矮寨特大桥钢桁梁悬索桥颤振稳定性能研究

以湖南湘西矮寨特大桥建设方案为依托,通过风洞试验详细研究了该桥的颤振稳定性能,以确保该桥的抗风稳定性和安全性.试验基于比例为1:500的桥址山区地形模型,研究了桥位处的风环境特性,通过弹性悬挂节段模型试验测试了主梁断面的颤振稳定性,并对主梁断面进行了气动性能优化且考察了人行观光通道对其颤振性能的影响.结果表明:原设计断...     

大跨桥梁实测湍流风场的大涡模拟

为实现在大涡模拟(LES)中准确评估强风湍流对大跨桥梁的作用,关键难点在于生成符合桥梁真实强风特性的入口湍流。为此应用了一种新的规则化波矢量随机流生成方法PRFG³(Prescribed-wavevector Random Flow Generator),该方法遵守连续性方程和泰勒假设,可准确模拟目标湍流的脉动风谱、湍流度和湍流积分尺度等风特性参数。首先利用西堠门大桥结构健康监测系统(SHMS)2016年内采集的风速数据,选取了该桥址区10 min时距平均风速较大但风特性不同的2个强风样本,分析得到相应的强风特性参数;然后采用PRFG³方法合成了符合上述2个实测强风特性的均质各向异性湍流,同时为验证该方法用于主梁节段模型LES入口湍流的适用性,还模拟了缩尺比为1∶50的强风湍流场,并基于OPENFOAM平台,将3类风场赋予LES入口进行了数值计算;最后将LES流场中多个监测点的湍流特性与实测结果进行了对比。研究结果表明：2个实测风场在顺风向、横风向、竖风向的脉动风谱均与Von Kármán谱接近,顺风向湍流积分尺度最大约为192 m,各脉动风分量近似符合正态分布;PRFG³方法产生的入口湍流在LES计算域内能正确传输,模拟的3类风场均有较好的均匀性,脉动风分量在各方向上的功率谱、湍流度和所有的9个湍流积分尺度均与相应的实测值吻合较好。相关湍流合成方法及LES设置可为大跨桥梁在实测强风湍流下的数值模拟研究提供参考。     

斜腿刚构曲线连续梁人行桥人致振动风险研究

大跨度斜腿刚构曲线连续梁钢结构人行桥具有结构轻柔的特点,其基频一般处于人致振动敏感频率范围内,加之主梁采用钢结构材料,结构的阻尼也较低,在行人荷载作用下,桥梁有发生共振的风险.通过介绍行人荷载基本理论和德国人行桥设计指南EN03规范关于人致振动分析方法以及舒适度评价的规定,基于Midas Civil软件建立大桥的有限元仿真分析模型.研究结果表明:该桥有3阶主梁竖弯模态需要进行人致振动加速度响应验算,主梁侧弯模态的频率由于超出了横向人致振动敏感频率范围而不需要验算;在人群荷载作用下,主梁的竖向振动最大加速度达到4.349 m/s2;当在跨中设置调谐质量阻尼器(TMD)且质量比取为0.02时,主梁人致竖向振动的最大加速度可降为0.161 m/s2,满足CL1等级的舒适度要求.最后,讨论了质量比和TMD频率偏差对减振效果的影响,为同类人行桥调谐质量减振系统参数的选择提供参考.     

双曲冷却塔风致响应机理分析

风荷载是冷却塔设计的控制性荷载,风致干扰作用下结构的安全性更是人们关注的重点。基于冷却塔相关设计规范中风压设计曲线的Fourier级数表达式,分析各阶谐波对阻力系数和风致响应的贡献,并以某核电站200 m高冷却塔为例,通过有限元方法对冷却塔风致响应机理进行详细分析与验证。研究成果为认识此类超大型冷却塔风致响应机理和正确选择考察冷却塔风致干扰效应的方法提供参考与依据。     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

永磁电涡流阻尼新技术及其在土木工程中的应用

针对永磁电涡流阻尼减振的理论与技术进展进行了综述，主要包括：永磁电涡流调谐质量减振器、大吨位的滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器等新型减振装置；板式电涡流阻尼及滚珠丝杠式电涡流阻尼器的性能仿真与设计方法；桥梁涡激共振、斜拉索振动控制的电涡流阻尼三元减振理论；以及基于电涡流阻尼力非线性特性的减震性能研究。介绍了湖南大学新建的大型阻尼器特性综合试验平台及主要功能，以及永磁电涡流阻尼技术的典型工程应用。最后指出了值得进一步研究的若干问题。     

双幅桥面桥梁主梁气动干扰效应研究

基于2座国内在建的双幅桥面桥梁进行节段模型风洞试验,研究双幅桥面之间的气动干扰效应及其对桥梁颤振稳定性、涡激振动特性和静气动力特性的影响,单、双幅桥面风洞试验结果的差异表明两桥面之间存在不可忽略的气动相互干扰,并可能对桥梁振动产生不利影响。     

正交异性钢桥面板纵肋?面板疲劳开裂的CFRP加固研究

为了研究碳纤维增强复合材料(Carbon Fiber Reinforced Polymer,CFRP)加固正交异性钢桥面板纵肋?面板(Rib-to-Deck,RD)构造细节疲劳开裂的可行性,借助ABAQUS建立正交异性钢桥面板多尺度有限元模型,采用扩展有限元法(Extended Finite Element Method,XFEM)模拟RD构造细节焊趾处表面裂纹,与其他文献的对比验证模拟方法的可靠性;选取RD构造细节横桥向最不利的轮载位置加载,计算并对比CFRP加固RD构造细节前后应力强度因子幅值的变化.研究结果表明:XFEM取15道围道积分数并去除前2道围道积分计算平均值,得到的I型应力强度因子解较准确;CFRP加固能有效降低裂纹尖端应力强度因子幅值,从而降低其疲劳裂纹扩展速率,提高构造细节的疲劳寿命;CFRP作用体现在降低了焊趾处的应力集中和增强了裂开区的连接效应;其加固效果随CFRP层数、纵向长度、宽度的增加而提高,当CFRP纵向长度、宽度大于某一值时,其对加固效果的影响很小.     

大跨度钢拱桥吊杆减振的新型电涡流TMD开发与应用

针对吊杆频率低、阻尼小、易发生风振的弱点,以厦深线榕江特大桥钢吊杆为工程背景,首先通过风洞试验、理论分析和现场实测评估了吊杆的抗风稳定性以及减振设计所需参数.然后基于被动控制和电涡流耗能原理,采用等强度悬臂梁开发了一款耐疲劳、免维护的新型电涡流TMD(被动调谐质量阻尼器)用于改善吊杆风振性能.最后通过强迫振动法实测了吊杆-TMD系统的等效阻尼比以评估其减振效果.试验结果表明:开发的新型减振系统可以使长吊杆强轴(横桥向)和弱轴(顺桥向)的阻尼比分别达到1％和3％以上,完全满足台风区钢拱桥吊杆减振的需要.