江阴大桥强风报警及风场特性分析

风荷载对悬索桥的运营期安全有重要影响.文章利用健康监测系统实测数据,建立了江阴长江公路大桥风特性数据库.在此基础上,一方面针对风速设定报警阈值,从而保证了行车与结构安全,另一方面计算得到紊流强度、阵风系数等风特性,对桥梁设计风荷载参数取值的合理性进行了验证.研究结论为江阴大桥的抗风安全性评价提供了实测依据,同时可为该地区其他工程结构的抗风研究提供参考.     

普立特大桥桥位处山区风特性实测研究

为了获取偏远山区的风场特性,以普立特大桥桥位处风场实测项目为研究背景,开发了基于无线传输的高频风速仪数据采集系统,分析了桥位处的平均风特性,并对实测脉动风的非平稳与非高斯特性进行了探讨.研究结果表明:与传统方法相比,新开发的无线传输系统具有实时传输、成本低及无需现场监测等优势;桥位处的大风期主要集中在2~4月份,且大部分发生在西南方向;在选取的强风天气中,出现山区雷暴风的比例约为15%;实测强风的平均风攻角主要在-10~0范围内波动;拟合出的风剖面指数波动范围为0~0.14,且其拟合概率密度分布的均值0.056明显小于规范规定的最小值0.12,说明规范规定的风剖面指数不足以描述山区风;山区风出现了同时具有非平稳与非高斯特性的风速样本,且其瞬时最大风速可达22.0 m/s.      

台风“海葵”作用下苏通大桥风振响应

苏通大桥主跨为1 088 m,结构轻柔,抗风问题在大桥的设计阶段备受关注。大桥通车后,通过桥梁风场数据,发现虽然遭受了几次严重的台风袭击,但风致振动并不十分明显。2012年8月台风"海葵"对苏通大桥的风致振动产生了较为明显的影响,为此对其作用下的桥梁风场特性及相应规律进行了调查和分析,并基于结构健康监测系统,对桥梁结构响应进行了分析。结果表明,在本次台风作用下桥面最大风速为24.0 m/s,最大响应表现为主梁横向变形19 cm。通过与风洞试验结果相比较,发现桥梁风振响应能够与全桥气弹模型试验结果较好吻合。     

复杂山区地形桥址区风特性的数值模拟

为了研究复杂山区地形桥址区风场空间特性变化规律,以位于我国西南山区的绿汁江大桥为工程背景,利用FLUENT对山区地形风场特性进行数值模拟,通过36个风向工况的计算分析,得到复杂山区地形桥址区风场的空间分布特性. 结果表明:受复杂地形影响,各桥位平均风速风剖面曲线和沿主梁横桥向风速曲线差异较大,桥址区附近地形最高点以上400 m风场仍明显受地形影响;受河道大角度弯曲影响,桥址区形成类似“单向开口槽”的地形,顺河流风向的来流风受山体阻挡,各桥位处的风速低于逆河流风向,两个风向的风速差值的平均值达13.6 m/s,且各桥位风攻角以负攻角为主;峡谷突宽使谷内风场出现一定的分流,突宽区风速稍有减弱,风场的分流量有限,使得在渡过突宽段后的峡谷缩窄区,风速依旧较大.      

深切峡谷桥址区高空风特性现场实测研究

架设在深切峡谷中的大跨度桥梁,由于桥址区地形地貌复杂,桥面离开谷底较高,桥址区的风特性一般无法通过抗风规范直接确定. 为确定深切峡谷桥址区高空的风特性,利用大桥施工过程中的猫道,在大桥跨中位置处布置了一套三维超声风速仪,对桥址区高空中的风特性进行了现场实测,获得了7 899条有效的脉动风速时程,以此为基础对桥址区高空的风特性（平均风速、风向、风攻角、紊流度、紊流积分尺度、功率谱）进行了分析. 研究结果表明:深切峡谷桥址区高空风特性受地形的影响已经明显减弱,其风攻角均值趋于0,同时高空的紊流积分尺度更加接近平原地区,紊流积分尺度均值比规范推荐值要大.      

风速统计特性研究探讨

结合上海地区两个气象站的实测数据，在对上海地区的风特性进行了分析研究的基础上，提出了风速统计特性研究的一种改进方法。     

山区地形对桥位风场影响的数值模拟

为研究山区地形对处于峡谷中桥梁风场特性的影响,以建设在某峡谷中的一座大跨度桥梁为研究背景,利用计算流体力学软件FLUENT,设计了数值模拟方法,对桥址处风场进行计算分析.在利用实验数据验证模拟方法可靠性的基础上,通过不同来流方向的计算结果,分析了山区地形对主梁上顺桥向和横桥向的风速、风攻角及桥位处的平均风剖面分布的影响,以及峡谷效应产生的风速放大系数.研究结果表明:桥位来流方向的高耸山体会影响该侧主梁上水平风速的分布,并在该侧产生向下的风攻角;峡谷内的风剖面下部会发生畸变;特定的来流方向会在跨中产生风速放大效应.      

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明：漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°～0°和25°～30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.     

深切峡谷区大跨度桥梁的复合风速标准

为考虑复杂地形地貌区大跨度桥梁不同构件处风特性的差异,在对地区相关气象站历史实测风速资料进行统计分析的基础上,推算了地区基本风速.通过对地区气象站和桥位风速观测点同步实测风速资料相关性的分析,建立了桥址区风速与地区气象台站风速间的订正关系.基于桥址区地貌特征并结合CFD分析结果,确定了主梁及各桥塔的设计风速,提出了复合风速标准的概念.研究结果表明,与常规桥梁单一的风速标准不同,深切峡谷区大跨度桥梁宜采用考虑主梁及各桥塔风特性差异的复合风速标准.     

山区Y形河口附近桥址区地形风特性数值模拟研究

为研究在山区Y形河口影响下桥址区的桥梁风载特性,以山区峡谷大跨度悬索桥桥址区真实地形为工程背景,应用CFD(computational fluid dynamics)的方法,建立了桥址区复杂地形区域风场数值模型.通过36个工况的分组对比分析,探讨了山区Y形河口对主梁的平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流方向下的影响规律,并分析了河口处河道的导流与山体的绕流作用.研究结果表明:不同于普通深切峡谷地形风特性,在Y形河口影响下,桥址区附近的平均风速最大增幅达24 m/s,平均风攻角主要表现为负攻角,出现了最高达1.13的风速放大系数,且河道的导流及山体的绕流作用会导致主梁风速分布不均匀.      

芜湖长江大桥连续板桁结合梁的动力特性研究

简要论述了振动模态分析方法,并指出有限元分析模型在结构整体监测中的重要性。根据芜湖长江大桥连续板桁结合梁的结构特点,建立了桥梁的三维空间有限元分析模型,然后采用ANSYS有限元分析程序对大桥的动力特性进行了分析,获得了连续梁桥的自振频率和振型;并与实测结果进行了对比。     

桥塔上风传感器安装位置对测量结果的影响

为探讨桥塔上风传感器安装位置对测量结果的影响,以计算流体力学大型商用软件Fluent为平台,采用有限体积法对计算域进行离散,基于k-湍流模型研究了桥塔附近的风场特性.分析了不同来流风速、不同来流风向下桥塔附近风观测点的风速、风向变化规律,给出了相应的风速修正系数和风向角修正值.研究结果表明:桥塔对测量结果的影响较大,桥塔上风传感器的安装位置应经过优化确定.风传感器位于迎风侧时,风速比值在0.45~1.30之间波动;位于背风侧时,风速比值在0.05~1.25之间波动.风传感器较优的安装位置为离塔1.0倍特征尺寸以上,且与来流方向的夹角在(45.0~56.5)范围内.      

高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风成因

为探讨高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风的成因,采用CAW600-RT型四要素自动气象站、手持风速仪及便携式温度计,对大渡河大桥桥址区风特性进行实测,分析了桥位处平均风速与温度、日照及地形地貌等的相关性.结果表明:大渡河大桥位于高海拔高温差深切峡谷内,桥址区几乎每天下午起风,平均风速常达10 m/s以上;根据成因,桥位处的大风可分为2类,一类受大尺度大气环流影响,另一类受小尺度范围内热力驱动而产生日常大风,并受局部地形及随时间变化的日照的影响;桥位处日常大风出现的频率较高,虽不控制桥梁的设计基准风速,但影响桥梁的耐久性和行车舒适性.      

重载交通对钢桥面沥青铺装的影响及管理对策

结合江阴长江公路大桥钢桥面铺装研究课题,利用先进的WIM(动态称重)设备,取得江阴大桥在重裁条件下的车辆交通分布、轴栽谱、胎压以及车速等参数;然后结合理论力学计算,对重栽交通状况下的钢桥面沥青铺装的受力特性、防水粘结层的剪切特性、铺装的使用寿命以及永久变形情况进行了分析;最后,对适合重载交通的钢桥面沥青铺装的管理对策进行了探讨。     

基于AR模型的接触网脉动风场与风振响应

基于AR模型和接触网结构特性,建立了具有时间和空间相关的接触网脉动风场,由模拟的风速时程获得作用于接触网的风荷载;建立接触网三维有限元模型,研究了其模态、静态风偏和风振响应,并对位移响应进行了频谱分析.分析结果表明:垂向风速相对顺风向风速较小,采用Davenport风速谱可建立接触网脉动风场;接触网在30 m·S-1的横向平均风和自然风作用时,接触线跨中节点横向位移的最大值分别为109.11 mm和312.49 mm,平均风荷载下计算得到的接触线横向位移减小了186.40％;接触网在横向自然风作用时,接触线横向和垂向振动位移同时产生,接触网第1阶垂向和横向振动频率分别为0.973 Hz和1.384 Hz,在这2阶频率处产生了接触网结构与风荷载的峰值共振;接触网在30 m·S-1的自然风作用时,由风荷载引起的应力分别占接触线和承力索总应力的10.77％和27.40％,因此,需采用脉动风荷载进行接触网的风偏和强度设计.     

山区风作用下大跨悬索桥响应分析

为了研究山区非平稳强风下大跨悬索桥静风及抖振响应,以云南普立大桥为工程背景,基于该桥址处实测风速样本,对大跨桥梁展开风致响应分析.首先,根据实测风速样本确定了时变平均风并且估计了脉动风谱.然后,在考虑了恒载结构初始内力状态下进行了非线性静风响应分析.最后,采用虚拟激励法分别针对实测风谱与规范风谱对该桥进行了抖振响应研究.计算结果表明,该大桥的抖振以竖向振动为主,并且其位移响应比静风突出; 10 min常值平均风会低估该桥的静风响应;由规范风谱得到的主梁抖振响应偏于不安全.研究结论可为同类山区大跨桥梁风致静力及抖振响应研究提供参考.      

大型桥梁健康监测系统传感器异常诊断方法研究

针对结构健康监测研究领域内尚缺乏传感器异常诊断研究的问题,该文将灰色系统理论中的灰色关联度分析方法引入大型桥梁结构健康监测系统的传感器异常诊断中。在对灰色关联度分析方法的步骤、基本原理进行研究的基础上,得到了判断测试数据关联性优劣的灰色关联度阈值,并采用灰色关联度分析方法对江阴大桥应变实测数据进行了关联度分析计算,判断得出:除少数可能工作异常的传感器之外,大多数传感器工作正常。     

山区桥梁三维空间脉动风场模拟

依据脉动风的特性,对三维空间脉动风场进行了合理简化.基于谐波合成法(WAWS),考虑空间相关性并运用FFT技术,采用MATLAB编制了脉动风场数值模拟程序.以某一高墩刚构桥为例,模拟了其脉动风速,并对模拟结果进行了检验,结果表明模拟值与目标值之间拟合较好,验证了这种方法对山区桥梁三维空间脉动风场模拟的适用性.     

基于GPS技术的大跨桥梁实时动态监测系统

大跨度桥梁,特别是主梁为钢结构的跨江大桥,其变形受台风、地震、车辆以及温度变化等因素的影响很大,对其进行实时动态的变形监测,能够获取桥梁在各种荷载作用下的变形数据,了解其工作状况,进一步掌握其变化规律。以江阴大桥结构健康监测系统中的GPS桥形在线监测系统为例,详细介绍了GPS监测系统的组成和数据分析,实践证明,该系统能够精确地记录大桥在车辆、风荷载以及温度变化情况下结构主梁和主塔的位移特征,从而为验证结构抗风、抗震设计和大桥的日常安全维护提供可靠依据。     

荆岳长江大桥附近大风特征及设计风速推算研究

利用岳阳气象站1952~2000年逐年10 min平均最大风速资料序列,对大风特征进行了分析.利用极值Ⅰ型分布曲线,推算出气象站处基本风速,结合沿江观测对比记录,通过比值法把基本风速推算到设计风速.结果表明:(1)桥位附近10 min平均年最大风速极值24.7 m/s,主导风为东北风;(2)不同重现期(100,50,30,10 a)10 m高处10 min平均年最大风速(基本风速)分别为27.6,25.4,23.8,20.2 m/s;(3)考虑5%的计算误差,桥位区不同重现期(100,50,30,10 a)10 m高处10 min平均年最大风速(设计风速)分别为29.0,26.7,25.0,21.2 m/s;(4)利用近地层风速随高度的指数变化推算出300 m以下每10 m高度层的设计基准风速.