不对称钢箱梁涡激振动性能及制振措施研究

锦江人行天桥全长698 m,主桥部分上部结构为桅杆式斜拉桥,下部结构采用V形钢桥墩,主梁断面为左右不对称钢箱梁。为研究不对称钢箱梁断面的涡激振动特性,同时消除可能存在的涡激振动对主桥运营安全的影响,对主梁断面开展了1∶20节段模型风洞测振试验,针对主梁受气动干扰敏感和可调节气动外形的区域进行涡激振动气动措施研究。试验结果表明：不对称钢箱梁在前后两侧来流工况下,主梁均出现了涡激振动现象,但各工况下的涡振现象和风速锁定区间不同;对比了去除主梁栏杆和对栏杆间隔封闭的气动措施,采用对栏杆隔三封一能够抑制主梁的涡激振动。本研究所提出的制振措施可为类似工程研究提供参考。     

串列双流线型断面涡激振动气动干扰试验

在均匀流场下,分别对不同间距比D/B、不同阻尼比条件下上、下游流线型断面涡激振动气动干扰进行了风洞试验研究,并将上、下游流线型断面涡激振动锁定区间、涡激振动振幅与单流线型断面进行了对比。结果表明:上、下游流线型断面涡激振动锁定区间不因D/B及阻尼比的影响而改变,上、下游流线型断面D/B和阻尼比对其涡激振动振幅有影响;上游断面涡激振动气动干扰效应主要受D/B的影响,当D/B≤3时,对上游断面涡激振动的干扰效应表现为增大效应;当D/B>3时,对上游断面涡激振动的干扰效应可忽略;下游断面涡激振动气动干扰效应主要受上游断面涡激振动振幅影响,当上游断面振幅较大时,其对下游断面干扰效应主要表现为抑制作用;当上游断面振幅较小时,其对下游断面干扰效应则表现为增大效应;随着双幅断面间距增加,干扰效应逐渐减弱。     

流线型箱梁气动外形对桥梁颤振和涡振的影响

以某流线型钢箱梁断面为例,详细研究了主梁气动外形变化对桥梁颤振和涡振性能的影响.基于1∶50节段模型风洞试验,分别研究了箱梁的栏杆、检修车轨道、风嘴、导流板,以及斜腹板对桥梁颤振及涡振性能的影响.研究表明,栏杆和检修车轨道将弱化桥梁断面的气动性能,而风嘴和导流板则对桥梁的颤振和涡振性能有利.值得提出的是,在其他气动外形保持不变,而斜腹板倾角变为15°时,桥梁的颤振性能不仅获得了较大提升,且涡振现象还可得到消除.此现象的初步机理为:较小的斜腹板倾角可阻碍和廷后流线型箱梁下风侧漩涡的形成和脱落,从而显著削弱漩涡脱落对桥梁涡振和颤振的影响.详细的气动机理还有待深入研究.此点发现对于大跨度桥梁的抗风设计具有重大的参考价值和实际意义,并已经成功应用于国内多座大跨度桥梁的气动外形设计中.     

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。     

分体式钢箱梁涡激振动特性及制振措施风洞试验研究

嘉绍大桥为多跨斜拉桥,其分体式钢箱梁可能在常遇风速下发生涡激振动.为消除可能的涡激振动对桥梁运营安全的影响,详细开展了嘉绍大桥主梁涡激振动特性及制振措施的风洞试验研究.在开展1∶60常规节段模型试验研究,把握大桥主梁涡振特性研究的基础上,针对主梁的气动敏感区域开展了涡振制振措施的研究工作,提出了抑制涡振的梁底导流板和桥面抑振板.通过1∶20大尺度节段风洞试验更详细地把握了该桥的涡振特性,并验证了导流板和抑振板的制振效果.风洞试验结果表明,当两者单独使用时,可在0.5％的阻尼比下将涡振振幅降低50％以上,以满足规范要求;当两者联合使用时,可基本消除涡激振动.该两种制振措施为同类型主梁的涡激振动控制有较好的参考作用.     

斜拉索涡激振动的被动自吸吹气流动控制

圆形斜拉索长细比大、阻尼及刚度小,因而其经常发生风致振动,尤其是涡激振动。涡激振动是一种限幅振动,其发生风速较低,因而斜拉索经常发生涡激振动现象,为此提出一种被动自吸吹气流动控制措施来抑制斜拉索涡激振动。通过节段模型气弹试验得到,被动吸吹气控制方法在套环间距适当下使得斜拉索涡激振动区间变窄,甚至可以完全抑制其发生涡激振动。通过分析斜拉索节段模型表面压力分布,得到被动自吸吹气能大幅度降低压力脉动值和脉动风荷载;且模型背风面的平均压力值的平台区也有所提升,表明平均阻力也有所减小。频谱分析表明：此控制方法改变了旋涡脱落模式及脱落强度。最后由尾流速度剖面可得,被动吸吹气流动控制方法缩小了模型尾流区宽度,尾流中的速度脉动也极大降低。折算风速为5.99时,对尾流速度时程做频谱分析可得,吸吹气控制方法能抑制住无控圆柱模型尾流中周期性交替脱落的旋涡。套环控制方法应用于三维柔性索性索模型上,能极大地降低柔性斜拉索的前三阶涡激振动幅值,同时发现套环间距越小,控制效果越强。     

中央开槽箱形断面斜拉桥的涡激振动试验与分析

为研究斜拉桥采用中央开槽箱形断面时抑制主梁涡激振动的气动措施,以港珠澳大桥江海直达船航道桥为背景,对其主梁节段模型进行涡激振动试验,并结合CFD方法分析对主梁采取3种不同气动措施(增设不同开孔率的底板、改变腹板角度和增设导流板)的有效性。分析结果表明:增设开孔底板可以有效地控制主梁涡激振动的发生,但存在一个最佳底板开孔率;改变腹板角度可以改善主梁涡激振动的性质,但是作为单独的涡激振动控制措施并不很理想;在主梁腹板两侧设置导流板是抑制主梁涡激振动的最有效措施。     

结构—尾流振子耦合模型参数识别及桥梁涡激振动预测

为准确预测桥梁涡激振动特征,基于结构尾流振子耦合模型涡激振动预测方法,分析其动力方程及近似解,针对目前结构—尾流振子耦合模型中较难确定的模型参数(质量参数M、流场“stall”效应参数y、结构对尾流作用的耦合项参数A和范德珀尔参数ε),提出了基于涡激振动风速～振幅曲线的模型参数识别方法.开展某主梁节段模型风洞试验,依据...     

多孔扰流板对封闭流线型箱梁涡振减振效果

以某封闭流线型钢箱梁斜拉桥为工程背景,通过节段模型风洞试验进行了多孔扰流板各参数如宽度、透风率、孔径对其涡振减振效果影响规律的研究。结果表明:多孔板平行于主梁两侧斜腹板,当各参数取值合适时,可有效地减小模型在+3度风攻角下的扭转涡振。     

栏杆基石对闭口箱梁桥梁涡振性能影响的机理

为研究检修道栏杆基石对桥梁涡激振动性能的影响,依托中国某主跨808 m的超大跨度闭口箱梁加劲梁悬索桥,通过主梁大比例节段模型弹性悬挂测振测压风洞试验获取模型风致振动响应和表面各测点压力时程数据,测试原设计断面在±5°攻角范围内的涡振性能,对比分析3种不同栏杆基石位置和高度工况下主梁涡振响应性能和桥面测点脉动压力系数均值、均方差、压力功率谱以及局部气动力和总体气动力的相关性。研究结果表明：依托工程主梁设计断面发生了显著的竖向和扭转涡激共振,且扭转涡振显著超出规范允许值,主梁涡振性能随来流风攻角的增大而变差。主梁表面实测脉动压力数据分析显示,由于栏杆和基石的阻挡,箱梁上表面气流分离后在后部再附,导致上表面前部和中后部发生了强烈的压力脉动。上表面前部、后部以及下表面迎风区斜腹板局部气动力与总体气动力具有很强的相关性,这也是导致主梁发生显著扭转涡振的根本原因。将栏杆基石移至桥面板边沿显著减小了上、下表面压力脉动,上表面前部和后部气动力相关性被破坏,可以大幅抑制涡振;将栏杆基石移至桥面板边沿,并降低栏杆基石高度抑制了气流在上表面后部的再附现象,断面压力脉动被削弱,局部气动力和总体气动力相关性被完全破坏,从而有效抑制涡振。     

宽幅双箱叠合梁涡振性能及抑振措施试验研究

叠合梁断面通常为气动外形较钝的半开放截面,为漩涡的产生和发展提供了条件,容易发生涡激振动现象。过大振幅的涡激振动会影响行车舒适性,严重时将引起结构疲劳破坏,危及桥梁结构安全。如何有效解决涡激振动问题成为叠合梁桥抗风设计的关键。为了抑制该类主梁断面的涡激振动,以宜宾盐坪坝长江大桥为背景,通过1：60的节段模型风洞试验,研究了风嘴、中央稳定板、封闭栏杆、裙板、内侧隔流板、箱梁下导流板等常见措施对双箱叠合梁断面涡激振动性能的影响。研究结果表明：封闭斜拉索防护栏杆、内侧隔流板、梁底稳定板等措施均可不同程度地降低主梁的涡振振幅,但仍无法满足桥梁的抗风设计要求;竖直裙板可以使-3°和0°攻角下主梁的涡激振动消失,但对3°攻角的减振效果有限;在叠合梁中应用广泛的传统整体式风嘴无法降低宽幅双箱叠合梁的涡振振幅;采用安装在箱梁侧下方的三角形风嘴可以减弱箱梁边缘的流动分离,优化梁体的气动外形,从而使断面在各个风攻角下的涡振振幅大幅降低。将三角形风嘴与封闭斜拉索防护栏杆的方案组合后,可进一步降低主梁的涡振振幅,满足抗风设计的要求。所提出的叠合梁涡振抑振措施具有较好的工程适用性,可为同类桥梁的抗风设计提供借鉴。     

桁梁桥气动导纳函数的试验研究

在介绍识别气动导纳函数的试验原理和试验方法的基础上,以坝陵河大桥和果子沟大桥为例进行了桁梁桥气动导纳函数的试验研究.对不同攻角、不同风速下的升力导纳、阻力导纳和升力矩导纳进行对比分析,概括了桁梁桥气动导纳函数的特点,并利用数值拟合技术,得到桁架结构断面气动导纳函数的经验拟合公式.基于该公式,对坝陵河大桥和果子沟大桥进行了抖振频域分析,并与风洞试验抖振响应测量结果做对比,表明计算值与试验值具有良好的一致性,证明了桁梁气动导纳识别方法的正确性和拟合公式的有效性.     

特大跨径桁架加劲梁桥颤振稳定性气动优化措施风洞试验研究

以某特大跨径桁架加劲梁悬索桥为例,利用节段模型风洞试验,探讨研究桥面板中央开槽孔、加裙板、气动翼扳等各种气动控制措施对颤振临界风速的影响。试验结果表明,桥面板中央开槽、设置裙板、气动翼板都能够使桁架加劲梁桥颤振稳定性得到改善,但是都不能使各个攻角下的颤振临界风速都有所提高。气动翼板和桥面板中央开槽组合气动措施,且气动翼板的安装位置在桁架加劲梁弦杆,是最优化气动措施组合,可为类似大跨度桁架加劲梁桥抗风设计做参考。     

大跨度悬索桥的多阶模态竖向涡振与控制

大跨度悬索桥具有多个竖向模态密集分布的特性。在常遇风速范围内,从低到高的各阶竖向模态随风速升高而逐个发生涡振,这就是大跨度悬索桥的多阶模态涡振问题。针对这一问题开展深入研究,讨论中国公路桥梁抗风设计规范中竖向涡振容许振幅的合理性;阐述了利用节段模型风洞试验和理论分析综合预测实桥多阶模态竖向涡振响应的基本方法,得到了各模态阻尼比相等时悬索桥各阶模态竖向涡振振幅基本相等的结论,并通过特殊设计的悬索桥竖向等效气弹模型和塔科马桥涡振实测资料,验证了这一结论;指出在既有桥梁上追加气动措施或安装调谐质量减振器抑制悬索桥多阶模态涡振都有很大的难度,进而提出了在加劲梁与桥塔之间安装直接耗能阻尼器的设想,并进行了气弹模型试验验证;讨论了采用电涡流阻尼器进行半主动涡振控制的可行性。研究结果表明：在相同阻尼比条件下大跨度悬索桥各阶竖弯模态的最大涡振振幅基本相等;依据最大加速度幅值按频率比的平方增加的原理,满足人体振动舒适性的高阶竖弯模态的容许振幅必然小于低阶模态,因此要更加重视起振风速在容许行车风速（25 m·s^-1）以内的高阶竖弯模态涡振;对于漂浮体系悬索桥,在加劲梁与对应桥塔之间设置阻尼器可有效抑制多阶模态涡振。     

封闭式扁平钢箱梁颤振稳定性气动优化措施风洞试验研究

以某大跨度悬索桥封闭式扁平钢箱梁为例,利用节段模型风洞试验,研究风嘴、导流板、栏杆、导轨对颤振临界风速的影响。试验结果表明,导流板、风嘴和栏杆透风率对颤振临界风速影响显著,栏杆位置和导轨位置对颤振临界风速影响不大,最终确定了一种气动外形较优方案,为类似钢箱梁抗风设计提供了借鉴经验。     

扁平箱梁颤振后状态的振幅依存性研究

以舟岱通道大桥扁平箱梁断面为对象,通过节段模型风洞试验详细测试了该断面在风速超过颤振临界点后,振幅随风速变化的颤振后振动特性。基于变振幅的运动时程,阐释了气动阻尼、相位差及颤振导数等参数的振幅依存特性,提出了变振幅条件下的各参数的识别方法,指出了影响扁平箱梁颤振后特性的主要因素,并利用耦合颤振闭合解法进行了验证。研究结果表明：扁平箱梁在颤振后的振动过程中,气动阻尼具有明显的振幅依存性,相位差的振幅依存性较弱,振幅比基本不具有振幅依存性;颤振导数A₂^*随振幅变化而显著变化,是影响气动阻尼改变的最主要因素,其余颤振导数具有一定的振幅依存性,但对气动阻尼的影响较小。最后从气动阻尼随振幅变化的角度初步阐释了扁平箱梁在颤振后发生不同振动现象的动力学机理,并从气动阻尼曲线存在多个零点的角度解释了扁平箱梁在同一风速下具有多个稳定振幅点的可能性。     

瓯江特大桥钢箱梁合龙控制研究

混合梁结构多用于斜拉桥,在大跨径连续刚构桥上应用较少,且混合梁连续刚构桥研究不够深入.瓯江特大桥主桥采用大跨径混合梁连续刚构桥,由于主跨跨中存在一个大节段钢箱梁段,故在设计、施工方面与常规混凝土连续刚构桥有较大不同,同时在施工控制过程中也出现了很多新问题.在常规混凝土连续刚构桥控制方法的基础上,对钢混结合段累计位移的突变问题进行分析,得到准确预测钢混结合段安装标高的方法.对钢箱梁吊装状态进行分析,得到准确的钢箱梁加工线形.对合龙时的温度效应进行分析,把握了温度影响规律,为钢箱梁的精确合龙提供依据.