大跨度悬索桥的多阶模态竖向涡振与控制

大跨度悬索桥具有多个竖向模态密集分布的特性。在常遇风速范围内,从低到高的各阶竖向模态随风速升高而逐个发生涡振,这就是大跨度悬索桥的多阶模态涡振问题。针对这一问题开展深入研究,讨论中国公路桥梁抗风设计规范中竖向涡振容许振幅的合理性;阐述了利用节段模型风洞试验和理论分析综合预测实桥多阶模态竖向涡振响应的基本方法,得到了各模态阻尼比相等时悬索桥各阶模态竖向涡振振幅基本相等的结论,并通过特殊设计的悬索桥竖向等效气弹模型和塔科马桥涡振实测资料,验证了这一结论;指出在既有桥梁上追加气动措施或安装调谐质量减振器抑制悬索桥多阶模态涡振都有很大的难度,进而提出了在加劲梁与桥塔之间安装直接耗能阻尼器的设想,并进行了气弹模型试验验证;讨论了采用电涡流阻尼器进行半主动涡振控制的可行性。研究结果表明：在相同阻尼比条件下大跨度悬索桥各阶竖弯模态的最大涡振振幅基本相等;依据最大加速度幅值按频率比的平方增加的原理,满足人体振动舒适性的高阶竖弯模态的容许振幅必然小于低阶模态,因此要更加重视起振风速在容许行车风速（25 m·s^-1）以内的高阶竖弯模态涡振;对于漂浮体系悬索桥,在加劲梁与对应桥塔之间设置阻尼器可有效抑制多阶模态涡振。     

永磁电涡流阻尼新技术及其在土木工程中的应用

针对永磁电涡流阻尼减振的理论与技术进展进行了综述,主要包括：永磁电涡流调谐质量减振器、大吨位的滚珠丝杠式轴向电涡流阻尼器等新型减振装置;板式电涡流阻尼及滚珠丝杠式电涡流阻尼器的性能仿真与设计方法;桥梁涡激共振、斜拉索振动控制的电涡流阻尼三元减振理论;以及基于电涡流阻尼力非线性特性的减震性能研究。介绍了湖南大学新建的大型阻尼器特性综合试验平台及主要功能,以及永磁电涡流阻尼技术的典型工程应用。最后指出了值得进一步研究的若干问题。     

结构—尾流振子耦合模型参数识别及桥梁涡激振动预测

为准确预测桥梁涡激振动特征,基于结构尾流振子耦合模型涡激振动预测方法,分析其动力方程及近似解,针对目前结构—尾流振子耦合模型中较难确定的模型参数(质量参数M、流场“stall”效应参数y、结构对尾流作用的耦合项参数A和范德珀尔参数ε),提出了基于涡激振动风速～振幅曲线的模型参数识别方法.开展某主梁节段模型风洞试验,依据...     

Halbach阵列板式电涡流阻尼单元参数分析与优化设计

为了提高板式电涡流阻尼单元的耗能效率,在板式电涡流阻尼单元中引入了Halbach永磁阵列,并开展了参数分析和优化设计研究。首先制作了一个Halbach阵列板式电涡流阻尼单元,并通过试验验证了采用三维电磁有限元分析计算其阻尼系数的可靠性。然后基于三维电磁有限元分析方法,研究了永磁体厚度、磁极数、磁极对数、极长比及永磁体背铁对Halbach阵列板式电涡流阻尼单元阻尼系数的影响。最后提出了二维电磁有限元分析与MATLAB遗传算法相结合的板式电涡流阻尼单元永磁阵列参数优化方法,并通过算例分别对有背铁Halbach阵列、无背铁Halbach阵列、垂向极化阵列和纵向极化阵列等4种方案进行了优化设计。研究结果表明：在一定范围内增加永磁体厚度能显著提高Halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数;在永磁体阵列总长度不变的情况下,阻尼系数随着Halbach阵列磁极数量的增大而增大,但增速逐渐减慢;设置永磁体背铁可提高Halbach阵列板式电涡流阻尼单元的阻尼系数,但永磁体厚度较大或磁极数较多时,其影响逐渐减弱;存在最优极长比使阻尼系数最大,其中有背铁时约为0.65,无背铁时约为0.5。针对优化设计算例...     

桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现

首先简要介绍了桥梁风致颤振分析的多模态参与单参数搜索M S法的基本理论以及ANSYS二次开发的几种方法 ,然后以VisualFortran为二次开发平台 ,运用M S法编写了在ANSYS中实现大跨度桥梁风致颤振分析的计算程序和相应的界面菜单程序 .最后通过算例展示了在ANSYS中进行颤振分析的整个过程 ,其计算结果与大跨度桥梁空间静、动力分析程序NACS和风洞试验数据基本一致 ,说明了计算程序的可靠性     

人致动力响应分析及在某曲线斜拉桥中的应用

自英国伦敦千禧桥因人致振动而不得不关闭的事件以来,人行桥的动力问题尤其是人致振动问题得到了工程界越来越多的关注。人行桥的动力设计旨在通过结构修改或安装机械阻尼装置来减少动力响应以达到使用舒适性要求,同时也已经成为现代低频人行桥设计的必不可少的考虑因素。与德国人行桥设计规范EN03结合,给出了人行桥动力设计过程中涉及的主要方面,包括步行力荷载模型、动力失稳临界行人数和抑制大幅振动的结构措施以及阻尼措施。最后以主跨200 m的人行曲线斜拉桥为例介绍了人行桥动力设计全过程。     

新建桥梁与邻近既有桥梁主梁涡振气动干扰效应风洞试验研究

新建甬州铁路桃夭门大桥为主跨666 m的分离式三箱梁斜拉桥,与既有桃夭门公路大桥并列布置且距离较近,两桥主梁间的气动干扰是大桥抗风设计中必须考虑的关键因素。基于节段模型风洞试验方法,研究新桥单独存在和新桥和既有桥梁同时存在时新桥和既有桥梁的涡振性能,分析分离式三箱梁新桥与单箱梁既有桥梁之间气动干扰效应对主梁涡振性能的影响。在新桥单独存在时,分离式三箱梁新桥产生了大幅涡振,在开槽处设置格栅板能显著降低涡振响应;此外采用CFD仿真结果显示,开槽处设置格栅板后漩涡脱落明显降低而抑制了涡振。气动干扰研究结果表明：在不同风向下,新桥和既有桥梁之间的气动干扰效应对主梁的涡振性能影响不同。新桥位于迎风侧时,新桥的涡振性能与新桥单独存在时基本一致,下游既有桥梁对其涡振性能影响很小;迎风侧新桥的存在减小了低风速下既有桥梁的涡振响应,对既有桥梁的涡振控制有利。既有桥梁在迎风侧时,背风侧新桥会增大迎风侧既有桥梁的涡振振幅,同时,受既有桥梁尾流影响,新桥的涡振性能也更为不利。提高新桥和既有桥梁的阻尼比,可以有效地抑制其涡振响应,以满足规范限值的要求。     

大跨径悬带桥颤振特性研究

借助一种三维颤振分析方法,分析一座主跨618 m悬带桥的三维颤振性能,并与相同跨径的悬索桥进行对比,进一步探讨悬带桥的多模态参与效应、侧向自激力效应及节段模型试验的模态选取等问题;同时还对悬带桥进行多种组合下的两模态二维颤振分析及节段模型风洞试验.研究结果表明:与悬索桥的扭转模态颤振驱动机制不同,悬带桥的颤振由侧向-扭...     

平行四幅连续钢箱梁桥风致振动气弹模型试验研究

为满足日益增长的交通需求,多幅大跨连续钢箱梁桥应用日益广泛,多幅主梁间复杂的气动干扰效应引起的风致振动及其减振是桥梁设计和运营必须解决的问题。以某主跨180 m平行4幅连续钢箱梁桥为工程背景,设计制作4幅连续梁桥气弹模型,开展全桥气弹模型风洞试验,研究2幅和4幅梁桥的气动干扰效应,分析桥幅数量、主梁间距、并列和错列布置等因素对桥梁风致振动特性的影响。风洞试验结果表明：多幅桥梁的风致振动特性与桥幅数量、主梁间距和主梁布置方式密切相关。单幅桥梁在试验风速内发生了极小振幅涡振、没有发生驰振。并列双幅桥在小间距工况(D=0.75 m,D/B=0.06)条件下,下游桥会发生明显的尾流致涡振,增大主梁间距至大间距工况(D=13 m,D/B=0.98)后,下游桥驰振临界风速减小到40 m/s,但涡振消失。并列4幅桥在小间距条件下,下游第3幅和第4幅桥梁在30 m/s风速左右发生尾流致涡振,在大间距条件下,下游第3幅和第4幅桥风致振动幅值随着风速增大而迅速增大,发生软驰振。错列布置的小间距4幅桥在试验风速范围内没有发生明显的涡振和驰振现象,抗风性能优于小间距并列布置4幅桥。研究成果可为类似桥梁设计提供...     

桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现

首先简要介绍了桥梁风致颤振分析的多模参与单参数搜索M－S法的基本理论以及ANSYS二次开发的几种方法，然后以Visual Fortran为二次开发平台，运用M－S法编写了在ANSYS中实现大跨度度桥梁风致颤振分析的计算和相应的界面菜单程序，最后通过算例展示了在ANSYS中进行颤振分析的整个过程，其计算结果与大度桥梁空间静、动力分析程序NACS和风洞试验数据基本一致，说明了计算程序的可靠性。