山区桁架梁悬索桥颤振稳定性气动优化研究

为研究山区峡谷大跨度钢桁梁悬索桥的颤振稳定性及其气动性能优化措施,以某大跨度钢桁架梁悬索桥为工程背景,通过有限元计算分析及主梁节段模型风洞试验,研究其主梁颤振稳定性能.针对大桥颤振临界风速低于颤振检验风速,设计并试验对比了封闭桥面板中央开槽、中央上稳定板和中央下稳定板三种气动优化方案.试验结果表明,采用格栅板封闭桥面板中央开槽并设置中央下稳定板能有效提高大桥的颤振稳定性.     

颤振临界风速计算值与试验值的一致性

为了准确把握扁平箱梁的颤振性能,采用节段模型风洞试验和颤振计算相结合的方法,研究了扁平箱梁断面在不同风攻角下颤振临界风速计算值与试验值的一致性.首先通过强迫振动风洞试验获得了某箱梁断面模型颤振导数;然后通过耦合颤振闭合解法获得了不同动力参数条件下的颤振临界风速;最后通过弹簧悬挂节段模型风洞试验测试获得了相同参数条件下的颤振临界风速.计算值和试验值对比结果表明:在0°攻角下扁平箱梁模型颤振临界风速的计算值与试验值保持一致,6种工况下两者差异分别为0.12%、0.50%、4.90%、4.10%、4.84%和1.43%;当风攻角为3°和5°时,颤振临界风速的计算值与试验值较难保持一致,最大差异值可到10.4%;通过对比颤振因子在计算和试验条件下的离散性,在排除非线性气动力和结构阻尼的影响后,推测造成此差异的原因是耦合颤振运动中相位角的变化引起了颤振导数的变化.      

П型断面主梁软颤振特性及抑制措施研究

П型断面主梁为气动钝体结构,在非线性自激力作用下,极易发生软颤振现象.以某П型断面叠合梁斜拉桥为研究对象,通过节段模型风洞试验,研究了各种气动措施对П型断面主梁软颤振性能的影响.研究结果表明:П型断面主梁软颤振表现为弯扭自由度耦合的单频振动特征,且随着风速的增加,竖向振动参与度系数先减小后增大;安装风嘴可以增大系数,其振幅服从正态分布,振幅波动范围随风速及攻角变化而变化;风攻角为负时,П型断面主梁最易发生软颤振;设置桥面附属设施会提高软颤振的临界风速、减小软颤振的扭转振幅及振幅增长速率;设置风嘴会显著降低软颤振的振动响应,采用尖风嘴可以改善主梁的软颤振性能,且随着风嘴变尖,软颤振的临界风速有提高的趋势,软颤振扭转振幅有下降的趋势;П型断面主梁底部设置中央稳定板对其软颤振性能的影响不明显.     

基于风洞试验的升力系数对桥梁气动性能的评价

文章对虎门二桥主梁的3个不同方案进行了风洞试验,提出了仅由静风状态下测出的升力系数可作为初步判定悬索桥主梁选择优劣的标准,通过成桥状态阶段模型测振实验测出颤振临界风速,并比较了3个方案颤振临界风速大小,探明了升力系数能综合反映桥梁气动性能这一理论的正确性。     

大跨度双层桁架梁悬索桥颤振性能试验研究

为提高大跨度双层桁架梁悬索桥的颤振性能，以主跨为1 700 m的杨泗港长江大桥为工程背景，通过节段模型风洞试验，分别研究了上中央稳定板、下稳定板、水平翼板以及组合措施对主梁颤振性能的影响，并通过将有效气动措施与主梁原有构件相结合的方法来减小传统气动措施带来的不利影响，针对最优气动方案，研究了阻尼比对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明:原主梁断面在0° 和 +3° 攻角下发生了没有明显发散点的单自由度扭转软颤振，颤振临界风速分别为50.5 m/s和31.2 m/s；安装于上层桥面的上中央稳定板、下层桥面的下稳定板以及与人行道底部齐平的水平翼板均能不同程度地提高主梁的颤振稳定性；当把水平翼板与下层桥面的下稳定板组合后，主梁的颤振临界风速增长率可高达34%，在此基础上提出了将上层托架和人行道板加宽、并将下稳定板和检修车轨道相结合的最优气动方案；当扭转阻尼比由0.37%增加至0.52%时，主梁的颤振临界风速可提高11.9%，说明阻尼器可能对发生单自由度扭转软颤振的桥梁起到良好的抑振效果.      

半开口和分离边箱开口断面主梁竖向涡振性能对比

为深入研究不同截面形式开口断面主梁的涡振性能及其发生机理，针对半开口和分离边箱开口断面2种主梁，进行了1∶50节段模型风洞试验，考虑等效质量、风攻角和阻尼比等因素的影响，计算了2种主梁断面的斯托罗哈数；基于线性和非线性理论，估算了实桥竖向涡振振幅；建立了二维数值模拟分析模型，验证了数值模拟方法的准确性，并对比了2种主梁断面周围的瞬时涡量和平均流线结构。分析结果表明:2种主梁在风攻角为3°和5°时均发生竖向涡振，且出现2个涡振区，第2个涡振区主梁竖向涡振最大振幅明显大，5°风攻角时2种主梁竖向涡振振幅比3°风攻角时大75%；风攻角为5°，阻尼比为0.8%时，分离边箱开口断面主梁竖向涡振最大振幅比开口断面大28%；随着Scruton数的增大，主梁竖向涡振的最大振幅接近线性减小，相同Scruton数工况下，5°风攻角时分离边箱开口断面主梁竖向涡振振幅最大，3°风攻角时半开口断面主梁振幅最小，说明正风攻角越大，主梁断面越钝，其涡振性能越差；5°风攻角时分离开口断面更钝，引起气流更大的分离，来流风在2种主梁断面的桥面上方和主梁开口处均形成漩涡，由于斜腹板和风嘴作用，主梁开口处尺寸较大的漩涡被打碎为几个尺寸接近的较小漩涡，优化了主梁的涡振性能。      

考虑主缆振动的悬索桥三维颤振分析

传统悬索桥颤振分析中通常忽略作用在主缆上的自激力。在系统颤振运动方程中同时纳入作用在主梁与主缆上自激力的贡献，研究主缆振动对总索桥颤振稳定性的影响。以某悬索桥设计方案为工程背景，对该桥主梁架设阶段和成桥状态分别进行了三维颤振分析。与传统仅考虑作用在主梁上自激力的颤振分析结果相比，考虑主缆振动后计算所得系统颤振临界风速将会提高，且对主梁早期架设阶段影响较大，对后期架设阶段以及成桥状态影响较小。     

西堠门大桥初步设计钢箱梁断面气动选型

用基于计算流体力学（CFD）的数值方法对开槽宽度为5．5，6．0和6．5m的双箱断面进行了气动性能分析，结果槽宽6.0m的双箱断面气动性能最优．通过1：80节段模型试验，对槽宽6．0m的双箱断面、传统单箱断面和双箱格构断面的颤振临界风速进行测定，评价了3种断面气动性能的优劣．结果表明，3种断面——双箱断面、传统单箱断面和双箱格构断面的实测颤振临界风速都大于颤振检验风速，但传统单箱断面需采取气动控制措施．     

不同攻角下扁平箱梁颤振机理

静风效应产生的附加风攻角对大跨度桥梁的颤振性能有着重要的影响,因此研究不同风攻角下主梁的颤振机理有重要意义.以扁平箱梁为研究对象,基于不同攻角下的颤振导数,采用双模态耦合解法掌握了颤振性能,继而通过分析气动阻尼、相位差和气动力幅值的变化研究了颤振机理.研究结果表明:在0°和3°攻角下,非耦合气动力为扁平箱梁断面提供了较大的正阻尼,颤振临界风速较高;在5°攻角下,非耦合气动力产生的正阻尼显著减小,使得耦合气动力产生的负阻尼迅速增加,导致颤振临界风速显著降低;耦合运动相位角增大是大攻角下气动负阻尼增加的主要原因,耦合气动力振幅则对颤振风速没有影响;此颤振机理表明大攻角下扁平箱梁颤振性能的弱化是由耦合效应增大引起,而非扭转运动产生的气动负阻尼引起.      

宽幅分体箱梁涡振性能及其抑振措施

为研究宽幅分体箱梁桥梁涡激振动特性及其相应振动抑制方法,以某主梁总宽度为64.1 m的分体箱梁大跨悬索桥为工程背景,在均匀流场下对1∶70缩尺比节段模型进行了风洞试验. 首先研究了主梁成桥态在0°、± 3°和± 5°五种不同来流攻角下的涡激振动特性;其次,考察了单一气动措施（包括设置水平气动翼板、封闭中央开槽、隔涡网以及检修车轨道导流板）,以及各种组合措施对主梁涡激振动的影响,检验了这些措施对主梁颤振性能的影响. 研究结果表明:宽幅分体式双箱梁在5个风攻角下均发生了竖向自由度涡激共振,其中最不利攻角为–3°,竖向振幅最大值为0.69 m,超过《公路桥梁抗风设计规范》限值的70%;设置隔涡网和采用组合气动措施后,较原始主梁,涡振振幅下降50.7%～98.6%;尽管抑振措施使主梁颤振临界风速降低6%～15%,但仍满足抗风设计要求.      

鸭绿江悬索桥动力特性分析

介绍了鸭绿江大桥悬索桥设计,并以有限位移理论为基础,通过迭代算法计算悬索桥主缆的初始平衡状态并以此为基础建立全桥结构有限元计算模型,分析成桥状态下的结构动力特性。     

混凝土自锚式悬索桥的恒载平衡状态分析

为获得混凝土自锚式悬索桥的理想恒载状态,为施工阶段倒拆分析提供理论依据,针对混凝土自锚式悬索桥的结构特点,以国内某跨径布置为(65+158+65)m的混凝土自锚式悬索桥为背景,基于有限位移理论和分段悬链线法计算理论,运用有限元软件ANSYS对其在结构自重、混凝土收缩徐变效应以及预应力效应等作用下的恒载平衡状态进行分析,得到混凝土自锚式悬索桥的合理线形和受力状态。研究结果表明:该方法所得主缆在恒载作用下的成桥线形合理、吊索索力及主梁的受力合理,为混凝土自锚式悬索桥的设计、分析及施工控制提供理论依据。     

带输送机边主梁涡振性能及抑振措施试验研究

桥面输送机改变了边主梁的气动外形，为研究其涡振性能及抑振措施，开展了1.00∶20.00刚性节段模型自由悬挂风洞试验. 首先，研究了带输送机边主梁断面涡振性能，并测试了结构阻尼比对其的影响；其次，对比了有、无输送带边主梁的涡振性能；最后，采用风嘴、梁底稳定板、水平隔流板等气动措施对主梁断面涡振性能进行了优化研究. 结果表明:带输送机边主梁在规范要求的0°、±3° 风攻角下的涡振性能均较差，最大超出规范限值286%；桥面输送机降低了主梁的涡振稳定性，涡振响应峰值提高了44%；梁底安装稳定板有利于改善主梁的涡振性能，并且与梁底同高的稳定板制振效果随其数量的增加而更优，安装3道1.5 m下稳定板对主梁涡振抑制效果达93%；伸出梁底0.5 m的2.0 m高中央稳定板能完全抑制主梁涡振；风嘴对主梁的涡振性能影响较弱，但在一定范围内具有最优角度取值；梁底单独布置水平隔流板，涡振响应峰值降低17%；优化主梁截面采用风嘴 + 风嘴水平分流板 + 1 m宽水平隔流板，主梁涡振响应峰值降低92%，且远低于规范限值.      

基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施

为研究大跨度悬索桥涡激振动性能,并提出有效的涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,通过1∶20大尺度节段模型风洞试验,在低阻尼下研究了人行道栏杆、检修轨道、导流板对主梁涡激振动性能的影响;通过在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁的涡激振动,并基于试验现象探讨了涡激振动发生的机理.研究表明,在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁涡激振动的措施使桥梁断面的气动外形更合理,抑振效果好,且结构形式简单,便于工程应用.     

双塔简支梁悬索桥施工阶段动力特性分析

为探讨双塔简支梁悬索桥施工阶段的动力特性,运用Midas/Civil有限元软件中的子空间迭代法建立桥梁仿真空间模型,针对不同施工阶段的悬索桥进行自振特性分析,得出以下结果:(1)主梁的抗扭强度随着正反对称扭转频率的增加逐渐增大;主梁完成吊装后频率剧增是由于结构的整体刚度增大,致使竖弯和侧弯的频率增大;(2)扭弯频比越大桥梁结构的抗风性能越优;(3)考虑到桥梁的结构受力和自振特性,该桥建议采用刚铰结合法进行主梁吊装。     

基于CFD与风洞试验的边主梁涡振气动措施

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD (computation fluid dynamics)数值模拟选型+风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究.该桥原设计主梁断面在常遇风速下存在显著涡激振动,为完成气动措施的初步选型,采用CFD数值计算对原设计断面的流场进行模拟,通过研究原设计断面的旋涡脱落状态确定主要旋涡抑制对象,进而有针对性地模拟了3种气动措施（下中央稳定板、导流板与风嘴）对主要脱落旋涡的抑制作用,通过将各断面旋涡脱落状态与三分力系数进行对比分析,得到各断面涡振性能的相对优劣关系,并最终选取风嘴与下中央稳定板结合而成的组合气动措施进行风洞验证试验.试验结果表明：该组合气动措施能够有效抑制梁体在各风攻角下的涡激振动,且在+5°风攻角下,通过风洞试验得到的导流板、下中央稳定板、风嘴组合气动3种措施对原设计断面涡振振幅的减小作用依此递增,分别为2.7%、27.7%与87.4%,制振能力高低关系与数值模拟结果相一致;本次数值模拟结果符合预期要求,未来可针对不同类型桥梁断面进一步扩展数值模拟与风洞试验结...     

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.      

基于CFD的大跨度悬索桥主塔抗风性能分析

大跨度悬索桥在跨越大江、大河、深沟、峡谷时越来越受到青睐,而随着桥梁跨度增大、索塔的增高,大跨度悬索桥越发轻柔,对风致振动也越加敏感。在施工过程中,较高、较柔索塔在独塔状态下的抗风性能相对较差,应予以高度重视。对某主跨828m的铁路悬索桥主塔,运用流体动力学(CFD)方法模拟分析了主塔断面在风作用下的涡振性能。结果表明,索塔断面背风侧有明显的漩涡脱落,较钝的索塔断面易受风致涡振影响;独塔状态下索塔的涡振风速为15~18m/s,风速相对较低,发生概率较高;建议采用较为圆滑的断面并在独塔施工中做好横向连接,同时尽量避免在多风季节施工。     

鹅公岩大桥动力特性分析

以重庆市鹅公岩大桥为工程案例,对大跨径自锚式悬索桥的动力特性进行研究。基于MIDAS/CIVIL软件建立全桥有限元模型,采用非线性有限元与子空间迭代相结合的方法,具体分析矢跨比、边中跨比、构件刚度以及服役期荷载集度、温差等参数对600m跨径的自锚式悬索桥动力特性的影响规律。研究结果表明:成桥状态下,结构基频为0.103 1 Hz,加劲梁纵飘振型起主导作用;矢跨比的改变使多阶模态的频率受到影响,其中,加劲梁振动受到的影响最为显著;边中跨比主要影响结构的竖向振动,减小边中跨比有利于提高结构的整体刚度;主缆抗拉刚度对频率的影响较小,反之,主梁抗弯刚度对结构的竖向及横向频率的影响较为显著;桥梁服役期间,模态频率受恒载集度、温差因素的影响不可忽略。     

浅谈斜交混凝土自锚式悬索桥主梁土胎法施工技术

混凝土自锚式悬索桥是一种结构复杂、自重较大、整体性能好的新型桥梁,特点为依靠自身重量锚定悬索结构。但是斜交结构的混凝土自锚式悬索桥却并不常见,主梁的横梁均与纵梁呈斜交状态,对支架系统的稳定性造成很大影响。介绍了哈尔滨市松北灌排体系及水生态环境建设一期发生渠10#(桥梁)工程的主梁土胎法施工方法和关键控制点等内容。