山区峡谷桥址地形模型过渡段优化

针对山区峡谷桥址地形模型入口边界确定问题,以贵州省湘江特大桥桥址处地形为依托,选择维多辛斯基曲线作为地形模型过渡段的基本曲线形式,采用计算流体动力学方法对不同曲线参数进行计算,并结合关联度权重确定法确定最优过渡段曲线参数。在此基础上设计并制作了几何缩尺比为1：1 500的桥位地形模型,分别进行了有、无过渡段地形模型的风洞试验,对比了地形模型有、无过渡段对桥位桥面高度处横桥向风速、风攻角以及桥梁总长1/4跨、1/2跨、3/4跨风剖面的影响。过渡段曲线的二维数值模拟结果表明：采用最优过渡段可有效降低模型边界后方气流等效风攻角,并最大程度地保持入流风速,减小过渡段后湍流度;设置过渡段后风速场分布特性与入流参考风速场分布特性的一致性较好。地形模型风洞试验结果表明：曲线过渡段使风剖面逐渐抬升,气流过渡平缓,不存在明显的加速效应,剪切层发展较慢;设置过渡段后不同风剖面位置处平均风速较无过渡段时大,湍流强度较无过渡段时低;设置过渡段对桥梁主梁高度处风攻角存在一定的影响,但有、无过渡段时的风攻角变化趋势大致相同;采用优化后的过渡段使风剖面逐渐抬升,减小了"人为峭壁"对地形模型试验结果的影响,主梁高度处横桥向风速总体大于无过渡段时主梁高度处横桥向风速。     

高精度入口边界的峡谷桥址风场数值模拟

山区峡谷地区由于受特殊地形地貌条件影响使得其风场十分复杂,这些地区建立的大跨度桥梁面临着更为突出的风致振动问题,而当前规范对峡谷桥梁的抗风设计还没有明确规定。为更加深入认识峡谷风场的分布特性,基于WRF与CFD耦合模式对峡谷桥址风场进行精细化分析,在中尺度气象模式基础上结合多项式插值方法获取入口边界的平均风速,同时对峡谷桥址上游风速进行实时监测,利用实测站脉动特性互等的原则获取数值模拟入口位置的脉动特性。将平均风速和脉动风速综合考虑后利用UDF程序赋给大涡模拟的入口边界并对峡谷桥址位置风场进行详细分析,最后将模拟结果与实测结果的湍流特性进行对比。研究结果表明：考虑脉动风速后的入口边界条件相比于无脉动入口风速其湍流特性与实测值吻合更好;中国现有规范中的标准谱不适用于复杂峡谷桥址地区,如用现有规范设计山区峡谷桥梁,其结果偏不安全;来流风向与峡谷走向是引起加速效应的主要原因,峡谷上游的复杂局部地形是引起峡谷桥址风场多样性的根本原因。研究成果可供山区峡谷大跨度桥梁抗风设计提供参考。     

山区峡谷桥梁抗风设计风速的确定方法

首先通过分析四渡河峡谷大桥桥位周边地区标准气象站的基本风速数据,拟合基本风速和海拔的变化关系,用海拔修正确定山区峡谷大桥的基本设计风速;然后通过地形模型风洞试验研究影响山区峡谷风速的主要因素。结果表明：山区峡谷风速主要受峡谷风、越山风和遮挡三大类地形效应影响,相应风向的设计风速大小可用地形系数修正;山区峡谷桥梁的设计基本风速受海拔影响很小,随着海拔增高,基本风速略有增大;山区峡谷桥梁的抗风设计风速等于桥位的基本风速乘以地形修正系数,而平坦地貌的平均风速剖面模型已不再适用。     

山区桥梁桥址风环境数值风洞研究

为确保山区桥梁的抗风稳定性和安全性,根据计算流体动力学(CFD)基本原理,采用基于RNG、k-ε方程湍流模型的数值研究方法,利用计算流体力学软件FLUENT6.0对坝陵河特大桥桥址风环境进行了数值模拟,研究了桥位风场的特征状况.通过引入风速放大系数这一表征考察点与边界入口风速关系的无量纲参数得到16个不同来流风向下考察...     

山区峡谷大跨度人行悬索桥抗风性能试验研究

为研究山区峡谷大跨度人行悬索桥的抗风性能,以一座跨度为389 m的人行悬索桥为背景开展风洞试验研究。首先采用地形模型风洞试验获得加劲梁设计基准风速、静阵风风速和颤振检验风速;然后采用节段模型测力风洞试验测得加劲梁气动力系数随风攻角的变化规律,采用节段模型测振风洞试验测得加劲梁在风荷载作用下的竖向位移根方差及扭转角根方差,以分析加劲梁的涡振特性和颤振稳定性。结果表明：随着风攻角由-10°变化到10°,加劲梁的阻力系数先减小后增大,升力系数明显增大,扭矩系数缓慢增大;加劲梁在+3°和+5°风攻角下均发生了扭转涡振和软颤振现象,但涡振的起始风速均大于设计基准风速,颤振临界风速均大于颤振检验风速,表明该桥具有较好的涡振性能和颤振稳定性。     

山区峡谷大跨度铁路桥梁方案设计研究

瓮安至马场坪铁路北延伸线湘江特大桥为大跨度山区铁路桥梁.桥址处山高谷深,建桥条件复杂.综合考虑桥址地理环境、地质、施工便捷性和工程经济性等因素,研究并提出3种可行的桥式方案,通过对结构体系、结构尺寸、施工方法、计算指标、工程造价、施工工期等方面进行研究,推荐120 m+2×235 m+120 m跨径组合的刚构斜拉桥方案...     

U形峡谷桥址区风特性实测研究

山区桥梁桥址区风场特性相比平原地区更加复杂,具有强烈的地形效应。针对某U形峡谷中三塔斜拉桥的中塔建立了高度方向的多个测点,测得了不同高度处的风速时程,通过统计分析得到桥位的平均风参数和脉动风参数及其统计规律。分析结果表明,该峡谷桥址区的平均风速剖面受地形影响大而且形式复杂,风攻角比规范推荐值大,顺、横、竖风向的湍流度比值与规范值的差异明显,湍流积分尺度、脉动风功率谱与规范相比也有所区别。     

山区峡谷非均匀风场下大跨度斜拉桥静风稳定性分析

为研究山区峡谷地形下非均匀风场对大跨度桥梁静风稳定性的影响,以一座跨越典型山区峡谷地形的大跨度斜拉桥为工程背景,首先,采用计算流体动力学（CFD）软件Fluent对桥址区地形的风场特性进行分析,计算出沿主梁方向的非均匀风速和非均匀风攻角分布;然后,采用ANSYS APDL技术实现能考虑非均匀风速和非均匀风攻角下大桥静风稳定性的非线性分析方法。在此基础上,综合考察非均匀风攻角分布、非均匀风速分布、非均匀风速非均匀风攻角分布等风场条件对大桥静风稳定性的影响,分析各工况下主梁的静风变形与跨中处拉索刚度变化。研究结果表明：与均匀风场条件下的静风响应不同,非均匀风攻角或非均匀风速下主梁静风响应最大值点位于风荷载峰值点与跨中之间,在针对非均匀风场下大桥的静风稳定性分析时,应更注重静风响应最大值点而不是跨中处;非均匀风攻角下大桥的静风失稳临界风速要远低于均匀风攻角的静风失稳临界风速,且其静风稳定性能主要受最大风攻角而不是主跨部分非均匀风攻角的平均值来控制;非均匀风速下大桥的静风失稳临界风速主要由主跨部分的风速平均值和最大值共同影响;主梁的竖向位移和扭转角形状主要由风攻角因素来控制,而横向位移的变化规律相对较独立,其形状基本上以跨中线对称,且其值主要由风速因素来决定。     

京沪高速铁路南京长江大桥桥址区风特性研究

基于已有的风速观测记录，对京沪高速铁路南京长江大桥桥址区的风向分布进行了统计分析。针对风速观测记录的特点，证明了利用不同高度处月最大风速记录推算地表粗糙度系数的可行性，并对通过最小二乘拟合得到的地表粗糙度系数进行了统计分析。最后分别根据原始风速观测记录和基本风压分布图推算了该桥的设计基准风速，上述研究将为该桥进一步的抗风分析提供依据。     

基于WRF的山区峡谷桥址风场数值模拟

为解决山区峡谷风场数值模拟过程中入口边界难以合理给定的问题,在中尺度气象模式(WRF)基础上利用多尺度耦合方法对山区峡谷桥址风场进行了精细化数值模拟。模拟过程中,首先基于WRF利用多尺度耦合的方法得到山区峡谷入口处的中尺度速度场信息,然后以入口边界位置风场波动情况为原则,对模拟的中尺度风场信息在耦合面进行分块,分块后分别运用多项式方法将其风速进行拟合,并通过UDF程序将拟合的速度赋给大涡模拟的入口边界。最后以张家界澧水大桥所在峡谷为研究背景,在桥址位置安装风速实时监测系统,将现场实测结果与所提方法的数值模拟结果进行了对比。研究结果表明:WRF的运行结果通过降尺后能较好地运用在山区峡谷风场CFD数值模拟的入口边界上,这种处理较好地解决了山区峡谷风场数值模拟过程中入口平均风的给定问题;分块多项式拟合插值方法解决了以往数值模拟过程中出现的人为峭壁问题;利用该方法可以较为准确地得到桥址处平均风速、风向角和风攻角等参数的分布情况。     

灵江大桥施工阶段的风洞试验及抗风分析

采用悬臂施工的大跨预应力混凝土连续刚构桥在合龙前的最大双悬臂阶段为整个施工过程中的最不利抗风状态，但还需考虑由于不对称施工而由风载产生的不利影响。结合灵江大桥的施工，对几种不利风荷载情况进行风载静力分析，并采用节段模型风洞试验进行风振分析，讨论了变截面箱形桥梁的抗风特性。     

考虑风速风向联合分布和地形效应的山区桥梁设计风速确定

为研究风向对基本风速的折减,以及其与地形效应对山区桥梁设计风速确定的共同影响,以一座山区大跨度桥梁为研究背景,采用风速风向联合分布函数和计算流体力学软件FLUENT对桥址区的风场进行数值计算。首先利用桥位附近气象站的风速资料,在风速观测数据不足的情况下,采用极值Ⅰ型分布获得了风速的月极值分布和年极值分布的关系,并由此计算出不考虑风向影响的百年一遇基本风速。再应用风速风向联合分布函数,计算考虑风向影响时各个风向的百年一遇基本风速,探讨风速风向联合分布对基本风速的折减效应;并应用FLUENT软件对2种情况下的桥位区风场进行数值模拟计算,分别得到不同风向下桥位处的最大风速（即设计风速）。研究结果表明：风速风向联合分布和地形效应会对设计风速的确定产生影响。若不考虑风速风向联合分布的作用,当该地区最大基本风速的风向与地形放大效应最大的方向不一致时,会使设计风速值偏于保守。最后基于研究成果提出了可用于山区桥梁设计风速确定的分析流程,该方法更具合理性和工程实用性,可为山区桥梁设计风速的确定提供依据。     

大跨连续刚构桥下击暴流作用效应试验研究

为研究大跨连续刚构桥在下击暴流水平风速作用下的风振响应,开发了一套在大气边界层风洞中模拟下击暴流水平风速的试验装置。下击暴流水平风速剖面通过调节置于风洞中的斜板竖向位置与倾角来模拟,下击暴流时间特性通过控制两侧水平开合板运动的速度、角度来模拟。以广东虎门大桥辅航道桥为工程背景,设计并制作几何缩尺比为1：200连续刚构桥最大双悬臂状态气弹模型,进行了下击暴流瞬态风场、下击暴流稳态风场和大气边界层B类风场下连续刚构桥最大双悬臂状态气弹模型风洞试验,对不同风场下桥梁结构风致振动位移响应进行了对比分析。结果表明：采用下击暴流模拟装置在大气边界层风洞中所模拟的下击暴流水平风剖面与下击暴流经验风剖面吻合较好;采用下击暴流模拟装置实现了下击暴流风速时间特性的模拟,所模拟的下击暴流瞬态风场湍流度与目标值总体接近。在下击暴流瞬态风场下桥梁梁端横桥向位移响应时变均方根最大值约为在B类风场下梁端横桥向位移响应均方根值的2.7~6.8倍;在下击暴流稳态风场下桥梁梁端横桥向位移响应时变均方根最大值约为在B类风场下梁端横桥向位移响应均方根值的70%~230%。在下击暴流瞬态风场下桥梁梁端竖向位移响应时变均方根最大值约为在B类风场下梁端竖向位移响应均方根值的2.3~5.3倍;在下击暴流稳态风场下桥梁梁端竖向位移响应时变均方根最大值约为在B类风场下梁端竖向位移响应均方根值的90%~260%。     

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。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

窄悬索桥气动稳定性的风洞试验研究

对于处于西部山区复杂风环境中的窄悬索桥,为了确保其气动稳定性及研究提高气动稳定性的措施,制作了弹簧悬挂模型在长安大学CA-1风洞实验室中进行风洞试验.试验结果表明,该桥气动不稳定,必须改变原始设计以提高结构刚度、确保结构安全.考虑到桥梁使用功能和构造的限制,对原桥采取增加抗风缆和中央扣等措施,并对增加了措施的模型重新进...     

不确定气动干扰效应影响下并列大跨度桥梁颤振导数识别方法

将处于自然风中一前一后并列布置的大跨度桥梁相互之间可能存在的不确定相互气动干扰处理成随机气动干扰,并归入到紊流风随机激励中,采用基于模态参数识别的随机子空间识别方法,开发了桥梁断面颤振导数识别的专用程序,并以具有理论解的Theodorsen平板为例,通过系统响应数值仿真和颤振导数识别,验证了该方法的可靠性。针对实际大跨度桥梁,设计了并列节段模型试验悬挂系统,开展了紊流风和随机气动干扰效应下的并列大跨度桥梁节段模型风洞试验,将迎风、背风侧桥梁断面的颤振导数结果与均匀流、紊流风中单个桥梁断面颤振导数值进行了对比。结果表明:背风侧桥梁对迎风侧桥梁的颤振导数影响很小,而迎风侧桥梁对背风侧桥梁的颤振导数有较大影响;该研究方法为存在这种随机气动干扰的并列大跨度桥梁颤振导数识别提供了一个较为合理的途径。     

考虑场地效应的大跨度多塔斜拉桥随机地震响应分析

为研究场地效应对大跨度多塔斜拉桥地震响应的影响,以嘉绍大桥为工程背景,建立了ANSYS有限元模型,采用随机地震分析方法对考虑场地差异的结构随机地震动响应进行了数值分析.结果显示,场地效应对嘉绍大桥各跨主梁位移及各塔塔底内力存在一定的影响,其影响程度与场地差异的假定有关.此外,分析了设置刚性铰构造与否和嘉绍大桥随机地震响应之间的关系.研究表明:设置刚性铰将增大主梁纵向和竖向位移以及各塔塔底内力,但对主梁各跨与各塔的影响程度存在差别,应区别对待.