长安街西延永定河大桥斜拉索风雨振及减振措施研究

为明确长安街西延永定河大桥斜拉索的风雨振特性,提出有效的减振措施;进行斜拉索风雨振计算分析,并通过风洞试验分析风速和雨强对斜拉索风雨振的影响;研究不同阻尼比和斜拉索表面缠绕双螺旋线的减振效果。结果表明:该桥大部分斜拉索在不采取减振措施的情况下有发生风雨振的可能;斜拉索风雨振的振幅随着风速的增大先增大后减小,随着雨强的增大逐渐减小;增大阻尼比能有效减小斜拉索风雨振的振幅。建议该桥斜拉索安装阻尼器时,阻尼比不小于0.9%;当螺旋线的直径为1.2mm时,单根螺旋线的间距取6倍的斜拉索直径;当单根螺旋线的间距为12倍的斜拉索直径时,螺旋线的直径取2.0mm。     

斜拉索风雨振响应特性

为了研究斜拉桥拉索风雨振的机理及响应特征,在岳阳洞庭湖大桥建立了由风速仪、雨量计、加速度传感器组成的风雨振现场观测系统,观测到了多次拉索风雨振现象;得到了发生拉索风雨振时风速、风向及雨量的基本条件,分析了风雨振时拉索振动的幅值、主振频率、模态参与特性及空气动力负阻尼比等响应特征。结果显示拉索风雨振很少为单模态振动,大多表现为主振模态和多阶模态参与的振动。     

斜拉桥设计阶段斜拉索雨振的估算

斜拉索雨振是斜拉桥设计中最为设计者所关心的问题之一.如果没有广泛深入的研究,仅靠一般的试验研究,要在设计阶段准确地预测雨振效应是困难的.给出一个预测斜拉索可能发生的雨振估算模型,该模型是一个基于已有研究和实测成果及最不利状态下的设计用模型.斜拉索的风荷载由修正的驰振方程给出.由该模型可估算斜拉索雨振的临界风速及振幅.估算结果依赖于斜拉索的直径、阻尼、刚度、质量以及升力系数随风的攻角的变化等参数.计算时采用了由以往试验所得的升力系数.用该模型对某座实桥斜拉索雨振的估算结果与其现场实测结果的比较表明估算结果能很好地反映实测结果.在另一座斜拉桥的设计阶段也采用了该估算模型.     

斜拉桥设计阶段斜拉索雨振的估算

斜拉索雨振是斜拉桥设计中最为设计者所关心的问题之一。如果没有广泛深入的研究，仅靠一般的试验研究，要在设计阶段准确地预测雨振效应是困难的。给出一个预测斜拉索可能发生的雨振估算模型，该模型是一个基于已有研究和实测成果及最不利状态下的设计用模型。斜拉索的风荷载由修正的驰振方程给出。由该模型可估算斜拉索雨振的临界风速及振幅。估算结果依赖于斜拉索的直径、阻尼、刚度、质量以及升力系灵敏随风的攻角的变化等参数。计算时采用了由以往试验所得的升力系数。用该模型对某座实桥斜拉索雨振的估算结果与其现场实测结果的比较表明：估算结果能很好地反映实测结果。在另一座斜拉桥的设计阶段也采用了该估算模型。     

表面涂层拉索风雨激振及风荷载风洞试验研究

为避免拉索缠绕螺旋线对斜拉桥横桥向受力造成不利影响,提出一种在拉索表面涂聚脲涂层的风雨激振抑制措施.采用风洞节段模型测振、测力试验,研究聚脲涂层表面处理措施对拉索风雨激振和风荷载的影响,并与不采用措施拉索以及采用传统的缠绕螺旋线措施拉索进行比较.结果 表明:聚脲涂层表面处理措施能有效抑制拉索风雨激振;在无措施拉索临界区...     

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。     

悬链线型斜拉索风雨激振模型及特性分析

斜拉索长度随斜拉桥跨度增大而增长，以抛物线型近似代替实际状态下拉索线型的误差也越来越大。考虑水线与拉索表面之间存在库仑阻尼力和黏滞线性阻尼力，建立了基于悬链线型考虑面内-外耦合振动的运动水线连续弹性拉索风雨激振理论模型，并推导出以各阶模态为坐标的拉索振动微分方程。以不同参数拉索为例，对拉索与水线的耦合运动微分方程组进行数值求解，并将计算结果与基于抛物线型的拉索风雨激振理论模型进行了比较。结果表明：在某些情况下，拉索采用悬链线型与抛物线型的计算结果在拉索振幅、参振模态、空间振动形态、振动频率、拉索与水线相位差以及水线的振动频率上有很大差异；垂度影响系数对拉索低阶模态有较大影响，抛物线型垂度影响系数大约是悬链线型的一半；采用悬链线型建立的拉索风雨激振理论模型得到的拉索各阶模态的自振频率比采用抛物线型模型的计算结果要高，模态阶数越低，自振频率差距越明显。     

湛江海湾大桥斜拉索抗风雨振措施

大跨度斜拉桥长拉索的长细比较大,自身阻尼较小,容易在周围环境的激励下产生大振幅,对斜拉桥的安全运营构成威胁。该文对大跨径斜拉桥拉索的振动原理和部分大桥所采取的气动减振措施作了简要介绍。通过比较光面、螺旋线、压花3种模型的气动减振措施的实例试验,确定了湛江海湾大桥斜拉索抗风雨振的具体形式。对同类桥型在斜拉索抗风雨振选型上有一定的借鉴作用。     

洞庭湖大桥拉索风雨振控制新技术

随着大跨径斜拉桥的不断建设，斜拉索的减振特别是风雨振的控制已成为该类桥梁急需解决的关键问题之一。岳阳洞庭湖大桥建成通车后已发生多次强烈风雨振，在对应用磁流变智能阻尼减振技术控制风雨振研究的基础上，全面评估了该技术控制拉索振动的实际效果，证明该阻尼器是拉索风雨振控制的有效手段。岳阳洞庭湖大桥全桥安装磁流变阴尼器后，加速度响应降低为原加速度的1/20-1/30。     

大跨度混合梁斜拉桥拉索减振研究

大跨度斜拉桥跨度大、拉索长、刚度小,使得斜拉桥极易受各种外界激励而发生振动。拉索更是因为其质量小、柔度大、结构阻尼低的特点,极易发生振动。并且随着斜拉桥跨径的不断加大,拉索越来越长,拉索的振动问题也日益突出。本文详细分析了抖振、涡激振动、干索驰振、风雨激振等拉索主要振动形式对大跨桥斜拉索的影响,并计算了相应的临界风速与阻尼比要求。对比分析了CIP规范、FIB规范、PTI规范以及我国规范《公路斜拉桥设计细则》(JTG D65-01-2007),研究了拉索最低阻尼比的取值要求,详细分析了各种拉索振动及其减振措施,以供拉索阻尼器选型时参考。     

风雨导致的斜拉桥斜拉索的振动

研究了斜拉桥的斜拉索在风、雨共同作用下所发生的振动。为研究其发振机理，在风洞中，用刚性圆筒模拟斜拉索的一段进行了节段模型试验。为观察斜拉索上、下两条水路的形成，还进行了流迹显示试验。用稀薄油代替水重复试验时观察到了驰振现象，表明斜拉索产生不稳定振动的原因是在其表面特定位置形成的水路，使其原本对称的截面变成非对称的所致。最后，提出了抑制风雨振的措施。     

基于强迫振动装置的拉索和水线气动力试验

为了研究斜拉索风雨激振中拉索和水线上的气动力,制作了直径为350 mm的拉索模型,采用强迫振动装置,对粘贴水线的二维拉索进行了5种工况下的测压风洞试验.系统研究了水线的存在、模型竖向和扭转振动对拉索和水线的平均风压系数、脉动风压系数、平均气动力系数、脉动升力系数功率谱等的影响,并对准定常理论在风雨激振理论分析中的适用性进行了验证.结果表明:准定常理论能反映拉索和水线气动力的主要特征;拉索竖向振动和水线周向摆动基本不影响拉索和水线的平均气动力系数,拉索平均升力系数在60°风攻角处发生突降;水线的周向摆动对脉动气动力的影响很大,远大于拉索竖向振动的影响;水线的存在不仅使水线附近的风压系数发生突变,而且还降低了旋涡脱落频率.     

基于混合Copula函数的风雨联合概率分布模型

特殊地区风雨联合作用下高速铁路桥梁和车辆的气动特性会发生改变，进而影响列车安全舒适运行。为了全面描述风雨联合分布规律和时空关联特征，基于兰新高铁自然灾害监测系统的长时气象监测数据，提出基于混合Copula函数的风雨联合概率分布模型。首先选取Gumbel、Clayton和Frank Copula函数建立混合Copula函数。然后采用非参数核密度估计方法估计出日极值风速和日极值雨强的边缘分布函数；根据贝叶斯模型加权平均方法以及离差平方和最小准则分别估算出混合Copula函数的权重参数和相依参数；利用K-S法以及最小距离法对混合Copula函数进行拟合优度检验。最后以兰新高铁沿线日极值风速和日极值雨强的监测数据为例，建立基于不同Copula函数的风雨联合概率分布模型，并比较不同模型的拟合优度。研究结果表明：基于混合Copula函数的风雨联合概率分布模型能够更加准确地描述日极值风速和日极值雨强之间的多种相关关系；基于Gumbel、Clayton和Frank三种混合Copula函数的风雨联合概率分布模型是描述日极值风速和日极值雨强联合分布规律的最优模型；兰新高铁沿线基站监测的日极值风速和日极值雨强之间存在下尾相关为主、上尾相关和对称相关为辅的相关关系。     

阻力小,气动性能稳定的斜拉索的实验研究

大距度斜拉桥中，由于下雨使斜拉索产生一种特殊的振动。近年来日本在雨振防止对策上进行了大量的研究工作，本文介绍了日本学者北条哲男等人从阻力小、气动性能的稳定的思路出发，通过１：１的斜拉索模型实验来研究防止雨振的方法。实验研究结果表明，把斜拉索表面加工成有一定形状的粗糙度后，可以较好地控制斜拉索的周边气流，起到减振作用。     

黏滞惯性质量阻尼器对斜拉索减振效果的数值分析

随着斜拉桥跨度的增大，斜拉索长度也越长，会同时存在发生风雨激振和涡激共振的可能性。风雨激振参与模态主要为低阶，涡激共振参与模态为高阶，这给斜拉索减振阻尼器的设计带来了新的挑战。采用数值方法，研究了黏滞惯性质量阻尼器（Viscous Inertial Mass Damper，VIMD）的斜拉索减振效果。首先，将斜拉索简化为张紧弦，建立了斜拉索-VIMD系统的运动微分方程，采用有限差分方法对方程进行数值求解。然后，以苏通大桥A30号斜拉索为工程背景，研究了各参数对该系统模态阻尼比的影响。最后，研究了阻尼器支架刚度对斜拉索-VIMD系统减振效果的影响，并将数值解与近似解析解进行对比。研究结果表明：在传统的黏滞阻尼器中并联惯性质量单元，可显著提高斜拉索的模态阻尼比，非常有利于减振；斜拉索-VIMD系统各阶模态的量纲为1的阻尼比曲线不重合，这与传统的斜拉索-VD（Viscous Damper）系统不同；斜拉索-VIMD系统的模态阻尼比随支架刚度的减小而急剧减小。     

CFRP斜拉索模态耦合内共振特性

为研究CFRP拉索模态耦合内共振特性,建立了反映拉索面内、外1阶模态耦合作用的二自由度振动模型,该模型考虑了索的垂度、大位移等引起的几何非线性。利用该模型,采用数值方法分析了相同条件下的CFRP拉索和钢拉索在纯平面和非平面荷载作用下的内共振响应,并研究了外激励幅值、阻尼比、初始扰动等对内共振的影响。研究结果表明,当拉索的面内、外频率满足共振条件时,拉索同时发生荷载作用面内的主共振和面内、外的内共振;随着外激励幅值的增大,2种拉索面内、外最大位移增大,当外激励幅值小于一定值时,2种拉索不能发生内共振;随着阻尼比的增大,拉索发生内共振时的最大和稳态振幅呈现减小的趋势,当阻尼比分别增大到一定程度时,2种拉索不能发生内共振;随着初始扰动的增大,拉索的面内、外最大振幅和稳态振幅基本保持不变,但能量从面内传递到面外所用的时间变短;在运动过程中,CFRP索拍频明显高于钢索,其由瞬态振动进入到稳态运动的时间均早于钢索,而最大振幅和稳态振幅小于钢索。     

斜拉索的雨振机理及抗振措施

主要介绍长大斜拉索的振动机理和抗振措施。通过对各种抗振措施所起到的抗振效果比较和根据日本多多罗大桥的实践经验，发现压花拉索具有良好的抗振效果和低阻力特性，是一种高效抗雨振斜拉索。     

台风“海葵”作用下苏通大桥抖振全过程实测研究

为给大跨度斜拉桥的抗风设计提供参考,以苏通长江公路大桥(主跨1 088m的双塔双索面钢箱梁斜拉桥)为研究对象,利用结构健康监测系统采集的台风"海葵"全过程风环境和结构振动数据,采用频谱分析和数理统计方法进行了该桥风致抖振响应的实测研究。研究结果表明,该桥斜拉索和主梁的抖振加速度RMS值总体上随风速的增大而增大;就本次实测而言,该桥主梁和斜拉索的抖振加速度响应在风速大于15m/s时陡然增大,值得引起注意;与其他斜拉桥相比,该桥斜拉索在台风下的抖振响应较小,验证了其减振措施的有效性。     

不同尺度扁平箱梁节段模型涡激振动风洞试验

大跨度桥梁涡激振动振幅的判定,采用大尺度主梁节段模型风洞试验可得到更精细的结果。为分析模型尺度对试验结果的影响,通过对南京长江四桥主梁1∶50和1∶20两种几何尺度扁平箱梁节段模型的涡振试验,对比两者在涡振振幅、涡振风速、涡振区、St等方面的差异,并结合雷诺数效应、阻尼比、模型细部模拟等影响因素进行分析。得知模型几何尺度越大,Re和St越大,CD越小,涡振振幅越小;常规尺度模型细部模拟的误差可能会显著影响涡振振幅;Sc增大时,锁定状态下结构振幅减小,涡振区也随之变窄,但Sc增大并不改变St数。     

重庆永川长江大桥涡激振动性能风洞试验研究

为研究在常遇风速下混合梁斜拉桥的涡激振动性能及抑振措施,以半飘浮体系七跨连续双塔混合梁斜拉桥——重庆永川长江大桥为背景,设计基于1∶50主梁节段模型风洞试验,测试在不同阻尼体系下检修车轨道、导流板对涡激振动性能的影响,并对主梁外挂排水管道的形状进行了优化,最后提出了可显著改善主梁涡激振动性能的抑振措施。研究结果表明:主梁在-3°、0°和+3°攻角下均发生了明显的涡激振动现象,+3°攻角下的振幅最大,且远大于规范的容许振幅;向梁底内侧移动检修车轨道,并在其内侧布置导流板可大幅降低主梁的涡激振动振幅;位于斜腹板的圆形排水管道会削弱主梁的气动性能,改用120cm×20cm的扁状排水管道可有效提高颤振临界风速并降低涡激振动振幅。