大跨度斜拉桥桥塔自立状态抗风性能试验研究

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938m的全飘浮体系斜拉桥,桥塔高度超过270m。为了检验桥塔在施工阶段的抗风安全性,采用ANSYS软件分析该桥北塔结构动力特性,并制作缩尺比为1∶100的自立北塔气动弹性模型进行风洞试验,研究桥塔自立状态在均匀流场、紊流场中的涡振和驰振响应,以及在紊流场中的抖振响应。结果表明:桥塔自立状态在均匀流场中检验风速范围内仅发生了微小的涡振,未发生驰振现象;在紊流场中检验风速范围内桥塔未发生明显的涡振、驰振等现象;在紊流场中施工阶段设计基准风速作用下,桥塔顺桥向抖振位移远大于横桥向抖振位移,当风向角为15°及60°～75°时,桥塔塔顶顺桥向抖振位移均方根最大,为62～67mm,不影响桥塔施工安全。     

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。     

湛江调顺跨海特大桥桥塔牌匾抗风性能研究

湛江调顺跨海特大桥主桥为(147.5+296+147.5) m钢箱组合梁斜拉桥,门形桥塔高136.916 m,塔顶设高约13 m装饰性牌匾,牌匾左、右侧各设置9道竖向装饰立柱。立柱为气动外形较钝的柔性结构,为确保桥塔牌匾在运营期的抗风安全性,首先采用有限元法分析牌匾的动力特性,然后进行缩尺比1∶10的牌匾气动弹性模型风洞试验,分析"H"形和矩形断面立柱在不同风偏角下的涡激振动和驰振性能。结果表明:"H"形断面立柱振动频率低,在常遇风速下发生了明显的涡激振动,立柱底部应力幅大,会影响牌匾抗疲劳性能;2种断面立柱均未发生驰振,与"H"形断面立柱相比,矩形断面立柱振动频率明显提高,在试验风速内虽然发生了涡激振动,但应力幅小,满足抗疲劳要求;优化后的矩形断面宽度由中部0.24 m渐变到端部0.35 m,一阶侧弯涡激振动起振风速提高至37.51 m/s,抗风安全性大幅提高,桥塔牌匾竖向装饰立柱采用优化后的矩形断面。     

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。     

菜园坝长江大桥气动弹性模型风洞试验及分析

介绍了重庆菜园坝长江大桥施工及成桥状态全桥气动弹性模型在均匀流和湍流两种流场中的风洞试验的主要内容及相应结果。评估了菜园坝长江大桥颤振、抖振和涡激振动等风振特性。结果表明,该桥成桥状态下的各种风振响应能满足设计风速下的抗风要求。主拱悬臂施工状态下主拱振幅最大,主拱1/4悬臂状态下有涡激振动现象。     

悬索桥桥塔自立状态下的抗风性能研究

悬索桥桥塔作为一种高耸结构,当处于自立状态时,桥塔缺少缆索体系约束,刚度较低,桥塔风致振动问题便是设计的关键因素之一。以在建的郭家沱大桥为例,采用气弹模型风洞试验,研究了桥塔自立状态下的抗风性能。结果表明,桥塔自立状态下:1)在均匀流场和紊流场中,均没有发生驰振现象;2)塔顶的位移响应随风偏角的增大呈非单调变化。当风偏角是0°、15°、30°时,塔顶的顺桥向位移最大;当风偏角为60°时,塔顶的横桥向位移和扭转角最大。     

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。     

悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应

为了探讨悬索桥超高桥塔的刚度和风致响应问题,围绕顺桥向A字形布置混凝土桥塔(不同底部张开量)和顺桥向独柱形布置混凝土桥塔(不同塔柱截面)展开研究。利用有限元分析软件建立了2种类型桥塔的裸塔自立状态有限元模型,计算对比了桥塔刚度以及静风响应,同时采用时域分析方法计算桥塔的抖振响应,对比分析了在桥塔横向构造形式一定的前提下,不同类型方案对超高桥塔刚度和风致响应的影响。分析结果表明,顺桥向A字形桥塔的整体刚度较独柱形桥塔大;在顺桥向静风作用下,独柱形桥塔塔顶位移比A字形桥塔大得多;在顺桥向脉动风作用下,独柱形桥塔塔顶抖振位移响应的脉动程度远大于A字形桥塔。     

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影响因素研究进展

现代大跨桥梁跨度更大、结构更轻柔、自振频率较低且密集,在较低风速下主梁易发生涡激振动现象。涡激振动是一种带有自激、自限特性的非线性振动,影响涡激振动响应因素较多如雷诺数效应、紊流特性及主梁断面形式等。本文介绍了近期大跨度桥梁主梁涡激振动影响因素研究进展,为抗风设计及抑振措施提供参考。     

大跨度桥梁主梁涡激振动影响因素研究进展

现代大跨桥梁跨度更大、结构更轻柔、自振频率较低且密集,在较低风速下主梁易发生涡激振动现象。涡激振动是一种带有自激、自限特性的非线性振动,影响涡激振动响应的因素较多如雷诺数效应、紊流特性及主梁断面形式等。介绍了近期大跨度桥梁主梁涡激振动影响因素的研究进展,为抗风设计及抑振措施提供参考。     

主塔的风致振动控制

针对高耸的主塔施工架设期和成桥之后都可能出现的驰振和涡激共振问题，介绍近年来日本在修建大跨度悬索桥和斜拉桥主塔时的振动控制措施以及涡激共振反应的推算方法和允许振幅。     

带吊机钢桥塔施工状态抖振响应及风振舒适性研究

为评估施工过程中带吊机状态时桥塔的风振舒适性,对某桥一高164.4 m的独柱式钢桥塔与吊机结构开展了气动弹性模型风洞试验,研究桥塔封顶(T1状态)以及最后一道扶墙安装前(T2状态)2种施工状态下的桥塔和吊机的抖振位移响应;采用加速度均方根作为结构风振舒适性评价指标,通过比较多种舒适性标准得出高、中、低3种评价等级,对带吊机桥塔结构风振舒适性进行评价,并结合工程规定进行验证。结果表明:风偏角对带吊机钢桥塔结构抖振响应有显著影响,其中15°风偏角下抖振响应最大;风速与带吊机钢桥塔结构顶部加速度均方根间存在较显著的线性正相关特性,可以作为风振舒适性的简易评价指标;2种施工状态下桥塔塔顶风振舒适性基本一致,T2状态下吊机顶部风振舒适性低于T1状态;3种评价标准中基于非常烦扰的中评价等级与工程规定较相符。     

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。     

南京仙新路过江通道主桥抗风性能风洞试验研究

仙新路过江通道主桥为跨径布置(580+1 760+580) m的悬索桥，桥塔高267 m,加劲梁采用整体式闭口钢箱梁。为研究该桥运营阶段抗风性能，通过1∶50缩尺比加劲梁节段模型风洞试验分析大桥的驰振性能及提高大桥颤振性能的气动措施；通过1∶140缩尺比全桥气弹模型风洞试验，验证大桥的颤振、静风稳定性，并研究桥梁的抖振响应。结果表明：该桥在常遇风攻角范围内(-3°～+3°)不具备发生驰振的必要条件，加劲梁断面具有良好的驰振稳定性；加劲梁原始断面的颤振稳定性不满足规范要求，在中央防撞护栏间增设0.67 m高中央稳定板后，颤振临界风速高于颤振检验风速并具有一定的富余量；采用优化措施后，大桥具备良好的静风与颤振稳定性，加劲梁、桥塔在设计风速下各测点抖振响应值较小且均未发生不稳定振动或发散性振动。     

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥动力响应控制技术

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥为客货共线双线铁路桥,主桥采用(81+135+432+135+81)m钢桁梁斜拉桥。为保证其动力安全性,对行车和地震引起的结构振动、钢桁梁风致振动及风-车-桥系统耦合振动控制技术进行研究。该桥塔梁约束采用组合控制体系,即利用带控制开关的新型锁定装置控制行车引起的结构振动,利用液压粘滞阻尼器控制桥梁的地震响应,二者协同工作。采用在下弦杆底部设置外张导流板的措施抑制钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动现象,导流板吊点高度设为0.6m、倾角设为5.5°,导流板纵向分段长度取为1倍导流板宽度。根据风-车-桥耦合振动分析,考虑安全因素,制定各种风速下列车运行时的车速标准。经多年通车运营检验,该桥动力响应控制技术效果良好。     

重庆永川长江大桥涡激振动性能风洞试验研究

为研究在常遇风速下混合梁斜拉桥的涡激振动性能及抑振措施,以半飘浮体系七跨连续双塔混合梁斜拉桥——重庆永川长江大桥为背景,设计基于1∶50主梁节段模型风洞试验,测试在不同阻尼体系下检修车轨道、导流板对涡激振动性能的影响,并对主梁外挂排水管道的形状进行了优化,最后提出了可显著改善主梁涡激振动性能的抑振措施。研究结果表明:主梁在-3°、0°和+3°攻角下均发生了明显的涡激振动现象,+3°攻角下的振幅最大,且远大于规范的容许振幅;向梁底内侧移动检修车轨道,并在其内侧布置导流板可大幅降低主梁的涡激振动振幅;位于斜腹板的圆形排水管道会削弱主梁的气动性能,改用120cm×20cm的扁状排水管道可有效提高颤振临界风速并降低涡激振动振幅。     

钢桥塔与塔吊联合体系风荷载效应研究

施工阶段的钢桥塔属于典型的高柔结构,由于缺乏缆索的支撑作用,其低刚度可能会引起过大的结构位移响应。针对带塔吊钢桥塔联合体系静风荷载及响应,比较了《公路桥梁抗风设计规范》、《起重机设计规范》所提供的计算方法和计算流体力学(CFD)虚拟风洞技术的计算结果。通过对比可知,与CFD数值的计算结果相比,按照规范计算的联合体系部分位移响应极值偏于不安全;布置在钢桥塔顺桥向方向的塔吊,对桥塔顺桥向风荷载有一定的放大影响;根据CFD计算结果,可以得出风向对联合体系风荷载存在明显的影响。     

大型斜拉桥圆柱形桥塔涡激共振的控制

为了研究大形斜拉桥圆柱形桥塔的涡激共振特性,并且对其进行有效的控制,通过分析大形斜拉桥圆柱型桥塔的边界条件特点,建立桥塔计算模型,基于此模型分析了桥塔的固有特性;由风致涡激振动理论及有关空气动力学原理确定漩涡发放频率以及升力幅值;考虑桥塔的形状结构特点以及发生共振时的频率锁定现象确定锁定区域;提出了5个控制桥塔涡激共振的方案,理论分析和数值计算结果表明:方案5——改变锁定区域结构形式,不仅能够使桥塔避免或减弱涡激共振,与其他4个方案相比,该方案在造价和施工方面具有明显的优势,同时增加附属结构不会影响桥梁其他的相关结构,因此确定方案5——改变锁定区域结构形式为最佳控制方案。     

多塔斜拉桥加劲索涡激振动实测与时域解析模态分解

为研究多塔斜拉桥中塔加劲索涡激振动时域和频域特性，对多根加劲索开展了振动加速度测量和风速、风向观测，研究了加劲索振幅与风速和风向的关系，分析了加速度时程的时域和频域特征。采用解析模态分解法对加劲索涡激振动加速度时程进行了分解，分析了所得分量的时域和频谱特征。研究发现，在无雨和较低风速条件下，同侧并列加劲索仅迎风侧发生明显涡激振动，其峰值振动是以频率为6.25 Hz的第28阶模态主要参与为特征，为高阶多模态涡激振动，明显发振风速约为4~5 m·s^-1，风向接近垂直桥轴线，其面内振动明显大于面外。1^#加劲索面内涡激振动时程分解得到的3个相邻高阶频率时程分量显示，第28阶模态振动加速度随时间的变化，主导了加劲索振动加速度幅值的增大和减小。同时认为，解析模态分解法不仅能较好地分离含有多个密集频率分量的时域信号，且分解得到的分量不改变原信号分量的频率特征，分解分量再合成的信号与原信号时频特征完全一致。因而可采用解析模态分解法分解具有多个密集频率分量的柔性结构响应，能有助于工程结构风致响应的模态参数识别。