超大跨径悬索桥主缆材料对静风稳定性的影响

为比较碳纤维增强塑料(CFRP)和钢2种主缆材料对超大跨径悬索桥静风稳定性的影响,分别采用三维非线性分析方法及整体特征值稳定性分析方法,对采用2种类型主缆的3 500m跨径悬索桥进行静风稳定性分析。结果表明:CFRP主缆悬索桥扭转振动频率较钢缆结构的要高;2种主缆类型超大跨径悬索桥的静风失稳临界风速均较接近;CFRP主缆悬索桥的各阶屈曲系数均较钢缆悬索桥的要大,具有更高的安全储备。     

大跨径悬索桥非线性静风失稳全过程分析

随着跨径的增大,静风荷载对悬索桥稳定性的影响已不可忽略。目前关于悬索桥风响应的研究主要集中在动力方面,静力方面的研究相对较少。工程界在进行悬索桥的静风稳定分析时主要采用线性方法,其精度低且不能进行全过程跟踪。本文采用非线性方法进行悬索桥静风失稳的全过程分析,明确结构失稳过程中各项参数的变化规律;阐述大跨径悬索桥静风失稳的力学机理,为以后的设计研究提供参考。     

抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风失稳模式的影响

为研究抗风缆对大跨人行悬索桥非线性静风稳定性的影响,采用风洞试验获取大攻角区间主梁静三分力系数.结合有限元数值模拟计算方法,运用双层迭代算法同步计入悬索桥几何非线性与静风荷载非线性,对420 m主跨人行悬索桥进行了非线性静风响应全过程分析,得到了非线性静风失稳临界风速以及静风位移响应与应力响应.综合分析结果表明:抗风缆...     

大跨人行悬索桥非线性静风失稳发展过程分析

为研究大跨人行悬索桥非线性静风失稳的内在原因,以主跨420m天蒙人行悬索桥为背景进行分析。综合考虑几何非线性与静风荷载非线性,采用内、外双重迭代算法从定性与定量的角度分析该桥非线性静风失稳发展过程及失稳临界形态。结果表明:大跨人行悬索桥静风失稳发展路径为,不断非线性增大的加劲梁位移牵连主缆和抗风缆产生相对于加劲梁的竖向位移,使主缆和抗风缆逐渐消减拉应力,直至抗风缆接近松弛而失稳;静风失稳临界形态是以加劲梁扭转变形为主、竖弯变形为辅的复杂弯-扭耦合空间变形状态;静风失稳内在原因为,静风升力和升力矩随附加风攻角的增长不断增大,加劲梁和缆索系统的静风位移持续增大并产生相对竖向位移,导致缆索系统刚度大幅卸载。     

武汉阳逻长江大桥施工猫道抗风稳定性分析

研究了武汉阳逻长江大桥施工猫道在极限风荷载下的稳定性及动力稳定性。采用悬索桥的静风稳定公式计算了猫道静风失稳临界风速,设计超松驰迭代法进行了猫道静风失稳的非线性有限元分析验算,并估算了该猫道颤振临界风速。计算分析表明,该猫道的静、动力抗风稳定性满足要求,并据此提出了三种工程抑振措施。     

抗风缆对人行悬索桥动力特性和静风稳定性的影响

悬索桥可通过设置抗风缆来提高其结构的抗风稳定性。为了解抗风缆不同布置形式和水平张力对人行悬索桥自振频率和扭转发散临界风速的影响,以某新建人行悬索桥为例,采用ANSYS软件建立全桥有限元模型,分别计算抗风缆与水平面夹角为0°、45°、90°3种布置形式和水平张力为2.77,3.27,3.77,4.27 MN 4种工况下该桥的关键振型频率和静风扭转发散临界风速,分析其动力特性和静风稳定性。结果表明:设置抗风缆可以提高人行悬索桥各关键振型的频率;抗风缆的3种布置形式对加劲梁的侧弯、竖弯频率提高幅度较大,而对扭转频率的提高幅度相对较小;随着抗风缆水平张力的增加,人行悬索桥各关键振型的频率均有所增加但增幅很小;设置抗风缆可以显著增强人行悬索桥的静风稳定性能,提高其扭转发散临界风速;在一定范围内,增加抗风缆的水平张力对扭转发散临界风速的提升并不明显。     

大跨度人行悬索桥静动力特性研究

大跨度人行悬索桥广泛应用于跨越景区水域及山谷,其宽跨比通常较小,静动力特性突显。以某338 m主跨地锚式人行悬索桥为工程背景,采用模型仿真、理论分析和节段模型试验相结合的方法,研究大跨度人行悬索桥结构的静动力特性。研究结果表明:大桥在各个荷载工况下,结构的静力响应均满足规范要求;人行桥的人致振动问题突出,3阶竖弯模态和2阶侧弯模态需进行减振设计,最终优化采用电涡流调谐质量阻尼器减振方案;加劲梁三分力系数分别为阻力系数1. 663,升力系数-0. 121,俯仰扭矩系数0. 001,静风临界风速和颤振临界风速分别为116和53. 1 m/s,均大于设计检验风速,满足相关规范要求。大跨度人行悬索桥设计及静动力特性研究为类似桥梁的设计研究提供参考。     

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...     

无塔非对称人行悬索桥静风稳定性研究

基于结构稳定性分析方法,借助大型有限元分析程序ANSYS,以某无塔非对称人行悬索桥为实例,建立了4个有限元计算模型,分别对设置有抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、有风缆的混凝土桥面板悬索桥结构和不设置抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、混凝土桥面板悬索桥结构进行了静风稳定性研究。研究结果表明,质量较大混凝土桥面板比钢桥面板更有利于结构抗风,设置风缆能有效地限制结构在风荷载作用下的横向位移,提高结构失稳风速,研究还发现,若将抗风缆和混凝土桥面板有效地结合最有利于结构抗风,且效果十分明显。     

四千米级悬索桥新型结构体系研究

悬索桥是目前跨越能力最大的桥型。随着跨径的进一步增大，其结构动力刚度将不断下降，导致结构抗风能力降低。研发满足结构受力以及抗风稳定性要求的加劲梁断面形式和新型悬索桥结构体系是四千米级悬索桥设计和建造的关键控制因素。为此，首先对采用层流抑振风嘴(V形风嘴、Y形风嘴)和新型紊流制振风嘴的钢箱梁断面开展了节段模型风洞试验，探讨了常规平面缆悬索桥的极限跨径；通过建立全桥三维杆系有限元模型，计算总结了结构扭转基频随跨径的变化规律，并研究了主缆矢跨比、主缆空间化、设置抗扭辅助索等措施对结构扭频的提升效果，提出推荐的新型悬索桥结构体系；最后基于已有结论对四千米级悬索桥进行概念设计。研究结果表明：根据“紊流制振”理论设计的新型加劲梁断面，在保证颤振检验风速80 m·s^-1以上时可以使常规悬索桥跨径达到2 700 m;通过在主缆间设置抗扭索是一种较容易实现的提升大跨度悬索桥动力刚度的措施，此举可以使结构扭频提高47.5%;采用紊流制振风嘴钢箱梁断面及新型悬索桥结构体系的悬索桥，在保证颤振临界风速80 m·s^-1的情况下主跨跨径可达4 000 m;通过增加抗风缆...     

大跨悬索桥非线性静风稳定性分析

对大跨悬索桥的非线性静风稳定性研究考虑了以下3种效应的影响:1)非线性位移相关风载;2)几何非线性;3)材料非线性。风静动力系数为有效攻角的函数,而有效攻角随主梁变形而变化,所以位移相关风载是非线性的;通过采用几何刚度矩阵可以考虑侧向弯扭屈曲、扭转发散及弯扭耦合失稳;采用塑性铰理论进行材料非线性分析。笔者使用有限元法建立风致静力失稳的分析模型,建模过程中同时考虑了非线性位移相关风载、几何非线性及材料非线性。最后,采用文中所提方法分析了主跨1 990 m的明石海峡大桥。分析结果表明:影响大跨悬索桥静风稳定性的主要因素即为上述提到的3个方面,并且,其非线性静风失稳临界风速低于弹性颤振临界风速。     

迪辛格(Dischinger)型对超长桥梁的适用性

以中心跨径2500m的迪辛格型斜拉悬索桥的试设计为演示，其中悬吊部分长度比是一个变数。建立了3座斜拉悬索桥模型和1座悬索桥模型。从试设计获得上部结构用钢的重量看，在考虑了下部结构尺寸后斜拉悬索超过了悬索桥，此外，对所有的体系都作了曲屈稳定手耦合颤振分析。结果发现，斜拉悬索桥在曲屈问题上是足够的，而且临界风速也高于悬索桥，因此，作者认为迪辛格型的斜拉悬索桥作为超长跨径桥梁与悬索桥比是不相上下的。     

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。     

5000 m级海峡悬索桥抗风稳定性的设计研究

为解决5000 m超大跨径海峡悬索桥的抗风稳定性问题,文中提出双曲抛物面空间混合缆索体系的超大跨径悬索桥.平行钢丝缆索承担竖向荷载,双曲抛物面形碳纤维空间缆索提高悬索桥的抗扭刚度,启用临时抗风缆索抵御百年一遇超级强台风.研究表明,5000 m级双曲抛物面空间混合缆索悬索桥的颤振临界校验风速为71.78 m/s,启用临时...     

缆索风荷载对悬索桥风效应的影响研究

随着悬索桥跨径的增大,缆索直径和作用在缆索上的风荷载都将相应增加,对悬索桥静风效应和动力风效应（主要是指空气动力稳定性）的影响将可能不容忽视。通过推导,建立了作用于缆索上风荷载的计算模型。以润扬长江大桥为背景,分析了缆索风荷载对悬索桥静风效应和空气动力稳定性的影响。结果表明：缆索风荷载对悬索桥静风效应的影响比较显著,但对于空气动力稳定性则没有影响。     

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。     

抗风缆布置形式对人行悬索桥静风稳定性影响分析

为研究不同抗风缆布置形式对人行悬索桥静风稳定性的提升效果,以某主跨为380 m双塔地锚式人行悬索桥为例,分别对其采用不同的抗风缆布置形式,并通过有限元进行了动力特性分析;对设置了不同形式抗风缆的人行悬索桥进行了静风稳定性和位移响应分析。分析结果表明:设置空间抗风缆对结构竖弯基频提升明显;空间斜拉式抗风缆对人行悬索桥抗风稳定性作用效果较好;空间直拉式抗风缆更有助于减少加劲梁受风荷载后的侧向位移。     

某宽幅箱梁悬索桥气动特性节段模型风洞试验

大跨度桥梁由于其结构轻柔,容易出现静力失稳现象及各种形式的风致振动。通过对节段模型风洞静力三分力试验验证了某宽幅闭口箱梁悬索桥没有出现驰振的可能,并对全桥进行了几何非线性静风稳定分析,得到该桥的静风失稳临界风速。通过风洞弹性悬挂节段模型试验,得到了该桥的颤振临界风速。分析了阻尼比对于颤振临界风速的影响,试验结果表明阻尼比对于颤振临界风速影响不大。在风洞中观察到该桥成桥态在+3°、+5°攻角会出现扭转涡激振动,提高阻尼比可以有效降低涡振振幅。     

大跨斜拉桥非线性静风失稳全过程分析

为探讨大跨度斜拉桥非线性静风失稳的全过程特性,以某在建的斜拉桥为实例,重点分析了增量与内外双重迭代搜索法求解静风失稳全过程的实现原理及失稳变形全过程的物理特性。分析结果表明:静风失稳临界风速及失稳形态与静风初始攻角位置处的三分力系数值和三分力系数曲线斜率大小有关。初始攻角位置处升力矩系数值的正、负值决定了失稳求解过程中有效攻角迭代的正、负变化方向,进而影响升力系数和阻力系数的取值。升力矩系数曲线斜率越大,失稳临界风速反而越小;当初始攻角位于三分力系数曲线中正升力矩系数值最小和负升力矩系数值最大对应的攻角时,静风失稳临界风速分别在不同扭转方向达到最大值,且随着初始攻角的改变,即相应有效迭代攻角位置升力矩系数绝对值的增大,失稳临界风速在不同的扭转方向上均呈递减趋势。     

改善悬索桥施工阶段颤振稳定性的架设方法研究

大跨径悬索桥施工阶段尤其是施工初期的颤振稳定性是建设过程中面临的重要问题 ,它将受到主梁架设方法的重要影响。以宜昌长江大桥为工程背景 ,运用多模态颤振分析方法 ,分析了不同主梁架设方法下颤振临界风速的变化趋势。分析结果表明 :主梁采用非对称架设和从桥塔向跨中对称架设的方法可以有效地提高悬索桥在施工阶段尤其是施工初期的颤振稳定性