风攻角对车-桥系统气动特性及耦合振动的影响

为研究强风作用下风攻角对车?桥系统气动特性以及车桥耦合振动的影响,以某大跨度铁路悬索桥为研究对象,通过节段模型风洞试验测得在不同风攻角条件下的车、桥气动力并探寻其受风攻角变化影响的规律.依据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立可考虑风荷载作用的车?桥系统耦合振动方程,求解方程并就风攻角变化对桥梁和列车的动力响应的影...     

整流罩组合措施外形对Π形叠合梁斜拉桥涡振性能的影响

某大跨度Π形钢-混叠合梁斜拉桥存在常遇风速下的涡激振动。为了抑制涡激振动,通过1∶50节段模型风洞试验,针对-5°最不利风攻角工况,开展了涡振性能优化研究。试验对导流板、裙板、下稳定板、风障与整流罩等单一气动措施的制振效果进行了研究,试验结果表明,只有下中央稳定板能在0.65%的阻尼比条件下,将主梁的竖弯与扭转涡振振幅同时降低50%以上。据此开展了以下中央稳定板为中心的组合气动措施研究,发现整流罩与下中央稳定板的组合气动措施能将主梁的竖弯与扭转涡振振幅同时降低75%以上。在此基础上,研究了整流罩竖直板高度与下中央稳定板高度对该组合气动措施制振能力的影响,发现在一定高度范围内,增加整流罩竖直板与下中央稳定板高度均能有效提高组合措施的制振能力,通过优化了该组合气动措施的气动外形,组合措施能够完全消除Π形叠合梁在不同风攻角(0.65%阻尼比)下的涡激振动。最后,采用计算流体动力学的方法,对该气动措施的制振机理进行了研究,计算结果表明：优化后的整流罩组合措施能够同时降低主梁上下表面旋涡脱落尺寸,显著减小主梁受到的周期性非定常气动力,从而达到抑制主梁涡振的效果;若同时降低整流罩竖直板高度与下中央...     

检修车轨道对窄幅流线型箱梁涡振性能影响研究

为给窄幅流线型箱梁抗风设计提供参考,以某窄幅流线型钢箱梁悬索桥为背景,进行节段模型风洞试验,考虑风攻角,分析检修车轨道对箱梁涡振性能的影响;通过数值模拟,研究检修车轨道及其位置对箱梁绕流特性的影响机理及抑振措施的有效性。结果表明：窄幅箱梁在+3°、0°风攻角时的竖向涡振最大振幅较-3°风攻角时分别增大348%、189%;0°风攻角时,检修车轨道布置于箱梁底板内侧1/6底板宽度位置,窄幅箱梁竖向涡振最大无量纲振幅减小60.8%;在此基础上,检修车轨道内侧布置导流板后,箱梁竖向涡振最大无量纲振幅减小79.9%;检修车轨道布置于箱梁底板且布置导流板时,与检修车轨道布置于斜腹板相比,窄幅箱梁竖向涡振最大振幅大幅减小,箱梁周围的流动结构更加稳定,改善了箱梁涡振性能;将检修车轨道向箱梁底板内侧移动或布置导流板是抑制检修车轨道引起窄幅箱梁涡振的有效措施。     

防雪栅对铁路路堑风致雪堆积防治效果研究

针对铁路路堑易发生严重积雪灾害的问题,采用风洞试验方法,研究了防雪栅在减轻风致积雪灾害方面效果,为铁路线路防灾工程设计提供参考。在风洞中,首先分别试验了在6.5、7.5、8.5 m/s风速下边坡比为1∶4和1∶1.5的路堑内雪粒堆积演化过程;然后布置防雪栅,在相同试验条件下观测其在减轻路堑积雪灾害方面的效果;最后根据测量数据计算对比有无防雪栅时路堑路面积雪量差异,定量评估防雪栅防治效果。此外,采用数值模拟手段分析防雪栅、路堑周围流场变化情况,进一步解释防雪栅的防雪机理。结果表明：上风侧坡度较缓的半开敞式路堑积雪严重;防雪栅能有效减轻路堑积雪灾害;漂移雪粒首先在背风侧距离防雪栅较远处沉积,随吹风持续积雪范围向两端延伸;防雪栅使来流风速在其背风侧急剧减弱致使漂移雪粒发生沉积,雪粒输运强度减小,从而实现挡雪减灾目的。     

既有桥梁对新建斜拉桥主梁气动干扰效应的试验研究

为研究既有桥梁对新建斜拉桥主梁的气动干扰效应,以京珠高速改扩建汉江特大桥为背景,进行节段模型测力风洞试验。按1∶50缩尺比制作主梁节段缩尺模型,研究既有桥梁与新建斜拉桥相对位置关系、桥梁间距及风攻角对新建斜拉桥主梁三分力系数的影响。结果表明：既有桥梁对新建桥梁具有明显的气动干扰效应。既有桥梁在上游时,存在明显的遮挡效应,新建桥梁阻力系数整体显著减小;既有桥梁在下游时,新建桥梁阻力系数在正攻角范围内显著减小。升力系数受既有桥梁影响,绝对值整体减小,正攻角时既有桥梁在下游减小更显著。在正攻角范围内,既有桥梁在上游时新建桥梁升力矩系数增大,在下游时则整体减小;在负攻角范围内反之。桥梁间距对阻力系数气动干扰效应的影响突出,间距越大既有桥梁对新建桥梁阻力系数的气动干扰效应相对越小,对升力系数和升力矩系数气动干扰效应的影响较小。     

大跨高低塔斜拉桥抗风性能试验研究

为了研究大跨高低塔斜拉桥抗风性能,以顺德斜拉桥为工程背景,通过节段模型风洞试验研究桥梁的涡振、颤振性能,并分析桥梁的静风响应性,研究发现：较小的风嘴有利于抑制和减小流线型箱梁的涡振振幅,且不影响颤振稳定性;大桥静风响应随风速变化具有显著的非线性特点,来流风攻角对静风响应影响较小。该研究可为大跨高低塔斜拉桥抗风性能研究提供科学依据和参考。     

大型海上风力发电塔转接段静力性能研究

随着风力发电行业的发展,钢-混凝土混合高塔已经成为一种趋势。为明确海上风电机组中钢-混凝土塔筒转接段的力学性能,以160 m钢-混凝土塔筒转接段为原型,开展了1∶3的缩尺模型试验,并用ABAQUS建立了混凝土转接段的精细化有限元模型。试验结果表明：混凝土转接段的力学性能优异,在0.3P、0.5P和0.8P的循环加载过程中试件始终处于线弹性阶段,在静力加载过程中混凝土转接段与底部之间的界面分离量很小（在0.35 mm内）且实际观察中法兰环没有出现开脱现象。缩尺试验结果表明转接段部分结构设计安全可靠。有限元分析结果表明：混凝土转接段在进行1.3P的超载加载后,裂缝继续发展（相比1.0P加载）,转接段外侧的高应力区集中在试件底部,转接段的抗超载能力强,结论可为同类转接段提供力学性能参考。     

导风屏障对高铁桥梁桥面风场影响的风洞试验研究

风屏障是常用的高铁桥梁防风设施,新型导风屏障能够减小屏障风荷载,兼顾风屏障和桥梁结构安全。为明确导风屏障的防风机理,通过1∶15的大比例节段模型风洞试验,采用开发的移动测试系统和眼镜蛇风速仪测试桥上的湍流度和3个方向的风速分量,研究导风屏障参数—导风面1倾角、导风面2高度和屏障下部尺寸对桥上三维风场特性的影响,并通过3种等效方法获得了不同试验工况下的等效风特性指标,为导风屏障参数设计提供依据。研究结果表明：导风屏障能够有效减小桥上风速,且具有较强的气流引导作用,横向风速比和垂向风速比最大分别可达0.25和0.17。导风面1角度改变对桥上风场影响较小,导风面2高度对横向和垂向导风作用影响明显,减小导风面2高度时横向风速比极值上升0.1以上。增大导风屏障下部尺寸可增强遮挡作用和导风作用,且能够抑制桥面附近的射流强度。遮蔽作用是导风屏障防风效果的主导因素,但导风屏障对气流的偏转作用亦会一定程度影响防风效果,考虑三维风特性的等效屏蔽参数与基于合成风速的等效风速的评价结果差异极值减少20%。     

间距对公铁双幅主梁气动特性影响的试验研究

为研究间距对非对称公铁双幅主梁气动特性的影响,以某大跨度公铁双幅斜拉桥主梁断面为背景进行节段模型风洞试验,在间距L/Br=0.2～2.0范围内,测试了2种不同来流方向下双幅主梁的气动特性,分析非对称双幅主梁气动力系数、表面风压分布并推断主梁周围绕流特征,明确间距对非对称公铁双幅主梁气动干扰规律的影响规律。结果表明：无论风向角α=0°或α=180°,上游主梁气动力系数、表面风压分布和绕流方式受间距影响程度相对较小,与单幅主梁气动特性和绕流方式相似;但下游主梁气动特性受间距影响较大,且完全不同于单幅主梁,间隙处的绕流形式随间距的增大而发生变化,下游主梁气动力系数、平均风压系数曲线和脉动风压曲线也表现出完全不同的规律;且间距越大,下游主梁气动特性和绕流方式越接近于单幅主梁。公路主梁的流线性相比于铁路主梁更强,这种气动外形差异导致2种来流方向下非对称双幅主梁气动特性和绕流形式不同,间距在L/Br=0.2～2.0范围内,气动干扰对其影响规律也完全不同。如α=0°时,双主梁上表面始终为“单一钝体流态”;但α=180°时,双主梁上表面属于“剪切层附着流态”,间距不同,上游公路主梁尾流附着于下游铁路主...     

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.