悬索桥高等气动分析的状态-空间法

提出了一个基于有限元全新的高等气动分析模型,此模型可用来分析时域内颤振失稳和抖振响应问题.时域内的运动方程用模态坐标状态-空间形式给出.与频率有关的颤振导数可变换成与时间有关的合理函数,这样在阵风作用下三维气动运动的耦合影响就可以精确地进行分析.抖振力用准稳态公式及适当的气动容许值加以考虑.用多维自动退化移动平均模型来模拟沿桥长的扰动风速.对主跨1 991 m的明石海峡大桥用三维有限元模型进行了数值分析,结果表明抖振响应的理论值与全桥气弹模型风洞试验值符合较好.还对影响抖振响应的各主要参数进行了广泛的研究.     

基于虚拟激励法的多维多点随机风作用下大跨度斜拉桥抖振响应研究

大跨度桥梁风致抖振在各种风速下均会发生,且精确响应计算也较为困难,针对此响应计算问题,提出了基于虚拟激励法的多维多点风致抖振响应计算方法。通过抖振力谱与来流风谱理论公式关系,将抖振力转化为多维虚拟力作用在桥梁结构有限元模型上,计算各频率点与时间点下的虚拟响应,积分得到随机响应均方根值,实现了通过直接在有限元模型上加载虚拟抖振力谱,同时可考虑结构的全频率参与贡献,快速求解随机风作用下桥梁抖振响应。通过计算分别选取基于风洞试验识别的气动导纳函数、跨向相干性函数与规范规定的跨向相干性函数和Sears函数时桥梁的抖振响应值,与全桥气弹模型风洞试验值进行对比,得出采用风洞试验识别得到的气动导纳函数、跨向相干性函数时的抖振响应结果与试验结果最为接近。     

考虑背景响应的斜拉桥侧向抖振响应分析

对福州市青州晃江结合梁斜拉桥主梁侧向抖振响应进行了较为详细的分析，较全面地考虑了气动导纳、自激气动力和背景响应的影响，为对未考虑背景响应的抖振分析结果进行修正，定义了背景响应修正系数并给出了计算公式，计算了闽江斜拉桥的侧向抖振响应，与未考虑背景响应影响的有限元分析结果进行了对比，对侧向拌振位移响应以及背景响应比例进行了参数分析，分析表明：闽江斜拉桥背景响应的贡献不可忽略。     

钢桁架梁悬索桥抖振响应影响因素分析

用等效的单主梁模型分析钢桁架悬索桥的抖振,分析各种因素对钢桁架悬索桥抖振响应的影响。由于桁架桥构件之间气动干扰的复杂性,在风洞试验时得到的气动力系数表征的是断面的气动特征,而非杆件的气动特征。因此,风振的分析需要建立静力刚度和动力特性与桁架梁等效的单梁有限元模型。通过调整等代梁的刚度和集中质量可以实现等效。分析结果表明:在设计基准风速下,大变形和自激力对抖振起抑制作用,有效风攻角使得抖振响应变大,且静风对风攻角的改变起主要作用。自激力影响程度最大,静风和有效风攻角的影响程度其次,大变形的影响最小。     

基于CFD的大跨度钢桁梁悬索桥抗风性能分析

为研究钢桁梁悬索桥主梁截面气动性能及大跨度悬索桥抗风性能,以某桁梁式大跨度悬索桥结构为工程背景,采用CFD数值模拟方法,开展大跨度悬索桥桁架式主梁截面气动力参数的简化分析,并对大跨度悬索桥颤振和抖振特性进行了研究。研究结果表明:采用简化的板桁主梁CFD分析模型,将三维结构等效为二维平面,有效地降低了建模难度和计算工作量;根据颤振分析结果,颤振风速为50. 5m/s小于颤振临界风速为124. 2m/s,颤振性能良好;由成桥状态下脉动风作用下桥梁抖振响应结果,桥梁在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。     

基于时频混合格式的桥梁抖振响应计算方法

利用一种时频混合格式计算桥梁在紊流风激励下的抖振时程响应。针对动力风荷载既有时域内定义的抖振激励力,又有用频域内的颤振导数来定义的与结构自身运动有关的气弹自激力,存在时频混合项的特点,引入时频混合格式的AFT方法来计算桥梁抖振时程响应;在保持频域计算高效性的同时,又通过拟力概念在时域计算结构非线性不平衡力和气弹力造成的振型耦合,通过迭代使其收敛。通过算例验证了该格式是一种可行的计算桥梁抖振响应的方法。     

山区峡谷风环境作用下拱桥风致动力响应研究

文章以大宁河特大桥为工程依托,建立了空间有限元模型,对该桥的颤振稳定特性、涡激振动和抖振响应进行分析与计算,得到该桥的颤振临界风速、涡振锁定风速、涡激共振振幅以及抖振位移。结果表明,拱桥成桥后刚度较大,抗风设计通常满足要求;施工中,通过制定具体的抗风措施,如设置抗风缆,能够保证抗风安全。     

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。     

大跨度桥梁颤、抖振分析:有限元及随机参数激励解

开发了分析大跨度桥颤振失稳、抖振响应及其之间相互影响的有限元程序。在随机参数激励(RPE)分析中采用颤振导数代替以前研究人员使用的指数函数,这使有限元的求解成为可能,并使RPE分析比以前节省时间。使用该有限元程序,多个模态可以很容易地包括在颤、抖振的分析中。在颤振分析中,用户可以选择RPE方法或特征值方法;在抖振分析中,可以选择RPE或谱分析法。     

钢桁梁悬索桥抖振响应及其影响参数分析

钢桁梁是双层桥面悬索桥及峡谷地区悬索桥常用的加劲梁形式,该类加劲梁构件众多、阻风面积大,在脉动风荷载作用下的抖振响应非常显著。采用Davenport抖振频域方法对某钢桁梁悬索桥的顺风向、横风向及扭转方向的抖振响应进行分析。抖振有限元频域分析表明:抖振位移主要由加劲梁各方向的1阶振动模态控制,高阶模态的参与效应可以忽略;对于抖振加速度,高阶模态有较大贡献。进一步研究了定常及非定常自激气动力形式对气动阻尼的影响,结果表明准定常自激力描述竖向及侧向模态的气动阻尼具有足够的精度,但描述扭转模态的气动阻尼还存在很大的近似性。     

大跨度桥梁抖振响应的直接估算方法

大跨度桥梁结构抖振响应的预测主要通过全桥气弹模型抖振响应试验和基于节段模型试验识别气动参数的理论计算2种方法。但由于试验中大气边界层湍流特性的模拟与实际存在一定的偏差，因此无法准确估计实际桥梁结构的抖振响应。为解决实际大跨度桥梁结构抖振响应预测的精度问题，在片条假设成立的条件下，通过数学推导提出了综合传递函数的概念。该函数是气动导纳函数和考虑了自激力的机械导纳函数的组合，其将湍流的脉动特性与由湍流引起的桥梁结构的抖振响应直接联系在一起，并基于此提出了一种预测大跨度桥梁抖振响应的直接计算方法。以坝陵河大跨度悬索桥为例，在两不同风场中分别进行全桥气弹模型风洞试验，通过模型抖振响应及模拟风场测量的试验结果识别两不同风场中的综合传递函数，发现二者结果几乎一致。理论及试验分析表明：对于展宽比较大的大跨度桥梁结构，综合传递函数仅与结构固有特性及参数有关，与风场特性无关；基于综合传递函数获得抖振响应的方法省略了传统分析方法中气动参数的识别及抖振力的计算，可通过测得实桥桥址处的湍流特性，利用风洞试验中识别的综合传递函数直接计算获得实桥准确的抖振响应。最后通过算例给出了综合传递函数的应用方法，为大跨度桥梁抖振响应的准确预测提供了方法，并可为节段模型试验直接预测实桥抖振响应提供思路。     

大跨窄面悬索桥抖振时域精细化分析

以主跨278 m,桥面宽4 m的钢桁架加劲梁窄面悬索桥为工程背景,对大跨窄面悬索桥的风致抖振响应进行了有限元仿真模拟分析,并对可能影响桥梁抖振响应的几个关键的影响因素进行了分析,研究了大跨窄面悬索桥的抖振响应特点,得出结论:对于大跨窄面悬索桥结构,在动力时程分析过程中考虑大变形效应,结构主梁的抖振响应脉动幅值均变小,且...     

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。     

斜拉桥风致响应的雷诺数效应

为研究主梁三分力系数雷诺数效应对斜拉桥的静风响应及抖振响应的影响,分别采用大、小2种比例主梁节段模型的风洞试验测得主梁三分力系数;并用结构有限元方法,以苏通大桥为背景,分析了高雷诺数和低雷诺数时斜拉桥的静风响应和抖振响应.研究结果表明:雷诺数效应对斜拉桥抖振效应有不可忽略的影响;忽略主梁雷诺数效应的斜拉桥静风响应和抖振响应分析可能会导致偏危险的结果.     

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.     

大沽河航道桥全桥气弹模型风洞试验研究

青岛海湾大桥大沽河航道桥为主跨260 m的独塔自锚式分离双箱梁悬索桥,运用ANSYS软件对成桥状态及施工状态进行动力特性分析,并依托全桥气弹模型风洞试验,采用1∶118的几何缩尺比进行成桥状态和施工状态的颤振及抖振试验,测定颤振临界风速及抖振响应,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明,该桥具有较好的颤振稳定性。     

海口司马坡钢桁架异形桥的抗风设计

桥梁结构风致抖振响应主要基于节段模型测力及准定常抖振理论进行,但这一方法无法适用于结构外形新颖的异形桥梁,也无法反映结构在斜风向下的风致响应特性。该文以跨度152.8m的海口司马坡大桥——异形钢桁架桥为研究背景,基于全桥刚性模型测压试验结果对大桥在全风向角下的三维抖振特性进行了数值分析,并研究了采用调谐质量阻尼器抑制抖振响应的可行性。结果表明:主梁竖向最大位移、支座反力和杆件内力的最不利值发生在风向与桥轴线垂直的正交风工况,而竖桥向最大加速度响应出现于斜风向。此外,结构阻尼比取值对结构响应分析影响较大。该文研究进一步验证了桥梁抖振响应不总是以正交风最为不利,在异形桥梁的抗风设计中应重视斜风效应。     

大跨度公轨两用钢桁梁悬索桥抖振响应研究

钢桁梁具有刚度大、透风性好、能够适应双层桥面的特点,可以有效避免涡激和提高颤振稳定性,是铁路悬索桥加劲梁的首选形式。然而由于其杆件自身干扰效应明显,在脉动风作用下的抖振响应显著,因此精细化研究钢桁梁抖振响应是当前工程需要解决的难题。以拟建主跨720 m的重庆郭家沱长江大桥为工程背景,采用频域计算和风洞试验方法研究其抖振响应,对钢桁梁悬索桥的抖振响应特性进行总结。应用Davenport准定常分析方法按平方和开方(SRSS)对重庆郭家沱长江大桥进行抖振响应的频域分析,制作几何缩尺比为1∶120的气弹模型,并结合可以考虑非定常效应的风洞试验,精确测量主梁关键位置抖振位移响应。     

大跨度三主桁钢桁拱桥施工状态抖振风洞试验研究

为研究大跨度拱桥施工状态的风致抖振性能,以三主桁钢桁拱桥——明珠湾大桥为背景,采用风洞试验对紊流风作用下的桥梁抖振响应进行测试。根据施工步骤选取典型施工状态,建立桥梁结构有限元模型并进行动力特性分析,通过比较自振模态频率,确定最不利施工状态。制作最不利施工状态下桥梁1∶100缩尺气弹模型,采用U形弹簧等效模拟梁、拱刚度,在模拟B类风场的边界层风洞中进行桥梁气弹模型抖振响应测试。结果表明:梁、拱已拼装至最大单悬臂且第3层扣索尚未张拉时为最不利施工状态;抖振随机响应以一阶竖弯和一阶横弯为主,抖振响应峰值因子与规范取值范围基本吻合;完全横桥向来风条件下拱桥抖振响应最大,完全顺桥向来风时抖振响应最小。     

考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应研究

为更准确研究大跨度桥梁的风致振动特性,为设计提供更可靠的方法,对考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应进行了研究。介绍了一种流固耦合分析的强耦合方法,同时求解流体控制方程和结构控制方程,计算出全场变量值。给出了与求解方法相应的湍流模型和边界条件。对大跨度悬索桥进行了风振响应分析和颤振分析,与已有文献进行了结果对比。研究表明:发生颤振时,考虑流固耦合作用时桥梁的颤振临界风速要小于不考虑流固耦合作用时的情况,其风振响应要大于不考虑耦合作用的风振响应,说明在气动弹失稳的情况下,流固耦合作用加深了结构的不稳定性。结果表明流固耦合效应对于大跨度悬索桥风振响应有重要影响,强耦合计算方法可以较准确地预测其风致振动特性。