大跨度桥梁抗风设计常用气动措施分析

为提高大跨度桥梁的抗风性能,对该类桥梁抑制涡激共振和提高颤振稳定性的常用气动措施及其机理进行初步分析。桥梁涡激共振和颤振稳定性与旋涡的产生和漂移有关,因此气动优化的一般原则是改善结构迎风面和背风面的气动外形以延缓或避免流动分离、减小分离涡尺度、阻碍旋涡漂移路径。抑制桥梁涡激振动一般采用设置倒角、安装风嘴和优化风嘴形状、安装导流板等气动措施;提高桥梁颤振稳定性一般采用安装风嘴和优化风嘴形状、安装稳定板和气动翼板等气动措施。研究表明采用气动措施后,大跨度桥梁的气动性能得到改善。     

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。     

桥梁断面静三分力系数的CFD计算分析

利用流体分析软件Fluent计算了不同桥梁断面型式在中等雷诺数时和不同攻角下的阻力系数和升力系数。文中选用6类不同桥梁断面型式进行了计算分析。通过计算得出的阻力、升力系数随攻角的变化对比以及风场压力云图直观反映,初步分析了各类断面在静风作用下三分力系数值的特性。计算结果表明,钝体断面其阻力系数的变化形式相似,而上下不对称开口会造成其升力系数的变化;而流线型断面,其阻力系数与钝体断面截然不同,与攻角有直接的关系,实际应用需要多注意。     

既有桥梁对新建斜拉桥主梁气动干扰效应的试验研究

为研究既有桥梁对新建斜拉桥主梁的气动干扰效应,以京珠高速改扩建汉江特大桥为背景,进行节段模型测力风洞试验。按1∶50缩尺比制作主梁节段缩尺模型,研究既有桥梁与新建斜拉桥相对位置关系、桥梁间距及风攻角对新建斜拉桥主梁三分力系数的影响。结果表明：既有桥梁对新建桥梁具有明显的气动干扰效应。既有桥梁在上游时,存在明显的遮挡效应,新建桥梁阻力系数整体显著减小;既有桥梁在下游时,新建桥梁阻力系数在正攻角范围内显著减小。升力系数受既有桥梁影响,绝对值整体减小,正攻角时既有桥梁在下游减小更显著。在正攻角范围内,既有桥梁在上游时新建桥梁升力矩系数增大,在下游时则整体减小;在负攻角范围内反之。桥梁间距对阻力系数气动干扰效应的影响突出,间距越大既有桥梁对新建桥梁阻力系数的气动干扰效应相对越小,对升力系数和升力矩系数气动干扰效应的影响较小。     

基于BIM的大跨度桥梁风致振动抗风稳定性监测技术

为了提升大跨度桥梁风致振动控制和抗风的稳定性,解决现有抗风稳定性监测技术存在的性能低下问题,提出利用BIM技术构建大跨度桥梁结构模型,从平均风和脉动风两个方面模拟桥梁周围风场环境的运动状况,分析桥梁和风场环境之间的作用关系。确定抗风稳定性的监测位置,利用硬件设备获取实时风致振动信息,设置振动幅度、频率、风速和风压作为稳定性监测指标,计算各个监测指标的具体取值,从而获取大跨度桥梁抗风稳定性等级监测结果。通过实测分析得出结论：设计技术的监测误差始终低于预设门限,且监测技术的运行时间低于8 000 ms,即设计抗风稳定性监测技术的精度性能和时效性能均满足设计与应用要求。     

桥梁闭口箱梁三分力数值识别中的湍流模型比选

对以苏通桥断面为例的桥梁闭口箱梁模型进行了三分力系数CFD数值识别。分别采用不同湍流模型及近壁条件进行数值模拟,并将数值模拟结果与风洞试验值进行比较。同时使用层流模型采用加密网格进行数值模拟,对不同湍流模型模拟结果进行压力等值线的比较,通过识别得到的三分力系数和压力等值线,确定出闭口箱梁绕流数值计算最合理的湍流模型。     

宜宾长江大桥斜拉桥的抗风性能分析

对宜宾长江大桥施工状态和成桥状态的动力特性进行了计算,分析了主梁的三分力系数取值,验算了桥梁的颤振稳定性和静力稳定性,结果表明,无论在施工阶段的最大双悬臂状态或最大单悬臂状态,还是在成桥状态,抗风稳定性均十分安全,不会发生静力扭转发散失稳。建议对斜拉索采取减振措施,可在设置内置橡胶圈阻尼器的基础上,再增设磁流变液阻尼器。     

扁平钢箱梁颤振气动措施试验研究

为了研究不同颤振气动措施对扁平钢箱梁的颤振稳定性的影响,通过一大跨悬索桥扁平钢箱梁节段模型风洞试验,分别研究了设置上中央稳定板、封隔不同位置护栏、改变检修道护栏透风率3种措施对主梁颤振临界风速的影响,并利用静三分力与颤振导数的关系对颤振控制特性进行了研究.结果表明:单独设置合适高度的上中央稳定板可以有效提高断面的颤振临...     

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷.研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相...     

无塔非对称人行悬索桥静风稳定性研究

基于结构稳定性分析方法,借助大型有限元分析程序ANSYS,以某无塔非对称人行悬索桥为实例,建立了4个有限元计算模型,分别对设置有抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、有风缆的混凝土桥面板悬索桥结构和不设置抗风缆的钢桥面板悬索桥结构、混凝土桥面板悬索桥结构进行了静风稳定性研究。研究结果表明,质量较大混凝土桥面板比钢桥面板更有利于结构抗风,设置风缆能有效地限制结构在风荷载作用下的横向位移,提高结构失稳风速,研究还发现,若将抗风缆和混凝土桥面板有效地结合最有利于结构抗风,且效果十分明显。     

基于性能的苏通大桥抗风设计

苏通大桥主跨为1 088 m,是目前世界上跨度最大的斜拉桥.这座桥的设计综合使用了传统设计方法和基于性能的设计方法.论文回顾相关设计方法的演变和历史,同时提出了基于性能设计方法.利用该方法,本文从几个方面讨论了苏通大桥基于性能的抗风设计思路.首先,从性能角度来介绍苏通大桥的涡激共振及其减振,就纵向风荷载讨论了主梁与桥塔之间的连接装置.最后,研究了苏通大桥基于性能的行驶安全性并提出多性能级别和限制措施.     

公路桥梁抗风设防标准的初探

结合公路桥梁抗震三级设防标准和两阶段抗震设计的设计思想，拓广应用于公路桥梁抗风设计中，讨论了公路桥梁抗风三级设防标准，提出了公路桥梁的抗风多级设防原则，阐述了公路桥梁两阶段抗风设计的设计思想，为公路桥梁进行优化设计提供了一个切实可行的途径。     

双幅并行连续刚构桥箱梁断面三分力系数气动干扰效应数值模拟

以咸阳至旬邑高速公路三水河连续刚构桥箱梁桥为依托,采用CFD软件FLUENT计算了主梁跨中及支点断面在不同风攻角、双幅桥间距及有无护栏情况下的风阻力系数,并与相同条件下的单幅桥进行对比,研究了双幅桥风阻力气动干扰效应。结果表明：气动干扰效应对双幅桥风荷载均有影响,总体上随双幅桥间距减小而增大,随结构尺寸增大而增大,而随风攻角的变化规律不明显;上游桥阻力系数干扰因子为0．994～1．147,略大于1或在1附近变化,表明气动干扰效应对上游桥的阻力系数影响较小;下游桥阻力系数干扰因子为-0．356—0．973,变化范围很大,表明气动干扰效应对下游桥的阻力系数影响很大,双幅桥间距较小时来流风对下游桥的作用甚至表现为吸力。     

连续刚构桥抗风分析与研究

对于采用悬臂施工法的双薄壁柔性墩连续刚构桥,风荷载对其影响非常显著。文中以宁波梅山大桥为背景,利用ANSYS及FLUENT软件通过数值模拟法对其风振响应进行分析与研究,为梅山桥梁的设计提供了必要的参考数据和理论依据。     

复杂格构式梁体三分力系数精细化计算分析

考虑索承桥梁中格构式梁体具有多种截面形式复合的特点，其抗风性能难以通过常用的二维数值仿真来分析，以东部沿海一座格构式拱桥为研究背景，考虑格构式系梁的结构特点和栏杆等附属设施的影响，建立三维数值仿真模型，对格构式系梁的静力三分力系数进行精细化分析。基于不同计算区域的模拟精度需求，采用不同方法进行混合网格划分；针对复杂格构式系梁的流场特征，优化选取流场尺度规模、边界条件和湍流模型等计算参数分析获得大范围风攻角下的三分力系数；将所得结果与风洞试验结果进行对比分析，并探讨栏杆等附属设施对三分力系数的影响以及数值模拟误差与风涡特性的相关性。结果表明：在小风攻角范围（±4°）内，有栏杆的三维数值模拟具有较高的精度；栏杆等附属设施对格构式梁体的抗风性能有一定影响，考虑栏杆等附属设施的精细化数值模拟比不考虑栏杆的计算误差平均降低20%，且增加了梁体所受的静风荷载，在实际工程中应当对栏杆等附属设施予以重视；不同风攻角下的风涡特性与数值仿真的误差存在相关性，随着风攻角的增大梁侧的风涡效应明显，这使得三维数值仿真的误差开始增大，尤其是在正大风攻角的情况下模拟精度下降严重。     

斜拉桥设计中拉索抗风问题研究综述

随着大跨斜拉桥的频繁建造,斜拉索抗风问题日益突出。大跨斜拉桥中系统进行拉索抗风研究的工程实例较少,研究中尚有许多需要解决的问题。该文归纳总结了斜拉索的风振控制、风阻系数,并提出了抗风研究展望,可供斜拉桥设计者和斜拉索抗风研究者参考。     

桥梁气动外形改变对大跨桁梁桥抗风性能影响研究

随着交通业及旅游业的发展,近年来不断出现桥梁在满足其交通运输功能的前提下同时开发诸如旅游等方面的其他可利用功能,导致结构气动外形及透风率发生显著变化。该文以某主跨1 088 m的双塔单跨钢桁架悬索桥为背景,通过全桥气弹模型风洞试验对其抗风性能进行重新评估,在研究结构抗风稳定性的前提下评估行人舒适度问题。结果表明：基于景区开发的桥梁气动外形改变前后结构动力特性几乎不变,且均未发生涡激振动及颤振等空气动力失稳;气动外形改变后结构横向及竖向的静风位移响应明显增大,在扭转方向二者存在一定差异但没有显著的规律性;基于景区开发的桥梁气动外形改变导致结构竖向抖振响应减小,但横向及扭转抖振响应均显著增大,经计算,结构舒适度满足设计要求。     

桥梁施工用大型龙门吊的抗风性能分析

为分析桥梁施工所用的大型龙门吊结构的抗风性能,以某36 m高龙门吊为对象建立有限元模型,根据《公路桥梁抗风设计规范》考虑桥面风速增大以及施工重现期的风速折减,确定了静阵风荷载,对大型龙门吊结构受风时的强度、受压稳定性、抗滑移性与抗倾覆性进行抗风评价。结果表明：在百年一遇风荷载下,龙门吊结构各主要杆件应力、稳定性指标远小于规范规定值;百年一遇风荷载、施工重现期风荷载下应具备142.7 kN、110.6 kN以上的走行方向抗力以防止滑移;尽管在百年一遇风荷载下,龙门吊自重抗倾覆力矩不足以抵抗风致倾覆效应而存在倾覆的风险,但在施工阶段具有足够的抗倾覆安全性。     

基于CFD模拟的钢管桁主梁气动特性研究

基于计算流体力学方法,以深圳市拟建山谷沟壑处景观桥为研究对象,建立三维仿真节段模型进行气动性能研究。首先研究节段桁架模型在对称边界条件下的合理性,得出可以利用节段模型来代替三维整桥进行数值模拟。然后通过比较三维整桥模拟与国内现行规范中桁架桥气动参数选取方法,做出检验并提出改进建议。以桁架桥结构截面的外轮廓和实面积比作为控制条件建立二维等效模型,采用4种二维圆管桁主梁CFD计算简化模型,并计算了在-5°、-3°、0°、3°、5°攻角情况下的桁架桥梁静力三分力系数。同时基于非定常时程曲线,对4种二维等效模型附近的空间流场结构、涡振性能差异进行了对比。