考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应研究

为更准确研究大跨度桥梁的风致振动特性,为设计提供更可靠的方法,对考虑流固耦合作用的大跨度桥梁风振响应进行了研究。介绍了一种流固耦合分析的强耦合方法,同时求解流体控制方程和结构控制方程,计算出全场变量值。给出了与求解方法相应的湍流模型和边界条件。对大跨度悬索桥进行了风振响应分析和颤振分析,与已有文献进行了结果对比。研究表明:发生颤振时,考虑流固耦合作用时桥梁的颤振临界风速要小于不考虑流固耦合作用时的情况,其风振响应要大于不考虑耦合作用的风振响应,说明在气动弹失稳的情况下,流固耦合作用加深了结构的不稳定性。结果表明流固耦合效应对于大跨度悬索桥风振响应有重要影响,强耦合计算方法可以较准确地预测其风致振动特性。     

雷暴风作用下大跨度桥梁抖振响应智能预测研究

面向特异风环境桥梁风振实时推演，开展了雷暴风作用下大跨度桥梁抖振响应智能预测研究。以苏通大桥实测数据为基础，分析了风场参数与主梁抖振响应之间的相关性，确定了桥梁雷暴风效应的主要关联参数。基于前馈神经网络(FNN)、卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)等典型神经网络模型，以主要风场关联参数及历史抖振响应作为输入，开展了桥梁抖振响应预测网络架构与模型训练，并对比分析了4种模型的预测效果。研究结果表明：雷暴风作用下大跨度桥梁的抖振响应主要与平均风速、平均风向、脉动风速均方差、紊流积分尺度等风场参数密切相关；待预测的桥梁抖振响应与历史风场及桥梁状态参数有关，需考虑二者的记忆效应；FNN与CNN未能较好地表征该记忆效应，故预测结果与实测值仅趋势相近，预测误差相对较大；GRU与LSTM的预测效果总体较好，GRU在雷暴风风速较大时的预测效果最优；LSTM在高风速下的预测效果略低于GRU,但在风速较低时的抖振预测精度最高，即具有更强的泛化能力。研究结果可为雷暴风易发区大跨度桥梁的安全运维提供借鉴与参考。     

斜风作用下风-车-桥非线性分析系统建立

为了从风作用方向的三维模拟和系统非线性2个角度实现风-车-桥系统的全三维高真实度模拟,首先建立斜风荷载处理方法,采用平均风分解理论对桥梁斜风进行分解,形成桥梁斜风荷载,把桥梁风作用方向模拟域由垂直于桥梁纵轴线的二维平面扩展到三维空间;采用矢量合成法则和线性插值方法,依据车辆位置函数确定桥上车辆任意位置和时刻的合成风速,并基于风洞试验获取车辆气动力系数,形成车辆斜风荷载。然后基于已建立的非线性分析系统,融合斜风荷载处理方法,构建斜风作用下的风-车-桥全三维非线性分析系统,并实现动态可视化。最后采用建立的分析系统,对系列风偏角工况下的桥梁空间动力响应和车辆安全进行分析和评价。结果表明：斜风作用下,桥上车辆事故指标值及桥梁位移响应随着风偏角增大总体上均呈现先减小后增大趋势,且极值均出现在非90°的锐角区;基于风向垂直于桥跨方向的假定所进行的桥梁设计和车辆安全性评价结果偏于不安全。     

横风作用下跨座式公轨两用斜拉桥行车性能研究

跨座式单轨轨道交通是城市轨道交通系统的一种典型制式,具有转弯半径小、爬坡能力强、地形适应性强等优点。车辆通过窄轨距轮对骑跨在单根轨道梁上的走行方式,使其易受轨道结构振动影响,因此,横风作用下大跨度桥上的车辆运营性能很值得关注。建立了风-跨座式单轨车辆-桥梁耦合系统动力分析模型。以某海外工程的跨座式公轨两用斜拉桥方案为对象,基于风洞试验和数值模拟方法,获得了车-桥系统的气动参数,并通过风-车-桥耦合振动分析方法评估了横风作用下桥上跨座式单轨轨道交通的运营性能。研究表明：在桥梁风致振动激励下,当跨座单轨车辆通过桥梁主跨时,各项指标均显著增大,车体竖向加速度及稳定轮的响应增幅最为明显;在瞬时风速35 m/s横风作用下,桥上跨座式单轨车辆走行轮的轮重减载率均在0.8限值以内,能够满足行车要求。     

圆梦:辉煌中国桥

正他们是路网建设中科技含量最高建设难度最大的架设,是极具魅力的超级工程;他们是英国友人叹服最宏伟并为其疯狂高呼的无与伦比;他们是国之名片,每一座都是一条惊为天人的震撼风景线;他们精湛的工艺甚至几度令有些外国人质疑这根本是"违反地球引力"的不可能……但中国,用一座又一座天堑变通途的事实给世界讲述了一个又一个精彩故事:在这里,还未至巅峰,只有无止境地崛起,只有更强,只会更强!这就是撑起祖国半壁江山的――中国桥梁!     

斜独塔混合梁斜拉桥风-汽车-桥梁系统耦合振动研究

针对公路汽车三维绕流特性显著的特点,按照准定常理论推导了适用于公路汽车的脉动风荷载表达式。将自然风、公路汽车、桥梁作为一个统一的相互作用系统,采用风-汽车-桥梁系统耦合振动分析模型,以某斜独塔混合梁斜拉桥为工程背景,研究侧风作用下汽车-桥梁耦合振动特性,并讨论了汽车-桥梁振动的影响因素。研究结果表明：由于桥梁和汽车的气动特性差异,桥梁的竖向抖振现象较横向抖振现象突出,而汽车的横向振动现象较竖向振动更明显。     

风对桥梁结构的影响及作用浅析

桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡见不鲜。在风作用下大跨桥梁结构的抗风性能己经成为影响其设计和施工的控制性因素。文中结合桥梁风工程中己知的风的静力、动力特性,简述了桥梁结构在风的作用下的静力及动力响应的主要形式。     

桥梁风工程研究的现状及展望

桥梁结构因风的作用而遭到破坏的事故屡见不鲜。随着跨径的进一步增大,桥梁结构对风的作用更加敏感,风作用下桥梁结构的抗风性能已经成为影响其设计和施工的控制因素。本文回顾了20世纪国内外桥梁风致振动理论及其控制方面的研究情况,并展望了21世纪桥梁风工程研究的重点问题。     

基于ANSYSCFX的桥梁外部风场数值模拟

CFD(计算流体动力学)在桥梁风工程研究的应用已成为21世纪桥梁风工程的重要发展方向之一。文章以清远市清西大桥为背景,利用国际通用流体分析软件ANSYSCFX为工具,对桥梁在不同风向作用下梁体外部空气的动力学特性进行数值模拟,最后根据计算结果为桥梁风荷载计算提供精确荷载值,并对主梁截面形状的优化提供参考,对桥梁周围风场的运动规律有更清晰的认识,可为截面形状的优化提供一定的指导。     

计入动力风荷载的船舶撞击桥梁动力响应研究

针对大风天气条件下船撞力与动力风荷载的耦合作用问题,基于船桥耦合分析算法编制了计算程序,并提出基于接触碰撞分析的船头刚度模型的确定方法,最后对一座连续刚构在船舶撞击力和风荷载的耦合作用下的桥梁响应进行了计算分析.结果表明,该船头刚度模型能较好地模拟船舶撞击力和桥梁结构响应;在不同的风荷载作用下,船撞力并没有显著改变,但桥梁位移和内力响应在不同风荷载作用下有增加的趋势,通过与无风工况的对比,墩顶位移增加最大比例为69.8％,墩顶弯矩增加最大比例为62.1％;而剪力受影响较小,墩底剪力增加最大比例为6.6％.当桥区风荷载作用较大时,有必要计入风荷载作用的影响.     

风屏障对扁平箱梁气动稳定性的影响

柔性大跨桥梁上风屏障的设置,改变了桥梁原有的气动外形。为研究风屏障对桥梁气动稳定性的影响,以某大跨扁平钢箱梁悬索桥为工程背景,制作缩尺比为1∶50的节段模型,设置条形孔及圆孔两种不同开孔形式风屏障,进行风洞试验。结果表明:加设风屏障,会显著降低该桥梁断面颤振临界风速,颤振稳定性下降,但尚能满足规范要求;风屏障能明显抑制桥梁涡激振动响应,其中,圆孔形开孔风屏障更能提高桥梁涡振稳定性。综合对比,圆孔形风屏障为最优方案。     

大跨度桥梁抗风措施研究

桥梁风害是人们非常关心的问题之一。桥梁应具有抵抗风作用的能力,风对桥梁的作用不单纯是平均风的静力作用,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振、抖振、弛振等空气动力问题。分析总结了以往的桥梁风毁事故,研究了风对桥梁结构的作用及其对策,有关经验可供相关专业人员参考。     

中欧规范桥梁结构风荷载计算方法对比研究

随着中国国际贸易的不断发展,中国桥梁结构设计人员承担涉外桥梁设计工作的机会越来越多,对比和了解中国规范和国际通用规范之间的差异具有紧迫性。该文通过对比JTG/T 3360-01-2018《公路桥梁抗风设计规范》和欧洲风荷载规范(EN 1991-1-4:2005)的风荷载计算方法并结合算例分析,得到的结论可供中国桥梁结构设计人员参考。     

盘点:桥梁界,我国那些世界之最

正中国,是桥之国度,桥的故乡。桥梁,是一国文化的特征,而今天,中国的桥梁建设水平已经位于全国第一梯队,无论是从科技含量、工程建设水准还是对区域经济的带动方面都具有重要意义。港珠澳大桥、苏通大桥、泰州大桥等一大批世界级桥梁建设的加持,更是彰显了中国桥梁独有的神奇魅力。中国大桥中国造,他的"牛气"足以让人声沸腾血液倒流!改革开放四十载,中国桥承载振兴之梦挺近世界"之最、之强"各领风骚,且看他如何向世界展示出一个又一个神奇工程,为我国     

斜拉桥在施工双悬臂状态下受斜交风作用时的抖振响应分析

大跨度斜拉桥在施工双悬臂状态下受紊流风作用时,桥面将产生较大的抖振振幅,而紊流风的方位角对桥梁的抖振响应有较大影响。笔者从理论上分析了斜交风作用下桥梁抖振响应的计算方法,并结合实际算例分析了不同方位角下桥梁的抖振响应值。     

“风-车-桥耦合振动”专刊导语

正随着"一带一路"等重大区域合作倡仪的提出和推进,一大批内陆超长公(铁)路交通设施和沿海港口群区域已经或将要得以新建和投入使用,由于内陆地区的地形、河流及沿海各港口群区域内港口之间的跨海连接需要等原因,大量大跨桥梁甚至超大跨跨海工程已经或将要修建。这些桥梁结构形式各异,地理分布较广,在役期间承受复杂风场和汽车、列车等多种运营荷载的联合作用。风和汽车(列车)荷载是桥梁在役期间最常见的荷载。大跨桥梁对风作用敏感,且随着汽车工业以及高速列车的快速发展,车-桥相互作用越来越显著,风和汽车(列车)荷     

基于CFD方法的大跨高墩刚构桥梁风荷载数值识别

针对峡谷地区典型特大跨高墩桥梁结构风荷载的不确定性问题,采用计算流体动力学(CFD,Computational Fluid Dynamics)方法,对大跨变截面主梁和超高双柱薄壁桥墩的风荷载进行数值识别。研究不同气流攻角对主梁结构风荷载的影响、不同气流风偏角对超高薄壁墩风荷载的影响、考虑尾流干扰效应的双柱薄壁桥墩气动力变化过程。同时,从气流作用微观角度分析了气流对大跨高墩刚构桥梁结构风荷载的作用机理。通过数值计算,为设计人员进行大跨高墩桥梁风荷载的取值提供了参考,对目前我国相关桥梁设计规范的缺陷进行了有效的补充。     

山区峡谷大跨度桥梁桥址风场试验

坝陵河特大桥位于地形特殊的山区,桥址风环境非常复杂,是我国西部山区桥址的典型代表,为了正反映桥址处风的实际状况,探索通过地形模拟风洞试验来确定桥梁设计基准风速和相关的风特性参数的方法和可靠性,为将来类似桥梁提供参考.试验研究结果表明:坝陵河特大桥在横桥向来流作用下,跨中桥面高度处风速受到“峡管效应”的增速作用;峡谷内平...     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车...     

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。