基于CFD的菱形截面门式桥塔驰振特性数值模拟

在施工阶段,斜拉桥门式桥塔由于缺少斜拉索的约束,自振频率较低,在风荷载的作用下可能发生驰振失稳。本文以一座大跨度斜拉桥的桥塔为例,采用计算流体力学方法对其驰振性能进行研究。首先,阐述了准定常理论中任意风向角下的驰振判据;随后,建立了计算模型并利用已有文献进行了验证;最后,根据计算模型对菱形截面门式桥塔3个典型截面的横桥向和顺桥向气动力特性进行了模拟,并计算了各单柱的驰振力系数。结果表明:在纵桥向风作用下,所有塔柱截面的驰振力系数均大于0,不存在驰振失稳的可能;在横桥向风作用下,大多数塔柱都存在驰振失稳的可能,在桥塔驰振分析时,需重点关注0°风向角附近桥塔横桥向的驰振性能。     

独柱桥塔驰振特性及其改善措施的风洞试验研究

以在建斜拉桥倒角方形截面桥塔为工程背景,通过节段模型风洞静力试验研究了该截面形式桥塔在风场中的驰振特性。试验数据表明,桥塔在0°~5°风向角区间时存在驰振失稳的可能,采用45°直倒角对方形截面的驰振性能极为不利。随后在桥塔倒角处分别加设了圆弧形导流板和矩形垂直翼板,发现2种气动措施均可以有效提高倒角方形桥塔的驰振稳定性能。     

串列六边形截面桥塔气动干扰效应研究

为了研究串列六边形截面塔柱的气动干扰效应,采用数值模拟方法研究串列塔柱的三分力系数。首先,对正方形截面的三分力系数进行数值模拟,验证数值模型的准确性;然后,计算单个塔柱截面的上游和下游截面的三分力系数;最后,考查了间距等参数的影响。结果表明,对单个塔柱截面来说,上游截面阻力系数较大,上下游两个截面的升力系数斜率完全相反。对串列塔柱截面来说,上游截面的阻力系数在两截面的距离较小时会变大,但距离较大时会变小;下游截面的阻力系数比单个截面的小,而升力系数和力矩系数的变化较小。     

超高多肢斜拉桥桥塔气动力系数研究

针对某拟建大跨度山区超高(塔高328m)多肢斜拉桥,采用缩尺比为1∶225的刚性模型进行风洞测压试验,研究整塔与各分肢节段气动力系数随风偏角和风速的变化规律。结果表明:塔柱间干扰效应会引起气动力系数的雷诺数效应增强,阻力系数随雷诺数的增大缓慢增大,升力和扭矩系数变化复杂,会在某一定风偏角下随雷诺数呈类正弦函数关系变化;整体气动力系数受多肢干扰影响,阻力系数有所增大,而升力和扭矩系数减小;多肢干扰效应会明显增大气动力系数(最大可使局部肢柱阻力系数增大约2倍),进行整体和局部肢柱气动力分析时均应充分考虑;肢柱干扰效应导致阻力和升力系数的最不利风偏角一般位于截面整体外轮廓对角线与横桥向和顺桥向的夹角范围内,当肢柱间距较小时,其变化趋势同独柱节段,在0°风偏角时阻力系数最大。     

悬索桥并列双吊索整体风振特性与气动阻尼研究

通过并列耦合双吊索节段模型的整体测振与测力风洞试验,研究不同间距下双吊索的整体振动行为与气动阻尼特性。引入驰振气动阻尼非线性项的动力方程模型,得到非线性振动的近似解析方法。基于弹性悬挂节段模型动力响应识别出驰振非线性气动参数,并与经典单自由度驰振理论结果进行对比分析。研究结果表明:并列耦合双吊索在一定工况下会发生剧烈的整体尾流致振现象,结构阻尼比对其起振风速影响明显;经典驰振理论求得的气动负阻尼绝对值要小于识别得到的气动负阻尼绝对值,横、顺风向两自由度耦合失稳较单自由度驰振更易发生。     

H型截面吊杆气动性能的风洞试验

通过节段的静力和弹簧悬挂动力试验,对H型吊杆的驰振和涡激振动性能进行分析。不做任何措施的H型吊杆在一定的风速下很容易发生驰振。腹板开孔的H型吊杆在横桥向来流时表现出涡激振动,开孔越大,涡激振动的振幅越小,方形孔比圆形孔要小,表明腹板开孔可以抑制该风向的涡激振动。在接近顺桥向来流的作用下,实腹和只在腹板开孔的吊杆在风速不高时表现为弛振。在翼板上加风嘴时,没有发现驰振,但横桥向来流时的涡激振动有较大增加。翼板上开孔能提高吊杆顺桥向来流的驰振临界风速,甚至杜绝该方向驰振的发生,且开孔越大效果越好。     

基于CFD的大跨度邻近桥梁气动干扰效应分析

为研究大跨度邻近桥梁的气动干扰效应,本文以2座大跨度桥梁为对象,基于CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟研究不同间距比和风攻角下气动干扰效应对静力三分力系数的影响,以及不同间距比和折算风速对颤振导数的影响。结果表明:上游桥梁三分力系数及下游桥梁力矩系数对气动干扰效应不敏感;气动干扰效应对下游桥梁的阻力系数和升力系数的影响与间距比和风攻角有关;下游桥梁颤振导数受气动干扰效应影响大,随间距比与折算风速的变化表现出不同的规律。     

新建桥梁与邻近既有桥梁主梁涡振气动干扰效应风洞试验研究

新建甬州铁路桃夭门大桥为主跨666 m的分离式三箱梁斜拉桥,与既有桃夭门公路大桥并列布置且距离较近,两桥主梁间的气动干扰是大桥抗风设计中必须考虑的关键因素。基于节段模型风洞试验方法,研究新桥单独存在和新桥和既有桥梁同时存在时新桥和既有桥梁的涡振性能,分析分离式三箱梁新桥与单箱梁既有桥梁之间气动干扰效应对主梁涡振性能的影响。在新桥单独存在时,分离式三箱梁新桥产生了大幅涡振,在开槽处设置格栅板能显著降低涡振响应;此外采用CFD仿真结果显示,开槽处设置格栅板后漩涡脱落明显降低而抑制了涡振。气动干扰研究结果表明：在不同风向下,新桥和既有桥梁之间的气动干扰效应对主梁的涡振性能影响不同。新桥位于迎风侧时,新桥的涡振性能与新桥单独存在时基本一致,下游既有桥梁对其涡振性能影响很小;迎风侧新桥的存在减小了低风速下既有桥梁的涡振响应,对既有桥梁的涡振控制有利。既有桥梁在迎风侧时,背风侧新桥会增大迎风侧既有桥梁的涡振振幅,同时,受既有桥梁尾流影响,新桥的涡振性能也更为不利。提高新桥和既有桥梁的阻尼比,可以有效地抑制其涡振响应,以满足规范限值的要求。     

斜拉桥桥塔纵桥向振动台试验研究

为了解强震作用下我国斜拉桥桥塔的抗震性能以及震害现象,通过调研确定典型斜拉桥原型,对其H型混凝土桥塔进行纵桥向振动台试验研究。基于斜拉桥的动力特点及振型分析方法进行桥塔模型的简化设计、制作和安装,输入不同类型及不同强度的地震波,对桥塔模型进行了振动台试验。结果表明:相比一般的Elcentro波和Chichi地震波,相同加速度峰值地震输入下,场地人工波激起桥塔的地震反应最剧烈,且随着地震动输入的不断加强,桥塔下塔柱、中塔柱靠近下横梁部位先后不同程度地出现了裂缝开展延伸现象,其中塔底向上30 cm区域内损伤较明显,存在多条贯通裂缝,塔底截面最外侧钢筋屈服,模型整体刚度有明显下降趋势,但桥塔抗震性能依然表现良好。     

西堠门大桥索塔断面的气动优化

西堠门大桥是舟山大陆连岛工程的第4座特大桥,为两跨连续漂浮体系悬索桥,桥跨布置为(578+1 650+485)m。索塔为H形门式框架钢筋混凝土结构,塔高211 m。介绍在满足承载力要求的前提下,从气动性能角度对塔柱断面形式及倒角尺寸进行优化研究,确定施工图阶段的索塔断面形式。     

大跨度铁路悬索桥结构刚度敏感性研究

桥梁刚度参数的确定在大跨度桥梁总体设计中非常重要,结合某大跨度铁路专用悬索桥方案,从结构动力特性、车辆走行性和风致抖振响应3个方面,分析梁、塔、索等构件刚度对桥梁性能的影响,并对大跨度铁路悬索桥刚度评价指标进行研究,结果表明:桁宽的增大能够较显著地增大桥梁横弯基频,桁宽过小时桥梁会产生横向周期性振动,宽跨比限值建议取为1/20~1/35;随着桁高减小,车辆竖向加速度显著增加,高跨比限值建议取为1/70~1/100;主缆刚度增大会使桥梁扭转和竖向基频明显提高;桥塔刚度及恒载的影响有限。     

高塔悬索桥大吨位鞍体吊装施工技术

通过辽宁省朝阳市黄河路大桥主桥钢筋混凝土自锚式悬索桥高塔大吨位鞍体吊装的工程实例,介绍利用塔顶门架法进行悬索桥高索塔大吨位鞍体吊装的塔顶门架结构设计与验算,阐述吊装的主要施工工艺。     

普速铁路单线独塔斜拉桥总体设计及创新

潜江铁路支线属于江汉平原货运系统的重要组成部分,岳口汉江特大桥是潜江铁路支线跨越汉江的控制性重点工程。为提高结构通航安全性,更好地满足防洪要求,主桥采用(32.7+50+93.7+260+38.2) m的独塔双索面混合梁斜拉形式,实现大跨独塔结构体系在国内铁路桥梁上的跨度突破。考虑到建造铁路大跨度独塔混合梁斜拉桥面临着疲劳活载大、动力指标及刚度要求高等诸多难题,且非对称铁路独塔斜拉桥具有设计技术复杂、建设标准高等特点,对主桥的桥型方案选取、桥梁设计难点、桥塔、主梁形式、钢混结合段、索塔索梁锚固形式等进行详细介绍,给出相关结构刚度、应力强度、疲劳应力幅、风车桥耦合等计算结果,并阐述主桥设计时所采用的创新性技术构思。     

大跨度公轨两用单跨悬索桥研究

研究大跨度公轨共用单跨悬索桥梁式方案及桥面系布置方式,分析桥梁结构的受力特点,提出影响列车行车安全的控制因素及设计技术措施,确定合理的竖向刚度要求,总结设计标准和关键技术措施。研究认为,随着悬索桥跨度的增大和结构质量的增加,主梁弯曲的贡献率逐渐减小,而主缆重力刚度的贡献率逐渐增加;控制悬索桥刚度的主要因素有跨度、主梁截面、主缆截面、矢跨比及桥塔抗推刚度;通过控制主梁竖向刚度、梁端折角及扭转刚度等参数可以保证轨道的平顺性;通过合理的轨道桥面系体系的布置,可以使轨道结构受力更加合理。     

铁路地道桥电缆悬索桥架设计与施工

在铁路地道桥施工中,电缆的保护十分重要。对电缆保护的传统方法包括改移和基坑内设桥架两种,成本高,工期长。为优化电缆的保护方法,依托于悬索桥的原理研发出一种临时铁路地道桥电缆悬索桥架。该桥架以型钢桩作为索塔及锚碇置于基坑两侧,将钢丝绳作为悬索将电缆吊起,通过紧线器作为吊杆以调节电缆所产生的挠度,在保证电缆安全的同时最大限度的减少了电缆对施工的干扰。     

独柱塔自锚式空间缆索悬索桥设计

南京江心洲大桥是一座独柱塔自锚式空间缆索悬索桥,孔跨布置为(35+77+60+248+35)m,主塔采用独柱形式,主缆及吊索在边跨采用平行布置、在主跨采用空间布置,主梁采用钢混梁,设计难度大。通过技术研究,解决了桥梁总体布置、吊杆张拉、适应空间线形的主索鞍和散索套构造、钢混结合段构造等难题,保证了工程的顺利实施。     

大吨位异形钢桥塔施工支架设计研究

为研究不同支架方案对异形钢桥塔施工过程的影响,以新首钢大桥为背景工程做了对比分析,进而分析桥塔施工过程对桥塔-支架整体耦合模型内力、位形的影响,研究支架设计过程中的一些细部问题.结果表明:格构式支架受力明确、合理,施工方便且用钢量小,建议采用该支架方案;桥塔采用反变形的施工方案,可以很好地满足桥梁结构设计线形要求;在格构式支架设计中应避免多个斜撑相贯于立柱同一节点造成支架立柱受力不均匀、部分立柱受力急剧增大的问题;在有限元模拟中支架顶部与高塔连接建议采用铰接方式进行简化处理..     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。