山区Y形河口附近桥址区地形风特性数值模拟研究

为研究在山区Y形河口影响下桥址区的桥梁风载特性,以山区峡谷大跨度悬索桥桥址区真实地形为工程背景,应用CFD(computational fluid dynamics)的方法,建立了桥址区复杂地形区域风场数值模型.通过36个工况的分组对比分析,探讨了山区Y形河口对主梁的平均风速、风攻角、风剖面以及风速放大系数在不同来流方向下的影响规律,并分析了河口处河道的导流与山体的绕流作用.研究结果表明:不同于普通深切峡谷地形风特性,在Y形河口影响下,桥址区附近的平均风速最大增幅达24 m/s,平均风攻角主要表现为负攻角,出现了最高达1.13的风速放大系数,且河道的导流及山体的绕流作用会导致主梁风速分布不均匀.      

铁路风屏障防风效果代理模型优化

为确定铁路风屏障的最优参数,基于代理模型方法对风屏障防风效果进行了优化.首先,改进了网格搜索法以优化支持向量机回归模型的参数,并通过算例进行了验证.其次,以设置风屏障时的车辆气动特性为目标函数,建立了风屏障防风效果的优化模型.最后,利用风屏障的风洞试验结果,采用支持向量机回归建立了目标函数的代理模型,对风屏障的高度和透风率进行了优化.研究结果表明:改进的网格搜索法提高了支持向量机模型参数选择的准确性,当风屏障高度为1.91~2.90 m时,最优的风屏障透风率为0.00~0.17;当风屏障高度超过2.50 m后,增加风屏障的高度对防风效果的提高较为有限.      

南溪长江大桥施工猫道静风稳定性研究

为研究南溪长江大桥施工猫道的静风稳定性,建立有限元模型计算猫道固有频率,并通过猫道节段模型风洞试验测定气动力系数。在此基础上,分别采用二维线性和三维非线性方法分析猫道整体和局部静风稳定性。结果表明,猫道的静风稳定性满足要求。     

斜拉桥索塔锚固区小半径预应力束理论伸长值研究

针对小半径预应力束的实测伸长值比理论伸长值偏大这一现象,分析了影响小半径预应力束伸长值的各种因素.指出了小半径预应力束伸长值的构成特点.从研究张拉过程中小半径预应力束在波纹管内的位置变化入手,得出预应力束由理想状态至波纹管变形前几何长度的变化量,引入挤压系数ξ,给出了小半径预应力束的附加伸长值的计算公式,并提出了小半径预应力束因波纹管形变引起的几何伸长值的计算方法.最后,通过多个模型数据对提出的小半径预应力束伸长值的计算方法进行校验.结果表明,实测伸长值与理论伸长值的偏差基本可控制在规范规定的±6%以内,完全能够满足小半径预应力束张拉的控制要求.     

基于CFD的空心高墩防风超高模板优化研究

根据兰新铁路第二双线(新疆段)在风区进行高墩施工时的防风要求,提出在常规模板上再加高一段模板的高墩超高模板防风方法.运用大型商用软件FLUENT,采用计算流体动力学方法(CFD),对不同来流方向条件下、内外模板不同加高组合方案空心高墩防风超高模板的三维绕流场进行数值模拟计算,依据施工人员安全、混凝土养护和施工综合效率3个方面的折减后综合等效风速比评价防风效果,进行空心高墩防风超高模板优化研究.结果表明:由于迎风侧超高模板的阻挡作用,来流在空心墩内部形成回流,气流沿背风侧顺时针流向迎风侧,空心墩内部迎风侧风速较背风侧小,墩内迎风侧可用于施工人员的临时避风;防风超高模板采用外模板超高1.5m、内模板不超高的方案为最优,其折减后综合等效风速比为0.2.     

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。     

金安金沙江大桥抗风性能试验研究

金安大桥主桥是跨度为1 386m的双塔单跨悬索桥,为确保该桥施工期以及运营期的安全性和舒适性,对其开展抗风性能优化研究。通过节段模型风洞试验和全桥气弹模型风洞试验,研究了大桥静力稳定性能以及颤振和涡振稳定性能。研究结果表明,风攻角在-12°～12°范围内增大时,升力系数曲线与扭矩系数曲线在较大攻角范围内为正值,桥梁断面在较大的攻角范围内具备气动稳定的必要条件;大桥梁采用板桁结合及合理的气动措施后,大桥梁的颤振临界风速大于检验风速;全桥气弹模型风洞试验表明,不论是均匀流场还是紊流场,大桥成桥状态和施工状态的气动稳定性能良好。     

极端天气下桥塔温致效应及抗裂性能优化

为深入研究我国西部横断山脉地区极端天气下桥塔的温致效应,以某大跨悬索桥为工程背景,分析极端天气下该桥混凝土桥塔的温度场以及温度应力分布特征,并提出相应的抗裂优化措施.首先,基于桥址区实测数据,提出桥址区极端天气的识别与模拟方法;然后,采用ANSYS有限元软件分析了桥塔的温度分布以及温度应力分布特征;最后,针对桥塔外表面存在开裂风险的问题,提出了2种提高桥塔外表面抗裂性能的优化方案,包括桥塔外表面涂装有机涂料方案和外包超高性能混凝土UHPC (ultra high performance concrete)方案.结果表明：在强降温天气下,桥塔表面拉应力极值为2.19 MPa,存在较大开裂风险;当采用抗裂优化措施后,两种优化方案均能有效降低混凝土桥塔表面的拉应力极值;对于桥塔外表面涂装有机涂料方案,白色有机涂料优化效果最佳;对于桥塔外包UHPC方案,当UHPC厚度为0.08 m时优化效果最佳.通过对比2种抗裂优化方案的经济性和施工难易程度,推荐采用白色有机涂料优化方案.     

面向动静态混合环境的智能车运动规划方法

针对存在动态和静态障碍物环境中的智能车运动规划问题,本文提出一种基于三维搜索的方法。该方法首先在笛卡尔坐标系中增加时间维度以建立时间-空间栅格,构建不同车速下的车辆运动基元;将智能车转化为多个圆心组成的线段,采用膨胀静态障碍物的方法进行不规则障碍物碰撞检测,运用时间间隔法将动态障碍物碰撞检测简化为线段交叉性检测;构建包含最大速度和加速度约束的速度启发式函数,用于引导搜索树在时空空间中快速到达目标位置和速度;最后基于启发式方法和局部运动规划方法在时空栅格中进行搜索,获取融合时间信息和“停止-等待”等决策信息的运动轨迹。实验结果表明：本文运动规划方法在动静态混合环境中能够引导智能车安全行驶,相比速度障碍方法,安全行驶的平均成功率提升23%;相比混合A*方法,平均成功率提升19%,行驶耗时缩短21%。     

超大跨度悬索桥扁平单箱主梁气动特性CFD分析

社会文化经济的快速发展和交融以及现代科技的不断进步,极大促进了超大跨度悬索桥的发展。但随着桥梁长度的加大,其抗风性能成为其安全性的关键影响因素。基于某主跨3500超大跨悬索桥方案,对其扁平单箱主梁气动特性进行了CFD模拟计算分析。分析结果表明,该扁平箱梁型式与平板的气动性能相似,并具有自身特有的气动特性。