拱桥吊杆涡激风振疲劳寿命评估

为便于桥梁运营管理单位开展桥梁维护与检修,对易于发生涡激风振的圆形截面刚性吊杆的可承受应力循环次数进行估算,以明确吊杆的合理使用年限。借助经典涡振起振临界风速、涡激力计算模型及钢结构疲劳寿命计算理论,对某钢管混凝土拱桥的所有圆形吊杆的动力特性、内力及对应的涡振风速范围进行计算,并结合桥梁所在地风速分布统计数据,对该桥吊杆的涡振疲劳寿命进行评估。研究结果表明,该桥吊杆的疲劳寿命在当地风速条件下满足使用要求,计算过程可为同类桥梁吊杆涡振疲劳寿命评估提供参考。     

液体质量双调谐减振器(TLMD)研究与应用

为解决调谐质量阻尼器(TMD)普遍存在的耐久性及参数调谐困难等问题,基于理论及试验研究,在TMD的基础上,利用调谐液体阻尼器(TLD)的优点,研发了新型液体质量双调谐减振器(TLMD)。TLMD减振器是TMD和TLD减振器的复合体,由于流体与固体的耦合作用,TLMD有比两者组合更好的减振效果。TLMD减振器应用于南京大胜关长江大桥吊杆涡振的振动控制中,实桥试验结果显示,在模态质量比仅为8‰左右时,所有被测吊杆的阻尼比均在3.2%以上,个别吊杆甚至达到4.66%,减振效果显著。     

国外某桥风致振动的抑制措施

国外某桥主跨3×224 m连续钢桁拱为中承式刚性拱柔性梁结构,在安装钢梁过程中,部分吊杆发生涡激振动,通过对钢桁拱吊杆增设纵向水平拉杆及横向联结系和将H形截面改为矩形截面的抑振措施,减小了吊杆的自由长度,提高了涡振发展风速,有效抑制了吊杆的风致振动。     

大跨桥梁主梁涡激振动研究进展与思考

大跨桥梁主梁涡激振动与控制属桥梁工程核心技术难题，亦为桥梁抗风设计理论有待深入解决的关键科学问题。为推动大跨桥梁主梁涡振理论与应用研究的进一步发展，系统梳理国内外针对该问题的最新进展与前沿热点。首先总结现场实测、风洞试验、计算流体力学及理论分析4种常用研究手段及其适用条件，然后从主梁断面涡振驱动机理、涡振影响因素、三维全桥涡振计算方法及主梁涡振控制4部分回顾国内外最新研究进展，最后从试验与测试技术、理论分析、主梁涡振控制3个角度探讨大跨桥梁主梁涡振研究的发展趋势。结果表明：大跨桥梁主梁涡振研究在流体-结构耦合特性模拟、三维全桥涡振性能预测、实桥涡振控制等方面尚存在一些技术难题有待进一步探索；近年来围绕新型观测设备和试验技术、高精度气动力降阶模拟和人工智能手段、主动气动控制措施和新型被动机械措施方面出现了一些新的发展趋势，有较大的细化和深入研究的空间。     

大尺度闭口扁平钢箱梁涡激力半经验模型比较

涡激力半经验模型基于试验结果,描述涡激振动响应特征,属于现象学范畴。目前工程应用较多的主要有经验线性模型、Scanlan非线性模型和Larsen广义模型。常规尺度(1∶60左右)节段模型较小,受雷诺数效应及模型细节处理不够精确等因素影响,试验结果与实际结构往往会存在一定差异。大尺度主梁节段模型(通常为1∶15～1∶20)试验雷诺数更接近实桥,更精确地模拟主梁细节,可测得更精细准确的涡振振幅和涡振区。通过一大跨度悬索桥扁平箱梁1∶20大尺度节段模型涡振试验,基于经验线性模型、Scanlan非线性模型和Larsen广义模型识别涡激力。分析三种半经验模型在描述涡激力和涡振响应方面的特点,为类似工程应用提供参考依据。最后根据沿跨向涡激振动研究进展,提出了三维涡激振动研究问题。     

铁路钢拱桥钢板式吊杆的设计与疲劳评估

为研究铁路钢拱桥钢板吊杆的设计及计算方法,先给出该类吊杆的设计特点、构造细节(包括钢板吊杆和拱肋、主梁连接的典型构造)和其潜在开裂位置及对应的疲劳强度,再给出德国推荐的风荷载引起的横向涡激振动荷载的计算方法及驰振引起的不同高宽比矩形截面吊杆的弯曲或扭转振动评估方法,最后将列车活载产生的疲劳应力幅和横向风荷载产生的疲劳应力幅叠加,进行钢板吊杆的疲劳评估.采用推荐的方法对欧洲某主跨96 m的双线铁路钢拱桥跨中钢板吊杆进行疲劳评估,评估结果表明该桥吊杆的疲劳应力幅及驰振引起的扭转振动均满足要求.     

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。     

芜湖长江公铁大桥主桥抗风性能试验研究

商合杭铁路芜湖长江公铁大桥主桥为主跨588m的钢箱桁组合梁斜拉桥。为确定该桥在施工期和运营期的抗风安全性,对其开展抗风性能研究。分别进行主梁节段模型、桥塔气弹模型、全桥气弹模型及并列拉索风洞试验,研究该桥在成桥状态及最不利施工状态的风致响应。结果表明:施工和成桥状态下,该桥主梁的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,颤振稳定性较好;不同风速下均未观测到明显涡振,涡振性能满足规范要求;设计风速内,不同来流偏角下桥塔均未发生驰振及影响施工的大幅涡振,动力稳定性良好;实桥风速达到84.0m/s时主梁仍未发生颤振、横向屈曲、扭转发散等静力失稳现象,也未发现影响施工的涡振和大幅抖振;最不利工况下,下游拉索在风速37.4m/s时即出现一阶大幅尾流驰振,设置刚性连接杆可以有效抑制尾流驰振现象。     

吊杆抑振用复摆式调谐质量阻尼器调试与安装

瑞安飞云江五桥主桥为连续钢桁系杆拱桥,针对该桥窄翼缘H形截面刚性吊杆涡激振动问题,为其研发了复摆式调谐质量阻尼器。该阻尼器采用电涡流提供阻尼,采用复摆-弹簧提供刚度,消除了摆杆疲劳和刚度-阻尼耦合问题,阻尼器频率和阻尼参数调试便捷,且实现了连续可调,紧凑耐用,便于安装维护,景观效果好。安装阻尼器后的吊杆激振试验表明,阻尼器的抑振效果达到设计目标要求。     

TLMD阻尼器在桥梁工程上的应用研究

为有效抑制九江长江大桥三大拱吊杆的涡激振动,曾为其加装了TMD阻尼器.近20 a来其涡激振动得到了控制,但却造成了阻尼器长期大幅振动状态下的疲劳损伤.为避免当损伤积累后将削弱减振效果并危及结构安全,依托该桥三大拱吊杆新型液体-质量双调谐阻尼器(TLMD)研发项目,研究了阻尼器安装质量比与主振系统及阻尼系统动力放大系数的关系,并对阻尼器振动幅值进行了理论分析.研究发现:为保证阻尼器的安全与可靠,应选取合理的阻尼器安装质量比,使得该类阻尼器的动力放大系数不超过30倍.并据此指导了该桥吊杆新增阻尼器实施方案的设计.测试结果表明减振效果良好,且未见阻尼器疲劳损伤现象.     

H型截面吊杆驰振稳定性的数值模拟分析

以某大跨拱桥H型吊杆为例,根据风洞试验和计算流体力学数值模拟分析方法,得出H型吊杆的阻力和升力系数;根据Hartog判据,得出该桥吊杆的驰振系数,并分析其驰振稳定性,通过计算得到驰振临界风速。研究结果显示,数值模拟分析方法的结果与风洞试验的结果吻合良好,表明利用数值模拟方法（计算流体力学）来研究吊杆的驰振稳定性具有一定的实用价值。     

频率法测连续梁拱桥吊杆索力影响因素研究

为了准确地测出连续梁拱桥吊杆的基频,进而推算出吊杆索力,基于弦振动理论,建立考虑轴向力影响的弯曲振动偏微分方程,对风荷载及吊杆有效计算长度2个重要参数进行了研究,通过实桥在有风与无风条件下的实测数据与理论计算值进行对比分析。结果表明:采用频率法测吊杆基频时,吊杆上不能有横向外荷载作用;提出按分段修正的方法计算吊杆的有效长度,进而根据修正后的有效计算长度计算吊杆的理论基频,按此方法计算所得的吊杆理论基频与无风条件下的实测基频值误差较小。     

大跨度钢拱桥吊杆频率预估方法与实测验证

以国内某新建大跨度钢拱桥吊杆为对象,研究了吊杆频率估算方法,并通过现场实测频率进行了分析与验证。对比研究了通过频率估算经验公式、有限元分析得到的吊杆频率的差异,通过环境激励和强迫振动激励下的现场试验获得了实桥吊杆的频率值,并基于实测结果考察了频率估算方法的准确性。发现采用整体有限元模型计算吊杆振动频率有较好的精度,并基于实测数据拟合给出了吊杆顺桥向与横桥向1阶弯曲频率估算的支撑条件系数和欧拉临界荷载修正系数。     

泰州大桥系杆拱预应力刚性吊杆一次张拉模型试验研究

泰州大桥主孔是一座下承式系杆拱桥,为满足引江河工程进度的需要,对吊杆进行了设计研究,采用了预应力刚性吊杆一次张拉完成的施工工艺。为确保施工安全和质量,达到设计要求,进行了室内吊杆张拉模型试验,得出的技术结论用于指导实桥施工。     

拱桥吊杆损伤退化机理及寿命评估研究进展

该文综述了拱桥吊杆损伤退化机理及其剩余寿命评估方法。通过对吊杆病害、荷载行为及损伤演化模型的概括总结得出:护套损伤演化、钢丝锈蚀和开裂是吊杆损伤退化的主要机理,温度和桥面振动是导致吊杆损伤退化的关键因素。吊杆承载力及寿命评估可根据锈蚀检测结果,采用脆性钢丝模型假设,将吊杆视为串并联系统,用极值Ⅲ型分布或蒙特卡罗法模拟。针对实桥检测、监测、诊断和评估等方面碰到的诸多问题,提出了新的研究路线。     

基于实测加速度的悬索桥涡振全过程模态参数演变

为探明桥梁涡振全过程模态参数演变规律，对发生涡振的某悬索桥12 d实测加速度数据进行分析。首先，基于涡振特征指标与改进的随机子空间法，识别并追踪桥梁涡振分布和模态参数；然后，根据涡振报警级别将频率、阻尼比进行分类，研究模态参数在涡振前、中、后的变化规律；最后，分析模态参数与涡振特性之间的相关性。结果表明：在这12 d内，该悬索桥间断地发生了多次、多阶频率，多种程度的涡振；前6阶频率均值仅由于环境影响出现小幅度波动；在涡振期间，各阶频率离散性更小，波动范围仅在0.002 Hz左右；前6阶阻尼比均值线基本保持在稳定区间内，但局部波动变异很大；在涡振期间，由于气动阻尼影响，桥梁涡振锁定频率所在阶次对应的识别阻尼比先明显下降后很快恢复，其他阶次阻尼比没有明显变化；涡振对阻尼比识别值影响较大，但对结构阻尼比影响很小。研究结果揭示了该悬索桥涡振全过程的频率和阻尼比变化规律及其与涡振的关系，可为更准确找出涡振原因和涡振管控提供参考。     

韩家沱长江大桥高低雷诺数涡激振动试验研究

针对桥梁断面对雷诺数敏感性存在较大差异的情况,以渝利铁路韩家沱长江大桥(主跨432m的钢桁梁斜拉桥)为背景进行节段模型风洞试验。在XNJD-1和XNJD-3边界层风洞中分别进行高、低雷诺数涡激振动试验,比较2种不同尺度(1∶45.77和1∶19.74)的模型中断面涡激振动性能的差别,并通过不同质量和阻尼比试验获得涡激振动振幅与Scruton数的关系式,从而推算得到高、低雷诺数节段模型试验下的实桥振幅。结果表明:高、低雷诺数试验中,风攻角为-5°时,钢桁梁节段模型均出现了大幅的涡激振动,涡激振动的起振风速随着模型频率的增加而降低;按照低雷诺数试验结果换算得到的实桥涡激振动振幅高于按照高雷诺数试验换算的结果;增加二期恒载可以减少涡激振动振幅。     

超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究

针对超大跨度悬索桥长吊索风振突出的问题，以张靖皋长江大桥为背景，开展了超大跨度悬索桥长吊索涡振特性及其控制研究。基于嵌套网格技术，开展了2种直径长吊索涡振的数值模拟，并分析了吊索低阶与高阶涡振响应的特性。采用减振锤作为控制措施，开展了阻尼器参数设计，并通过节段模型风洞试验验证了减振装置对吊索涡振的控制效果。研究结果表明：不同直径的吊索在单索股和双索股情况下均可能发生涡振；不同阶次模态发生涡振的位移振幅接近，但高阶涡振的加速度幅值显著增加；考虑涡振对吊索疲劳性能的影响，采用减振锤能够有效抑制涡振响应。     

宽幅流线型钢箱梁涡振性能气动优化措施研究

为了解宽幅流线型钢箱梁在大攻角下的涡振性能,确定断面的涡振敏感构件,改善其涡振性能,以太洪长江大桥(主跨808m的双塔悬索桥)为背景,制作1∶50加劲梁节段模型,通过风洞试验研究其宽幅流线型钢箱梁在不同攻角下的涡振性能,通过设置检修道栏杆抑流板、检修轨道内移及减小风嘴角度等气动措施对其涡振性能进行优化,并测试各优化措施的抑振效果。结果表明:宽幅流线型钢箱梁涡振性能随来流风攻角增大逐渐变差;桥面检修道栏杆是涡振首要敏感构件,梁底检修轨道对涡振的影响较弱;设置检修道栏杆抑流板、减小风嘴角度对抑制涡振响应均有明显效果,同时结合检修轨道内移能更显著地抑制涡振响应。     

边箱叠合梁涡振性能及抑振措施研究

为研究边箱叠合梁的涡振抑制措施,优化其涡振性能,以某叠合梁斜拉桥为背景,针对其边箱叠合梁制作主梁节段模型进行风洞试验,研究不同风攻角(0°、±3°、±5)和阻尼比(竖向0.3%、0.6%、0.8%、1.0%,扭转0.5%、1.0%)下主梁的涡振性能,对比有、无人行道栏杆和不同形式封闭人行道栏杆对主梁涡振性能的影响。结果表明:-5°、-3°和0°风攻角下,主梁没有出现涡激振动;+3°和+5°风攻角下,主梁的竖向涡振和扭转涡振最大振幅均远大于规范允许值;主梁的竖向涡振和扭转涡振振幅均随阻尼比的增大而减小,增大阻尼比可以有效抑制主梁的涡振;去掉人行道栏杆后,主梁的竖向涡振消失;对人行道栏杆间隔封闭可以抑制主梁的涡振,相对分散的栏杆封闭方案抑振效果更好,+3°风攻角下较+5°风攻角下抑振效果更优。