上海闵浦大轿桁架结构主梁斜风下的气动力参数研究

桁架式主梁断面结构复杂,对其在斜风作用下的静风荷载性能的研究也比较少,以上海闵浦大桥--双层空腹钢桁架结构斜拉桥为工程背景.针对不同风偏角的横向风作用下的桁架结构主梁断面进行风洞实验.并且通过对各风偏角的横向风作用下的主梁的静气动力系数的分解.初步探讨了桁架结构主梁斜风下的静风力系数的计算方法.     

大跨径钢箱梁最大悬臂状态非线性静风稳定性分析

港珠澳大桥跨越崖13-1气田管线桥施工最大悬臂状态受静风荷载作用可能存在静风失稳问题,影响结构正常施工与安全性。为解决上述问题,首先采用静力三分力系数法分析该桥最大悬臂状态设计基准风速作用下的静风效应,明确主梁各断面水平、竖向和扭转位移在不同初始风攻角条件下的发展变化规律;其次,对该桥最大悬臂状态不同初始风攻角作用下的非线性静风稳定性进行分析,基于控制断面的风速-扭转角变化曲线明确结构扭转发散临界风速;最后根据非线性静风稳定性分析结果对该桥最大悬臂状态的静风稳定性进行分析评价。结果表明,在正攻角范围内(0°～5°),主梁横向位移与扭转角最大值分别为-1.47 mm与0.023°,负攻角范围内(-5°～0°),主梁横向位移与扭转角最大值分别为为0.25 mm与-0.007°,在不同初始风攻角作用下结构稳定系数介于1.53～2.58之间。不同初始攻角作用下结构的临界风速介于63～109.6 m·s^-1之间,结构在负攻角范围内的临界风速计算值较正攻角高。     

斜拉桥主梁断面静三分力系数的数值模拟

计算流体力学方法的发展给风工程提供了一种可能替代风洞试验的研究手段。以一斜拉桥为模型,采用FLUENT软件分析主梁断面在0°攻角下的速度和压强分布,并得到主梁断面在攻角-5～5°范围内的静三分力系数,为抗风计算提供依据。     

斜向风作用下倒梯形桁梁桥气动力参数研究

为研究气动力参数对倒梯形断面公铁两用桁梁桥在斜向风作用下气动特性的影响,采用2种不同断面尺寸的倒梯形断面桁梁模型,针对成桥状态与施工状态,在大范围风偏角(0°~180°)与不同风攻角来流条件多种组合工况下进行风洞试验,测量其五分力系数,并将试验值与传统斜向风分解理论结果进行对比。试验结果表明:横桥向力系数最大值均发生在风偏角为15°左右时,顺桥向力系数最大值发生在风偏角为60°左右时;对于此类断面桁梁桥,横桥向风致响应计算时,横桥向来风时不一定是最不利来流,且顺桥向力不能忽略。对比风洞试验结果与斜向风分解理论表明,两者得出的顺桥向力系数与横桥向力系数的比值有一定的偏差。     

主梁断面形式对大跨斜拉桥风致稳定性的影响研究

为了解主梁气动外形对大跨度斜拉桥静风稳定性和颤振稳定性的影响,以某主跨2×1 500m的三塔双索面斜拉桥为背景,采用风洞试验和数值计算相结合的方法对比分离箱梁、桁架梁和闭口箱梁3种典型主梁断面形式下桥梁的静风稳定性和颤振稳定性。结果表明:分离箱梁断面的静风稳定性和颤振稳定性均优于闭口箱梁和桁架梁断面;对于分离箱梁和桁架梁断面,各风攻角下均先出现静风失稳,静风失稳控制抗风设计;对于闭口箱梁断面,+3°风攻角下首先出现颤振失稳,-3°和0°风攻角下首先出现静风失稳。     

典型桁架桥梁断面静风阻力遮挡系数风洞试验

基于典型桁架桥梁断面桁片节点测压风洞试验,研究了典型桁架桥梁断面-10°～ +10°风攻角下的遮挡系数.试验结果表明:采用规范计算桁架桥梁断面成桥状态的遮挡系数,在计算间距比和实面积比时,建议将桥面铺装高度计入迎风桁架高度,将桥面铺装迎风面积计入桁架轮廓面积;遮挡系数随着风攻角的增大而减小,可以采用一次线性经验公式计算不同攻角的遮挡系数.     

港珠澳大桥青州航道桥抗风性能研究

为了检验港珠澳大桥青州航道桥的风致稳定性,对其抗风性能进行研究。采用主梁节段模型风洞试验研究主梁的涡振性能和颤振性能,采用桥塔气弹模型风洞试验研究桥塔自立状态的驰振性能和涡振性能,采用ANSYS软件进行全桥有限元分析研究该桥的静风稳定性。结果表明:港珠澳大桥青州航道桥主梁原始断面和增加风嘴断面涡振性能不满足规范要求,在人行道栏杆上方增设抑流板后涡振性能满足要求;主梁原始断面和增加风嘴断面满足颤振稳定性要求,增加抑流板断面在+5°风攻角下的颤振稳定性不满足要求;桥塔的驰振性能满足要求;均匀流场和紊流场下,桥塔仅在风偏角较小时出现扭转涡振;各初始风攻角下,该桥的静风稳定临界风速均远大于静风失稳检验风速,静风稳定性满足规范要求。     

斜风作用下风-车-桥非线性分析系统建立

为了从风作用方向的三维模拟和系统非线性2个角度实现风-车-桥系统的全三维高真实度模拟,首先建立斜风荷载处理方法,采用平均风分解理论对桥梁斜风进行分解,形成桥梁斜风荷载,把桥梁风作用方向模拟域由垂直于桥梁纵轴线的二维平面扩展到三维空间;采用矢量合成法则和线性插值方法,依据车辆位置函数确定桥上车辆任意位置和时刻的合成风速,并基于风洞试验获取车辆气动力系数,形成车辆斜风荷载。然后基于已建立的非线性分析系统,融合斜风荷载处理方法,构建斜风作用下的风-车-桥全三维非线性分析系统,并实现动态可视化。最后采用建立的分析系统,对系列风偏角工况下的桥梁空间动力响应和车辆安全进行分析和评价。结果表明：斜风作用下,桥上车辆事故指标值及桥梁位移响应随着风偏角增大总体上均呈现先减小后增大趋势,且极值均出现在非90°的锐角区;基于风向垂直于桥跨方向的假定所进行的桥梁设计和车辆安全性评价结果偏于不安全。     

基于CFD方法的大跨高墩刚构桥梁风荷载数值识别

针对峡谷地区典型特大跨高墩桥梁结构风荷载的不确定性问题,采用计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,对大跨变截面主梁和超高双柱薄壁桥墩的风荷载进行数值识别。研究不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响、不同气流风偏角对超高薄壁墩风荷载的影响、考虑尾流干扰效应的双柱薄壁桥墩气动力变化过程。同时,从气流作用微观角度分析了气流对大跨高墩刚构桥梁结构风荷载的作用机理。通过数值计算,为设计人员进行大跨高墩桥梁风荷载的取值提供了参考,对目前我国相关桥梁设计规范的缺陷进行了有效的补充。     

斜腿刚构荷载横向分布的简化计算探讨

为简化桥梁计算,通常通过荷载横向分布系数将复杂的空间受力问题,简化为工程师习惯、受力明确的平面结构。该文通过改变空间模型中虚拟横梁的间距及抗弯刚度,系统地分析了主梁边、中孔最大正弯矩断面及斜腿顶部主梁最大负弯矩断面的横向分布规律,并通过荷载试验结果对分析的结论进行验证。结果表明:在采用空间梁格法计算斜腿刚构跨中断面横向分布时,虚拟横梁间距取虚拟纵梁间距的1/2及虚拟横梁抗弯刚度调整为主梁的3倍时,计算的模拟斜腿刚构跨中横向分布与实测值误差在5%以内,具有足够的精度,可供工程设计参考使用。     

断面类型对斜拉桥动力特性的影响

为了研究不同主梁断面形式对斜拉桥动力特性的影响程度,通过建立有限元模型对基频进行计算,对比了不同断面类型在风荷载作用下的结构动力特性。结果表明:不同的主梁断面类型主要影响主梁振型的出现次序及频率大小,而在相同截面尺寸下,闭口断面类型的桥梁在竖弯、侧弯、扭转等方面的频率比开口断面均有很大提升。     

斜风下扁平箱形截面桥梁颤振性能风洞试验研究

扁平箱形截面桥梁的颤振临界风速与风偏角的关系明显地受到风攻角的影响。在0°风攻角情况下,扁平箱形截面流线性好,其颤振性能与平板接近,颤振临界风速随风偏角的增加而增加,用传统的平均风分解方法可以获得较好的结果;而对于非0°风攻角的情况,扁平箱形截面的流线性变差,随着风偏角的增加其颤振临界风速呈起伏变化,最低值一般在斜风的情况下出现,此时,传统的平均风分解方法不再适用。     

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。     

自锚式梁下斜张简支桥梁的冲击系数研究

以梁下斜张简支梁为研究对象,根据规范计算得到其冲击系数,并与无斜张索的简支梁冲击系数进行对比。基于瞬态响应分析法,通过ANSYS有限元计算,得到在不同速度移动荷载作用下,不同主梁截面形式、不同撑杆布置形式的梁下斜张简支梁桥主梁各点的冲击系数分布规律,并对不同大小的移动荷载作用下的主梁跨中冲击系数进行参数分析。结果表明:①梁下斜张简支梁桥的冲击系数大于相同主梁的简支梁桥;②斜张梁的冲击系数分布规律均为梁端处较大而跨中处较小;③主梁截面形式、撑杆布置形式及移动荷载速度均对冲击系数造成较明显影响,而移动荷载大小对跨中冲击系数的影响不明显。     

宽幅PK断面混凝土斜拉桥剪力滞效应研究

针对武汉市四环线汉江特大斜拉桥宽幅PK断面的特点,采用有限元法对宽幅箱梁桥成桥运营阶段等工况下全桥的剪滞性能进行了分析,得到了箱梁剪力滞空间分布规律。横向预应力筋的作用不能忽略,其显著改变了剪力滞系数。在直腹板厚度、直腹板间距和斜腹板厚度因素中以直腹板间距对最大剪力滞系数的影响最大,但是也在5%以下。明确了施工和运营过程中主梁截面需要重点监控的位置,为拓展宽幅PK断面混凝土斜拉桥的应用提供支撑。     

斜拉桥箱形主梁尺寸的优化分析

针对斜拉桥中采用的双箱式主梁,改变斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度以及斜腹板倾斜角度,利用结构有限元分析程序ANSYS,对不同情况下的箱形主梁建立了有限元模型。考虑到梁段以外附近区域的作用,在其两端截面上施加了由平面杆系结构分析所得的端面内力,另外,索力和预加力(梁纵向、横隔梁横向、斜腹板竖向)也施加在相应的位置,分析了不同工况下箱形主梁在自重、索力和预应力作用下的空间应力效应。给出了斜拉桥箱形主梁的底板厚度、斜腹板厚度及斜腹板倾斜角度的合理化建议。分析表明:当底板厚度为30 cm左右,斜腹板厚度为30cm左右,斜腹板倾斜角度为150°~152°时,主梁的应力分布比较合理。     

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔静气动力系数研究

张靖皋长江大桥南航道桥主桥塔塔高超过300 m,采用倒角矩形截面设计，风荷载效应突出。为对该桥塔气动性能进行精细分析，采用缩尺比为1∶100的分段刚性模型进行风洞测力试验，研究桥塔各段静气动力系数随风偏角的变化规律，并分析塔柱间的遮挡效应和横梁对静气动力系数的影响，结果表明，主塔上、中、下3段最大阻力系数为1.125,最大升力系数为1.329,塔柱间的遮挡效应在风偏角0°～20°时对阻力系数影响较大，横梁对塔柱升力系数和扭矩系数影响较大。研究成果对300 m级超高桥塔设计具有一定的参考意义。     

双弧形跨海斜拉桥静力与稳定性分析

为探究具有双弧形桥塔的跨海斜拉桥静力稳定性问题,首先介绍了工程概况以及风参数,并基于桥址处场地条件给出了主梁横向静阵风荷载的计算过程；其次基于Midas/Civil 2019建立考虑拉索几何非线性的三维空间有限元模型,并给出了结构自振特性；最后探究了营运阶段可能承受荷载作用下的静力与稳定问题。研究表明：主梁在塔梁连接处的内力最大,而桥塔最大内力发生在下横梁连接处,桥塔弯矩和剪力最大值分别为3.05×10⁵ kN.m和1.53×10⁴kN；主梁跨中竖向位移和塔顶纵向位移最大值分别为52.52mm和17.364mm,均满足要求；横风作用下塔顶位移和主梁跨中横向位移分别为20.384mm和6.81mm,且稳定系数大于4,故在营运阶段不会因各种荷载共同作用下产生整体失稳问题。     

基于CFD数值模拟对大跨桥梁主梁断面颤振研究

随着桥梁设计跨度增大,结构对风荷载作用极为敏感。采用CFD数值模拟方法研究桃花峪黄河大桥主梁断面颤振问题,根据分状态强迫振动法给出了颤振导数识别方法建立了数值计算模型,经计算得出结论:在+5°风攻角下造成竖向振幅为0.03 m所需风速约为13.2 m/s,在+3°风攻角下造成相同竖向振幅所需风速约为14.2 m/s;在+5°风攻角下造成扭转振幅为6°所需风速约为13.1 m/s,在+3°风攻角下造成相同扭转振幅为6°所需风速约为14.0 m/s,风攻角是颤振重要因素;经模拟气动流场得到主梁结构在0°、+3°及-3°攻角下颤振临界状态涡量变化情况可知随着风速增大涡量图为一对细长互不干涉正负涡量逐步增大至正负交替漩涡,在尾流处耦合成2个相互交替大漩涡。     

单索面双箱平列PC斜拉桥

本文简要介绍世界上桥面宽度居首位的单索面预应力混凝土斜拉桥。该桥主梁采用２个单室斜腹板箱梁，在斜拉索的锚固点处采用三角形构架将２个箱梁联结成整体，并通过在箱室内增加斜杆来形成一个可作双向伸臂承受荷载的横向桁架。