风致静动力稳定性的大跨斜拉桥设计方案比选研究

方案比选是桥梁设计过程中一个极其重要的内容,为了寻求具有更优静动力稳定性能的桥梁设计方案,推进我国桥梁工程的发展,针对某跨江大桥两种原型设计方案,采用CFD数值模拟方法计算出主梁的静力和动力气动参数,并在考虑非线性静风以及几何非线性的基础上,计算出静风失稳临界风速,同时利用二维颤振分析方法计算出颤振临界风速。结果表明:两种方案的静风稳定性能和颤振稳定性能均满足规范要求。     

武汉四环线汉江大桥抗风性能研究

为研究武汉四环线汉江大桥抗风性能,计算了施工状态和成桥状态结构的动力特性,通过试验测量主梁的三分力系数值,评价了汉江大桥的颤振和涡振性能,最后进行静风稳定性分析。试验及计算分析结果表明,汉江大桥颤振临界风速高于检验风速,涡激振动最大振幅小于规范容许值,静风失稳临界风速较高,整体抗风性能良好。     

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。     

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。     

武汉阳逻长江大桥施工猫道抗风稳定性分析

研究了武汉阳逻长江大桥施工猫道在极限风荷载下的稳定性及动力稳定性。采用悬索桥的静风稳定公式计算了猫道静风失稳临界风速,设计超松驰迭代法进行了猫道静风失稳的非线性有限元分析验算,并估算了该猫道颤振临界风速。计算分析表明,该猫道的静、动力抗风稳定性满足要求,并据此提出了三种工程抑振措施。     

基于CFD的大跨度钢-混组合梁斜拉桥抗风性能分析

为阐明钢-混组合梁形式的斜拉桥抗风性能,以某钢-混叠合梁大跨度斜拉桥为工程实例,采用基于CFD方法的数值模拟,开展大跨度斜拉桥钢-混叠合梁式主梁截面气动力参数的计算分析,同时研究了大跨度斜拉桥颤振和抖振特性。研究结果表明:根据颤振分析结果,颤振风速为63.7m/s小于颤振临界风速为97.6m/s,颤振性能良好;由抖振响应分析结果可知,桥梁具有良好的风致振动性能。     

青岛海湾大桥沧口航道桥静风稳定性分析

青岛海湾大桥沧口航道桥为双塔双索面钢箱梁斜拉桥。为确保该桥在建成运营后的抗风稳定性及安全性,对其进行静风稳定性分析。采用Fluid计算该桥静力三分力系数,然后采用ANSYS计算其结构动力特性,进而得出该桥整体抗扭刚度和静风扭转发散临界风速,再采用AN-SYS按线性稳定性方法计算其静风横向屈曲临界风速。计算结果表明:沧口航道桥成桥状态的1阶扭弯频率比大于2.0,具有良好的抗风性能;上、下风侧主梁结构静风扭转发散临界风速和横向屈曲临界风速均大于检验风速,空气静力稳定性能够得到保证。     

基于风致静动力稳定性的超大跨径桥梁主梁比选研究

为寻求适用于超大跨度桥梁的具有更优气动特性的主梁断面,推动我国超大跨桥梁建设的发展,针对超大跨度桥梁原型设计中提出的5种主梁断面形式,采用CFD数值模拟方法计算得到了各断面的静力和动力气动参数,并进一步计算了对应5种主梁断面桥梁的静风失稳临界风速及颤振临界风速,对比了各断面的静动力稳定性能.结果表明,分离双箱主梁和分离3箱主梁的气动性能优于其他类型主梁断面;单箱主梁和双箱主梁气动特性目前已得到较大程度的优化,3箱主梁气动特性应具有较大的优化空间,椭圆形主梁及重力式主梁气动性能较差,优化价值有限.     

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。     

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。     

粉房湾长江大桥节段模型风洞试验

粉房湾长江大桥为双塔双索面半飘浮体系斜拉桥,为检验该桥在强风下的颤振稳定性及在常遇风速下的涡激振动性能,对该桥动力特性进行计算并按照1∶45.8的几何缩尺比制作6个标准主梁节段模型进行风洞试验,针对试验结果提出在主梁风嘴边桁处设置导流板的制振措施.计算和试验结果表明,该桥结构刚度大、振动频率高,在检验风速范围内不会发生颤振失稳和静风失稳,满足抗风设计要求;通过在主梁风嘴边桁处设置导流板,能够实现对桥梁涡激共振的有效控制,使其满足规范要求.     

大跨悬索桥非线性静风稳定性分析

对大跨悬索桥的非线性静风稳定性研究考虑了以下3种效应的影响:1)非线性位移相关风载;2)几何非线性;3)材料非线性。风静动力系数为有效攻角的函数,而有效攻角随主梁变形而变化,所以位移相关风载是非线性的;通过采用几何刚度矩阵可以考虑侧向弯扭屈曲、扭转发散及弯扭耦合失稳;采用塑性铰理论进行材料非线性分析。笔者使用有限元法建立风致静力失稳的分析模型,建模过程中同时考虑了非线性位移相关风载、几何非线性及材料非线性。最后,采用文中所提方法分析了主跨1 990 m的明石海峡大桥。分析结果表明:影响大跨悬索桥静风稳定性的主要因素即为上述提到的3个方面,并且,其非线性静风失稳临界风速低于弹性颤振临界风速。     

三塔双跨叠合梁斜拉桥抗风性能研究

叠合梁断面为典型钝体截面,容易出现气动不稳定问题。为研究三塔叠合梁斜拉桥的抗风性能,以某三塔双跨叠合梁斜拉桥为例,通过有限元软件建立桥梁成桥状态和最大双悬臂施工状态有限元模型,计算分析其动力特性,再进行节段模型风洞试验研究桥梁在-5°、-3°、0°、+3°和+5°风攻角下的颤振稳定性和涡激振动性能。研究结果表明:该三塔双跨斜拉桥颤振临界风速大于颤振检验风速,具有良好的颤振稳定性;成桥状态出现了较为明显的涡激振动现象,在低风速区涡激振动幅值小于规范允许值;虽然在高风速区涡激振动幅值超过了规范允许值,但是出现概率很低,对桥梁安全和使用性能不会造成明显影响;施工状态涡激振动幅值远低于规范限制,涡振性能良好。     

大跨径非对称支撑悬索桥静风稳定性分析

由于塔顶IP点存在标高差,非对称支撑的大跨径悬索桥其静风稳定性较传统悬索桥而言具有特殊性。基于增量内外迭代法,选择ANSYS二次开发平台APDL语言编制非线性静风稳定性的计算程序,并结合工程实例,对非对称支撑悬索桥进行静风稳定性全过程分析,并对不同三分力系数下模型的静风稳定性进行对比分析。分析结果表明:随着风速接近失稳临界风速,非对称结构的竖向变形最大;非对称支撑会降低静风临界风速;升力矩系数变化对临界风速影响最为显著,升力矩是导致大跨径非对称支撑悬索桥结构发生失稳破坏的主要因素。     

扁平箱梁的颤振临界风速估算

提出一种估算扁平箱梁颤振临界风速的方法,分析了影响桥梁主梁断面颤振稳定性的参数,选定公式拟合数学的模型,利用诺模图和最小二乘原理初步拟合出计算公式,并用CFD数值模拟技术考虑扁平箱梁宽高比与斜腹板倾角对颤振临界风速的影响,并将宽高比对颤振临界风速的影响纳入计算公式,最后将计算公式应用于工程实例。结果表明计算误差在20%以下,为桥梁断面颤振稳定性方案比选和科研提供可靠的参考依据。     

窄幅钢桁架悬索桥静动力稳定性能优化研究

以某主跨420m、宽高比3.83的窄幅钢桁架悬索桥为研究对象,通过有限元计算分析和节段模型风洞试验,研究其静动力稳定性能。动力试验结果表明,主梁原始断面颤振稳定性不满足抗风要求。通过在主梁上设置下中央稳定板、水平导流板,对主梁进行气动优化设计研究。研究发现在7种优化方案中,方案3(高1m下中央稳定板)、方案5(宽1m水平导流板)和方案7(高0.75m下中央稳定板和宽0.5m水平导流板组合)均能有效改善主梁的颤振稳定性能。考虑到优化措施的经济性以及施工便利性,推荐采用方案3。同时,在静力试验获得静力三分力系数的基础上,利用非线性静风分析原理对优化后大桥的静风稳定性能进行分析,研究结果表明,大桥的静风稳定性能满足规范要求。     

空间曲塔大跨斜拉桥抗风性能研究

跨江大桥跨径较大,桥位风速较高,抗风问题至关重要。随着桥梁造型逐渐复杂,规范中一般公式无法适用其抗风计算,因此针对某主跨为238 m的跨江空间曲塔斜拉桥的抗风性能进行了研究。研究内容包括：利用虚拟风洞试验技术获取了主梁的静气动力系数、气动导数以及桥塔分段的模拟风荷载;利用三维颤振稳定性分析方法检验了主梁颤振性能;对主梁的涡激共振进行了数值模拟,得到了不同风攻角下的振幅-风速曲线;分析了结构静风荷载下的位移响应。结果表明,该桥主体结构的抗风性能均满足规范要求。     

某宽幅箱梁悬索桥气动特性节段模型风洞试验

大跨度桥梁由于其结构轻柔,容易出现静力失稳现象及各种形式的风致振动。通过对节段模型风洞静力三分力试验验证了某宽幅闭口箱梁悬索桥没有出现驰振的可能,并对全桥进行了几何非线性静风稳定分析,得到该桥的静风失稳临界风速。通过风洞弹性悬挂节段模型试验,得到了该桥的颤振临界风速。分析了阻尼比对于颤振临界风速的影响,试验结果表明阻尼比对于颤振临界风速影响不大。在风洞中观察到该桥成桥态在+3°、+5°攻角会出现扭转涡激振动,提高阻尼比可以有效降低涡振振幅。     

基于数值风洞的大跨简支叠合梁悬索桥抗风性能研究

抗风性能是大跨悬索桥结构设计和建造过程中的主要控制因素之一。某主跨420 m悬索桥采用箱型双主梁+钢横梁+混凝土桥面板的叠合梁形式,主梁宽38.0 m,高2.5 m,为准确把握该大跨简支叠合梁悬索桥的抗风性能,采用数值风洞技术进行了系统研究。结合规范给出了设计风参数,应用大型动力有限元程序计算了动力特性,采用计算流体动力学(CFD)方法计算了主梁断面的静气动力系数和气动导数,进行了颤振和涡激共振稳定性研究及成桥风振响应分析。结果表明:该大跨简支叠合梁悬索桥具有较好的颤振和涡激共振稳定性,且成桥状态风振响应满足规范要求。     

考虑雷诺数效应的桥梁静风稳定分析

在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,引用大跨度桥梁非线性静风稳定分析理论,采用增量双重迭代搜索法对大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定分析,并编制了相应的计算程序。分别计算了苏通大桥在低、高雷诺数下的空气静力稳定性。对比计算结果发现,雷诺数效应对桥梁静风失稳临界风速有较大影响,高雷诺数下的静风失稳临界风速比低雷诺数的静风失稳临界风速低,并结合高、低雷诺数下三分力系数曲线形状差异,分析了在雷诺数效应下桥梁跨中断面侧向位移、竖向位移、转角响应随风速的变化。