大跨度铁路斜拉桥非线性时域抖振分析

通过脉动风速场模拟，获得了桥梁结构时域化风荷载，在此基础上，采用大跨度桥梁抖振的时域分析法，以一大跨度铁路斜拉桥为工程背景，对大跨度铁路斜拉桥抖振的非线性行为进行了分析．分析中综合考虑了结构几何非线性和气动非线性，其中结构几何非线性因素包括拉索垂度、内力引起的梁-柱效应及结构大变位等，气动非线性因素包括攻角效应、自激力等．非线性运动方程采用双重迭代法求解，以提高迭代的收敛性．非线性时域抖振分析和线性分析结果的比较表明，非线性因素会增大结构的抖振响应．     

关于桥梁结构的气动导纳

结构的抖振响应由结构上的的抖振力决定,而结构上的抖振力又由结构的气动导纳函数和阵风谱决定。基于片条假设的Sears‘气动导纳函数未能反映阵风在桥跨方向上的相关特性,三维气动导纳（3DAAF）的分析表明气动导纳函数受结构的特征尺寸,阵风场特性和折算频率影响,拉条模型试验也表明三维气动导纳函数更符合工程实际 。     

大跨桥梁颤振分析理论研究进展

随着悬索桥跨径朝向2 000 m级发展，由大攻角和大振幅引起的结构非线性和气动力非线性影响突出，颤振设计面临着前所未有的挑战。传统的桥梁颤振计算理论及方法已无法满足大跨度及超大跨度桥梁的抗风设计需求，亟需发展桥梁非线性颤振计算理论与方法。在扼要回顾线性颤振理论研究成果的基础上，对近年国内外关于桥梁非线性颤振的研究进展及主要成果进行了总结，介绍了非线性自激气动力的研究成果和几种典型的非线性自激气动力模型，并根据桥梁断面气动力随振幅变化的非线性特性，重点介绍了2种不同类型的非线性耦合颤振计算方法，其有效性和准确性均通过风洞试验进行了验证。需要指出的是，气动力的振幅依存性是大跨度桥梁颤振后状态研究的关键所在，尤其是计入耦合效应的高次谐波气动力的振幅依存性。基于目前的研究进展，确定了三维和多模态非线性颤振计算方法，任意运动及紊流下非线性气动力建模和非线性颤抖振理论，以及如何科学制定"软颤振"的评价标准是未来需要重点开展的几项工作。     

开槽桥梁截面的颤振稳定性试验研究

随着桥梁跨径的不断增大，悬索桥的颤振稳定问题日益突出。本以风洞试验为基础，研究了中间开槽截面的颤振稳定性，并测得这种截面的形状修正系数。结果表明，开槽截面对改善悬索桥的颤振性能是一种可行的途径。     

大跨度桥梁风障的设计、研究及应用

过去10年里，在高风速条件下对桥梁的限制使用和桥上车辆倾覆的报道逐的增加。虽然如此，但设计者可得到的用于减小风对结构不利影响的数据却非常少。最近，英国的两座大跨度桥梁文桥和伊丽莎白女王Ⅱ桥为减小风的影响而设置了风障，而塞文二桥采用了连续风障，并通过风洞试验确定了桥梁和车辆的其它细部构造。列举了一些桥梁风障的实例，详细介绍了其设计与应用。     

西堠门大桥成桥及施工状态下的空气动力特性研究

主要介绍针对西堠门大桥的运营阶段和施工阶段开展的一系列风洞试验研究,包括正交风和非正交风作用下主梁静力系数测定、1:20大尺度主梁节段模型涡激振动试验,以及1 :124全桥气动弹性模型风洞试验.最后,本文还给出了西堠门大桥现场实测的初步结果,主要为台风"云娜"的风谱以及此时主梁断面风压的分布.     

基于主动翼板的桥梁颤振次最优控制

颤振是大跨度桥梁抗风设计中的关键问题。通过对颤振进行主动控制影响桥梁的气动形态从而改变作用于结构上的气动力，达到抑制颤振的目的，对于大跨度桥梁的颤振控制是行之有效的手段。但是桥梁的颤振主动控制涉及到气动力的获取和控制率的优化问题，迄今未能完全解决。结合桥梁主动控制前期研究并借鉴航空领域中的颤振主动控制原理，研究了基于主动翼板的桥梁颤振控制问题；基于机翼-副翼理论和颤振导数形式给出了流线箱梁-主动翼板的自激气动力表达式，同时考虑主梁钝体特性和其与主动翼板气动干扰效应；由流线箱梁-主动翼板的气动力表达式和试验控制的诉求，采用次最优控制理论，构造基于少数状态变量的桥梁颤振系统反馈控制方程。根据流线箱梁-主动翼板气动力表达式和次最优控制理论，针对平板-翼板和流线箱梁-翼板系统，首先由数值风洞获取系统的气动力，并采用自编程序解算次最优颤振控制律；最后通过计算流体动力学（CFD）流固耦合数值仿真对控制效果进行检验。结果表明：对于平板-翼板系统，基于流线箱梁-主动翼板气动力表达式而获取的颤振导数与理论解吻合，验证了该气动力表达式的准确性，可用于后续控制分析；结合系统的气动力，次最优控制率在超越无控制结构的临界风速下，能够快速抑振。据此，主梁-翼板系统的次最优控制可面向实际抑制桥梁颤振，并提高颤振临界风速。     

扁平箱梁颤振后状态的振幅依存性研究

以舟岱通道大桥扁平箱梁断面为对象，通过节段模型风洞试验详细测试了该断面在风速超过颤振临界点后，振幅随风速变化的颤振后振动特性。基于变振幅的运动时程，阐释了气动阻尼、相位差及颤振导数等参数的振幅依存特性，提出了变振幅条件下的各参数的识别方法，指出了影响扁平箱梁颤振后特性的主要因素，并利用耦合颤振闭合解法进行了验证。研究结果表明：扁平箱梁在颤振后的振动过程中，气动阻尼具有明显的振幅依存性，相位差的振幅依存性较弱，振幅比基本不具有振幅依存性；颤振导数A₂^*随振幅变化而显著变化，是影响气动阻尼改变的最主要因素，其余颤振导数具有一定的振幅依存性，但对气动阻尼的影响较小。最后从气动阻尼随振幅变化的角度初步阐释了扁平箱梁在颤振后发生不同振动现象的动力学机理，并从气动阻尼曲线存在多个零点的角度解释了扁平箱梁在同一风速下具有多个稳定振幅点的可能性。     

基于时变边界屋面积雪分布数值模拟

为了预测风作用下屋面积雪的分布,采用Euler-Euler两相流混合模型,结合最新改进的k-ω模型等数值方法开发分析程序,对风致屋面积雪分布进行了数值模拟.模拟中为考虑积雪对屋面绕流的影响,计算区域边界根据雪深变化采用时变边界.对一典型阶梯形屋面积雪分布进行数值模拟,获得了几种不同状态下屋面积雪分布的时间历程.模拟结果表明:随着时间的发展,屋面积雪分布对屋面绕流产生较大影响,屋面积雪沉积率随之发生变化;模拟时长22 h的计算结果与实测结果基本一致,不考虑积雪对屋面绕流的影响将产生较大误差;不同风速比下模拟的屋面雪深分布形态基本一致,但入流风速比越小,雪深分布系数相对越大,达到近似分布的模拟时间就越短.      

基于DEA的铁路桥梁风屏障防风效果评价

为评价风屏障的防风效果,针对铁路桥梁设置不同高度的风屏障,通过风洞试验测试了单车以及双车交会时的气动力系数.在此基础上,提出用单车的气动力系数衡量车辆风荷载突变效应,以不同轨道位置车辆的风荷载突变量作为评价指标,并采用DEA(数据包络分析)方法评价风屏障的防风效果.研究结果表明:用DEA方法评价铁路桥梁风屏障的防风效果是可行的;当风屏障高度为1.72 m时,防风效果较好.