横向风与列车风联合作用下车桥系统绕流分析

采用3维定常不可压缩雷诺平均N-S方程,结合RNGk-ε湍流模型,利用多重参考系法,对横向风作用下ICE高速列车在日本屋代南桥上运行的绕流进行分析。结果表明:列车风对流场的影响主要表现在对列车表面附近、桥面、挡风墙间的局部流场的影响;列车运行时对头部、尾部附近的空气有排挤、拖曳作用;列车尾部靠迎风侧有一个很强的旋涡;列车风对列车中部附近流场的影响很小,对列车的阻力、横向力、升力、摇头力矩影响较大;列车风的作用使整个列车产生一种向上提升和沿横风向摇头的作用,列车风对列车附近区域桥梁的气动力有明显影响。     

大跨度桥梁颤振后状态气动稳定性

为了能对大跨度桥梁颤振后主梁的运动形式给出合理解释,选取大振幅下流线型箱梁断面的4种典型非线性气动力工况,基于非线性气动力和非线性振动微分方程,应用四阶龙格-库塔算法,分析了大跨度桥梁主梁在大振幅条件下的气动稳定性. 结果表明:大跨度桥梁主梁在颤振后的不同振幅和折算风速条件下可出现不同的运动形式;若气动力仅做负功或负功显著大于正功,主梁振动将收敛;若气动力仅做正功或正功显著大于负功,主梁振动将发散;若气动力做的正负功相当,主梁振动将由于结构阻尼缓慢收敛;若气动力正功与相同周期内结构消耗的能量相等,主梁将发生等幅振动;若不考虑气动力的非线性项,桥梁振动可能发散.      

悬索桥主缆架设过程驰振性能时域分析

为了分析悬索桥主缆在架设过程中可能发生的驰振失稳,导出了直接基于体轴系的驰振气动力表达式,避免了现有驰振分析方法采用风轴系下的气动系数需要进行的坐标转换,得到了更为简洁的驰振判据表达式.建立了悬索桥主缆的简化有限元模型,分析了结构动力特性;通过CFD(计算流体动力学)分析,得到了施工过程中不同断面形状主缆的气动力系数曲线.最后,分别基于单自由度驰振模型和实桥三维驰振模型,采用时域法模拟了主缆的风致驰振现象.研究表明,单自由度驰振模型分析的驰振发振风速与理论结果较吻合,三维驰振模型能更真实地反映主缆的驰振性能.      

车桥系统气动特性的节段模型风洞试验研究

侧向风作用下的车桥耦合振动分析需要考虑相互气动影响的车辆和桥梁各自的气动参数。为考虑车辆和桥梁的相互气动影响,在常规桥梁节段模型三分力测试装置的基础上研制了一种三分力分离装置———交叉滑槽系统。该系统利用环形滑槽和直线滑槽交叉点位置的变化来调整车辆和桥梁间的相对几何关系,并能实现车桥系统的同轴转动,从而方便地进行不同攻角情况下气动力的测试。利用交叉滑槽系统通过节段模型风洞试验对车桥系统的气动特性进行了多工况对比研究,讨论了车桥系统的雷诺数效应,分析了车桥间的相互气动作用,比较了车辆在桥上位置的影响。试验结果表明,基于交叉滑槽系统的节段模型风洞试验测试是可行的;车桥间的相互气动作用对车辆和桥梁的气动力有较明显的影响。     

大跨度钢桁梁斜拉桥风-车-桥系统耦合振动

以某大跨度公轨两用钢桁梁斜拉桥为工程背景, 通过车桥组合节段模型风洞试验, 测试了不同状态下车辆和桥梁各自的气动力系数, 采用自主研发桥梁分析软件BANSYS, 分析了不同风速、车速、车载状态下的风-车-桥系统, 研究了车辆位置和双车交会对系统响应的影响。计算结果表明: 当风速为25m.s^-1, 车速达到100km.h^-1时, 车辆的轮重减载率超过了行车安全性限值, 且当车速达到120km.h^-1时, 车辆的竖向加速度超过了行车舒适性限值; 风速较高时沿迎风侧轨道运行车辆的轮重减载率是系统的控制因素; 车辆在空载状态下的各项响应均比在超员状态下的要大; 由于迎风侧车的遮风效应, 在双车交会开始和结束时车辆横向加速度出现突变。     

自激气动力有理函数系数的直接识别算法

有理函数系数识别是基于气动力有理函数逼近的桥梁颤振计算的前提条件.有理函数滞后项的数量对其系数的识别结果影响较大,现有方法中一般仅考虑单滞后项的有理函数系数识别,易造成气动力描述上的失真,进而导致桥梁颤振计算结果不准确.基于正弦信号的自激气动力在时域上与有理函数对等的原则,采用最小二乘拟合方法,提出了一种可计入多个滞后项的有理函数系数的直接识别算法.以薄平板模型为对象,利用强迫振动风洞试验获得了自激气动力,采用该算法直接识别了计入不同滞后项的有理函数系数,并分析了滞后项数量对气动力重构精度影响以及对颤振临界风速计算精度的影响.通过自由振动颤振试验获得了实际的颤振风速,进而与采用识别出的有理函数计算的颤振风速进行对比,结果表明:颤振临界风速的试验值与计算值吻合较好,从而验证了本文所提识别算法的准确性;与现有的有理函数系数识别方法相比,本文提出的识别方法兼顾了效率和精度,可广泛用于实际桥梁断面自激气动力有理函数系数的识别中.     

大跨度刚构桥悬臂施工状态的抗风性能研究

以主跨为190m的预应力混凝土三跨连续刚构桥作为研究对象,通过气弹模型风洞试验,讨论了平等两幅迎风侧梁与背风侧梁的6分力特性,不同风向偏角对刚构桥风致响应的影响,然后,结合试验结果和数值计算,比较分析了横向连系对平等两幅梁风致响应的抑振作用,分析表明,对于由平等两幅箱梁组成的大跨度刚构桥,其悬臂施工时将两梁横向相连对减少结构的风振横向响应是十分有效而便利的。     

多塔斜拉桥的结构体系研究

多塔斜拉桥由于没有背索将其中间塔锚固到固定点,在活载作用下多塔斜拉桥的塔顶将产生过大的水平位移并导致主梁过大变位。如何确保结构的整体刚度是多塔斜拉桥设计中的关键环节。本文分析了多塔斜拉桥的结构体系,通过对不同结构体系的三塔及四塔斜拉桥模型的数值分析及比较,研究了结构体系对多塔斜拉桥力学行为的影响。结果显示,多塔斜拉桥理想的结构体系是能保证结构具有足够的整体刚度,并使混凝土收缩徐变及温度变化等因素在结构中不致产生过大次内力的体系。同时给出了有益于设计中选择多塔斜拉桥结构体系的结论和建议。     

检修车轨道导流板对流线型箱梁涡振的影响

为研究流线型箱梁的涡激振动特性及涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁斜拉桥为工程背景,通过1:50节段模型风洞试验研究了主梁断面涡激振动响应;采用计算流体力学(computational fluid dynamic, CFD)分析主梁断面的二维流场. 研究结果表明,检修车轨道处漩涡脱落明显,对主梁断面涡激振动性能影响较大;导流板位置从检修车轨道外侧移动到检修车轨道内侧,主梁断面升力系数均方根值减小了24%;在检修车轨道内侧设置导流板,可以有效抑制主梁涡激振动.      

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.