求的现象,因此峡谷底大跨度桥梁颤振稳定性检验只进行《规范》建议的风攻角试验可能存在安全隐患;颤振性能改善措施选取时,应考虑斜风的不利影响,确保大桥有足够的颤振稳定性安全储备。     

大跨度斜拉桥的静风失稳特性

大跨度桥梁发生静风失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速.结合斜拉桥的结构特点,探讨了已有的非线性失稳分析方法,提出了一种静风失稳的复合标准判断方法,基于MSC.MARC和Python脚本语言,综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性影响,探讨了大跨度斜拉桥空气静力失稳特性.结果表明:升力系数和力矩系数在大跨桥梁静力失...     

斜拉桥设计中拉索抗风问题研究综述

随着大跨斜拉桥的频繁建造,斜拉索抗风问题日益突出。大跨斜拉桥中系统进行拉索抗风研究的工程实例较少,研究中尚有许多需要解决的问题。该文归纳总结了斜拉索的风振控制、风阻系数,并提出了抗风研究展望,可供斜拉桥设计者和斜拉索抗风研究者参考。     

斜风下扁平箱形截面桥梁颤振性能风洞试验研究

扁平箱形截面桥梁的颤振临界风速与风偏角的关系明显地受到风攻角的影响。在0°风攻角情况下,扁平箱形截面流线性好,其颤振性能与平板接近,颤振临界风速随风偏角的增加而增加,用传统的平均风分解方法可以获得较好的结果;而对于非0°风攻角的情况,扁平箱形截面的流线性变差,随着风偏角的增加其颤振临界风速呈起伏变化,最低值一般在斜风的情况下出现,此时,传统的平均风分解方法不再适用。     

设置中央稳定板对大跨度悬索桥抗风性能的影响

在润扬长江公路大桥南汊悬索桥的节段模型风洞试验中,研究了稳定板高度对动力抗风稳定性的影响,采用了增设0.65 m高中央稳定板的有效措施,并获得了原断面和增设中央稳定板断面的气动导数和三分力系数;采用非线性静风和颤抖振时域方法,研究了设置中央稳定板对静动力抗风性能影响。结果表明,恰当地设置中央稳定板,不仅能够提高桥梁的颤振临界风速,还能够降低结构的抖振响应,而结构的静风失稳风速在正攻角下有所降低。     

考虑雷诺数效应的桥梁静风稳定分析

在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,引用大跨度桥梁非线性静风稳定分析理论,采用增量双重迭代搜索法对大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定分析,并编制了相应的计算程序。分别计算了苏通大桥在低、高雷诺数下的空气静力稳定性。对比计算结果发现,雷诺数效应对桥梁静风失稳临界风速有较大影响,高雷诺数下的静风失稳临界风速比低雷诺数的静风失稳临界风速低,并结合高、低雷诺数下三分力系数曲线形状差异,分析了在雷诺数效应下桥梁跨中断面侧向位移、竖向位移、转角响应随风速的变化。     

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。