基于CFD与风洞试验的边主梁涡振气动措施

为能够快捷且经济地完成开口类钝体桥梁断面涡振制振气动措施的选型,以一座边主梁叠合梁斜拉桥为背景,采用“CFD (computation fluid dynamics)数值模拟选型+风洞试验验证”的思路对其涡振制振气动措施选型进行研究.该桥原设计主梁断面在常遇风速下存在显著涡激振动,为完成气动措施的初步选型,采用CFD数值计算对原设计断面的流场进行模拟,通过研究原设计断面的旋涡脱落状态确定主要旋涡抑制对象,进而有针对性地模拟了3种气动措施（下中央稳定板、导流板与风嘴）对主要脱落旋涡的抑制作用,通过将各断面旋涡脱落状态与三分力系数进行对比分析,得到各断面涡振性能的相对优劣关系,并最终选取风嘴与下中央稳定板结合而成的组合气动措施进行风洞验证试验.试验结果表明：该组合气动措施能够有效抑制梁体在各风攻角下的涡激振动,且在+5°风攻角下,通过风洞试验得到的导流板、下中央稳定板、风嘴组合气动3种措施对原设计断面涡振振幅的减小作用依此递增,分别为2.7%、27.7%与87.4%,制振能力高低关系与数值模拟结果相一致;本次数值模拟结果符合预期要求,未来可针对不同类型桥梁断面进一步扩展数值模拟与风洞试验结...     

雷诺数影响下桥梁断面三分力和压力研究

以新疆维吾尔自治区连霍高速公路特大桥梁为研究对象,在一定雷诺数范围之内,研究了不同状态下桥梁断面的表面压力分布,并计算出相应的静力三分力系数。通过对比三种状态下表面压力和静力三分力系数的变化,得出不同桥梁断面对雷诺数效应的影响,从而指导今后的大跨度桥梁相关设计。     

双幅桥静分力系数气动干扰效应研究

采用计算流体动力学(CFD)的方法,利用F1unet软件对某双幅桥面桥梁三分力系数的气动干扰效应进行数值模拟.结果表明:由于前桥对后桥的遮挡作用,后桥的静力三分力系数受到较大影响,阻力系数与单桥相比减小了74％,升力系数减小了88％;随着前后桥间距的增大,双幅桥梁之间的气动干扰效应逐渐减小,但双幅桥面达到8b(b为梁高...     

悬吊双层闭口箱梁桥面风振性能

以悬吊双层闭口箱梁桥面为研究对象,通过风洞试验,针对结构静力耦合与气动干扰对悬吊双层闭口箱梁桥面风振性能影响进行了研究;采用变分模态分解方法对试验监测信号进行模态分解,识别颤振模态;通过振动形态矢量图与相位图对颤振弯扭耦合程度及弯扭相位差进行分析;根据最小二乘法识别颤振导数,基于激励-反馈原理,由颤振导数识别颤振气动阻尼。研究结果表明:在结构静力耦合与气动干扰共同作用下,下层断面发生软颤振,其竖向、扭转振动参与度系数分别为0.85、0.53,其颤振形态倾向于竖向振动;下层断面在自激气动力作用下发生颤振,自激气动力相位差减小导致颤振弯扭相位差减小为81.29°,而上层断面在结构耦合力作用下发生强迫振动,结构耦合力相位差决定上层断面弯扭相位差为100.81°;下层断面竖向振动气动阻尼主要来源于竖向速度自激升力负阻尼以及弯扭速度通过激励反馈所产生的耦合升力负阻尼,分别为60%和40%;下层断面转振动气动阻尼主要来源于扭转速度自激升力矩正阻尼以及弯扭速度通过激励反馈所产生的耦合升力矩正阻尼,分别为45%和50%。可见,对于悬吊双层闭口箱梁桥面,下层断面在竖向振动气动负阻尼驱动下发生偏于竖向振动形态软颤振,下层断面软颤振诱发悬吊双层桥面振动系统整体发生弯扭耦合软颤振。      

带水线的斜拉索气动特性数值分析

拉索的风雨激振是振幅最大、危害最严重的一种风致振动。采用FLUENT软件分别对设置不同大小和形状的水线的拉索进行数值风洞试验,计算各种工况拉索的三分力系数,并与同条件下的光面拉索进行对比研究。计算表明:水线对拉索的三分力系数的影响很大,设置水线后三分力系数均明显变小,水线的存在可能导致拉索的不稳定;而水线高度对三分力系数的影响不明显。     

风屏障对平层公铁桥上列车防风效果分析

为探讨风屏障的防风效果,对侧风作用下平层公铁桥梁-列车-风屏障系统气动特性进行了风洞试验研究,针对两类风屏障的不同透风率和高度对不同风偏角下桥上中间列车的三分力系数进行测试,研究了风屏障在不同风偏角下的倾覆力矩系数的折减系数.研究结果表明:风屏障在桥面上安装位置不同,对列车气动力特性影响有明显区别;设置风屏障能够有效减...     

流线型桥梁断面雷诺数效应

采用数值模拟方法计算了不同雷诺数苏通桥流线型断面三分力系数,通过风洞试验研究了宽高比为10∶1的流线型桥梁断面的雷诺数效应,分析了雷诺数对阻力系数、表面压力系数、风压功率谱及斯特罗哈数的影响,研究了粗糙度对雷诺数效应的抑制作用。分析结果表明:阻力系数随雷诺数的增大而减小,雷诺数会改变表面压力系数0值出现的位置,斯特罗哈数对雷诺数有平台区存在,低雷诺数风洞试验测得的斯特罗哈数比实桥值小20%,因此,流线型桥梁断面存在明显的雷诺数效应,且粗糙度对雷诺数效应有抑制作用。     

孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性

近海流线型箱梁主梁距水面较低时,气动特性极易受到极端波浪边界的干扰.为研究极端波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性,以孤立波浪模拟极端波浪,基于FLUENT软件,采用铺层网格技术建立了模拟运动孤立波浪边界干扰下流线型箱梁气动特性的数值模型;利用所建立并验证的数值模型研究了不同参数下运动孤立波浪边界对流线型箱梁气动特性（静气动力系数、涡量场以及平均压力系数和脉动压力系数分布）的干扰.分析结果表明：不同孤立波浪边界运动速度干扰下流线型箱梁气动特性明显区别于无波浪工况;随波浪边界运动,迎风角处剪切层方向相比于梁底转折角处（8°风攻角）及梁顶转折角处（-8°风攻角）剪切层方向变化明显;在运动孤立波浪边界干扰下,箱梁抖振响应会随风攻角幅值增大呈增大趋势.     

П型断面主梁软颤振特性及抑制措施研究

П型断面主梁为气动钝体结构,在非线性自激力作用下,极易发生软颤振现象.以某П型断面叠合梁斜拉桥为研究对象,通过节段模型风洞试验,研究了各种气动措施对П型断面主梁软颤振性能的影响.研究结果表明:П型断面主梁软颤振表现为弯扭自由度耦合的单频振动特征,且随着风速的增加,竖向振动参与度系数先减小后增大;安装风嘴可以增大系数,其振幅服从正态分布,振幅波动范围随风速及攻角变化而变化;风攻角为负时,П型断面主梁最易发生软颤振;设置桥面附属设施会提高软颤振的临界风速、减小软颤振的扭转振幅及振幅增长速率;设置风嘴会显著降低软颤振的振动响应,采用尖风嘴可以改善主梁的软颤振性能,且随着风嘴变尖,软颤振的临界风速有提高的趋势,软颤振扭转振幅有下降的趋势;П型断面主梁底部设置中央稳定板对其软颤振性能的影响不明显.     

上下臂杆直径对高速受电弓气动抬升力的影响

建立了7种不同直径上臂杆和7种不同直径下臂杆的受电弓模型，对受电弓进行空气动力学数值模拟计算，采用多体动力学方法计算了受电弓的气动抬升力，从气动力及流场特性的角度研究了受电弓上下臂杆直径对受电弓气动性能、气动抬升力的影响规律。研究结果表明:开口运行工况上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增加而增大，随着下臂杆直径增大而减小，但下臂杆直径对受电弓气动抬升力的影响较小；闭口运行工况上臂杆气动升力和受电弓气动抬升力都随着上臂杆直径增大而减小，随着下臂杆直径增加而增大；开闭口运行工况上臂杆主体杆件气动阻力仅为上臂杆气动阻力的3%~10%，气动升力为上臂杆气动升力的26%~55%，下臂杆主体杆件气动阻力为下臂杆气动阻力的10%~25%，气动升力为下臂杆气动升力的43%~68%，直径的改变对上下臂杆气动升力的影响较大，对气动阻力的影响较小；闭口运行工况上下臂杆气动阻力的绝对值都大于开口运行工况。      

钢桁架主梁悬索桥静风特性研究

采用风洞测力试验方法,对某钢桁架悬索桥成桥及施工状态下的不同攻角下的三分力系数的测定及静风响应特性进行了研究,获得了该主梁截面的失速风攻角,得到了不同攻角下三分力系数随截面变化的关系。     

顺向斜风作用下桥面运动车辆气动特性试验研究

顺向斜风对行车安全的影响不容忽略,为考查顺向斜风对运动车辆气动特性的影响,采用移动车辆模型风洞试验装置,针对缩尺比为1/20的车辆和桥梁模型,测试了顺向斜风作用下运动车辆的气动特性,讨论了风速、风向和风屏障等因素对移动车辆气动特性的影响. 结果表明:移动车辆的五分力系数在不同风速时吻合较好;侧向阻力系数、升力系数和点头力矩系数随着合成风偏角的增大而减小;风偏角较小时,风向角对车辆的升力系数有较明显的影响;风屏障使车辆的气动力系数接近0,且明显地改变了车辆气动力系数随风偏角的变化规律;设置风屏障后,车辆阻力系数的变化率受风偏角、车速和风速等条件的影响.      

大跨度悬索桥主梁抗风试验研究

悬索桥跨径越大,结构越轻柔,对风致振动越敏感,因此,研究悬索桥主梁抗风性能尤为重要。对某主跨1196m大跨度悬索桥,采用有限元建模计算分析了成桥状态的结构动力特性;通过静力节段模型试验,测试了成桥状态主梁的三分力系数,结果表明:该扁平加劲梁整体上具有较好的静风稳定性能;通过动力节段模型试验考察了成桥状态桥梁在风攻角为0°、±3°、±5°下的颤振稳定性能,风攻角为+3°和+5°时,颤振临界风速接近或低于颤振检验风速,其余风攻角下颤振稳定性能良好;通过优化人行栏杆构造、增大透风率对主梁断面进行优化,有效改善了主梁断面的气动性能。     

SMA沥青路面早期横向力系数检测研究

SMA 沥青路面早期横向力系数的评定存在较大争议， 本文通过大样本数据的统计分析， 从宏观角度研究了 SMA 沥青路面铺筑时间、 交通流量及检测温度等测试条件对 SMA 沥青路面横向力系数测值发展规律的影响。 从分析结果来看， 路面铺筑后六个月内横向力系数呈现增长的趋势， 到第六个月左右达到相对稳定的状态； 同时通车后交通流量对横向力系数的发展也有影响， 当日均断面流量小于 3 万辆时， 其影响较小， 当日均断面流量达到 6 万辆时， 通车三个月内呈现缓慢增长的趋势， 说明交通量的影响显著； 不同检测温度对检测结果也存在一定的影响， 当偏离标准温度范围越大时， 修正后的横向力系数值和合格率都会偏高。     

蝶形防风网结构体型系数研究

防风网结构非常特殊， 尤其是蝶形防风网， 并非平面结构， 作用在蝶形防风网的风荷载非常复杂， 而风荷载是防风网结构设计的控制荷载。 《建筑结构荷载规范 GB50009-2012》 和 《港口工程荷载规范 JTS144-1-2010》 等规范对于蝶形防风网缺乏相应体型系数的规定， 为了保证结构设计的安全、 经济、 合理， 因此有必要研究蝶形防风网的体型系数。 结果表明： 蝶形防风网的体型系数随风速增大略呈增大的趋势， 但增加的趋势十分缓慢； 防风网正面 (0 度) 和背面 (180 度) 体型系数最大； 无周边气动干扰情况下， 防风网正面体型系数大于背面体型系数； 有周边气动干扰情况下， 群体防风网模型正面体型系数小于背面体型系数； 无周边气动干扰情况防风网的体型系数小于有周边气动干扰情况防风网的体型系数； 防风网体型系数约为 1.1。     

刚构体系独塔斜拉桥施工期抖振响应

为了更准确地计算桥梁抖振响应, 以采用刚构体系的某带大挑臂钢箱结合梁独塔斜拉桥最大双悬臂施工阶段为研究对象,首先在有限元建模中重点讨论因塔梁固结处节点刚性区建模方法不同而导致的桥梁结构动力特性差异;随后运用二维不可压非定常雷诺平均URANS数值模拟方法,识别大挑臂钢箱主梁断面静力三分力系数和气动导纳;最后基于Davenport准定常理论在ANSYS中开展桥梁抖振时域分析,所得结果与气弹模型风洞试验进行比较. 研究表明:施工阶段的独塔斜拉桥结构动力特性及抖振响应受塔梁结合处有限元建模方式影响十分显著,结构基频差异最大可达21.3%,进行此类桥梁动力分析时应予以足够重视;主梁断面的气动导纳识别结果表现出对来流风场参数的依赖性,抖振计算时应合理使用;主梁悬臂端抖振位移响应计算值大于风洞气弹模型试验测试值,该计算结果用于设计参考时是偏于保守的.      

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城市道路混合交通中,自行车对机动车行驶有显著的干扰影响。文章将自行车对机动车的影响划分摩擦干扰和阻滞干扰两种状态,通过采集北京市三个典型路段的混合交通干扰数据,定量分析了不同自行车干扰状态下机动车速度的变化趋势,以及速度分布频率,定义并计算了干扰状态相变的临界点：干扰变化阀值,进一步计算了可对不同道路条件下干扰程度进行比较的摩擦干扰系数和阻滞干扰系数。基于样本的研究结果表明,自行车对小汽车和大客车的影响程度有显著的差别,同时机动车在摩擦干扰和阻滞干扰两种状态下的行驶速度特征有明显的不同。     

独塔斜拉桥静风稳定性分析

以某独塔钢箱梁斜拉桥为背景,进行抗风性能分析。采用计算流体动力学（CFD）数值模拟技术计算得到主梁断面的静力三分力系数,分析静风扭转发散机理。对桥梁结构进行自振特性分析,为进一步研究风致振动提供依据。最后,进行了风载响应计算,评估该桥的抗风性能。     

重塑饱和黄土K_0固结特性研究

基于GDS静三轴仪,对西安重塑饱和黄土进行了不同加载速率的连续加载K0固结试验,研究分析了K0固结过程中加载和孔压消散两个阶段土体的变形特性。试验研究结果表明:饱和重塑黄土的应力—应变关系具有明显的非线性特性,并且均为稳定硬化型;试验过程中侧向土压力系数、孔隙水压力、孔隙比等的变化均与加载速率有关。为研究K0固结过程饱和土的变形特性提供理论指导和依据。     

计算网格对列车空气动力学不确定性的影响

为评价计算网格对明线列车空气动力学数值仿真计算结果的影响,基于计算流体力学,研究了计算网格对列车气动特性的不确定性. 首先根据3种不同尺寸的计算网格及其计算结果,提出了计算网格对列车气动力和表面压力不确定性的计算方法;其次以ICE2列车为研究对象,划分了3种不同尺寸的计算网格,数值仿真得到了列车气动力和典型截面的压力;最后研究了该列车头车气动力和典型截面压力的不确定性. 研究结果表明:数值仿真得到的气动侧力系数与试验数据的误差仅为0.31%;车身迎风侧表面压力的不确定性接近于0;车身表面压力不确定性较大的位置主要位于车体底部,其最大不确定度达到1.42;头车侧力系数的不确定度为0.002 6,而头车升力系数的不确定度为0.509 3.