基于GPS技术的大跨桥梁实时动态监测系统

大跨度桥梁,特别是主梁为钢结构的跨江大桥,其变形受台风、地震、车辆以及温度变化等因素的影响很大,对其进行实时动态的变形监测,能够获取桥梁在各种荷载作用下的变形数据,了解其工作状况,进一步掌握其变化规律。以江阴大桥结构健康监测系统中的GPS桥形在线监测系统为例,详细介绍了GPS监测系统的组成和数据分析,实践证明,该系统能够精确地记录大桥在车辆、风荷载以及温度变化情况下结构主梁和主塔的位移特征,从而为验证结构抗风、抗震设计和大桥的日常安全维护提供可靠依据。     

江阴长江公路大桥风场特性分析

结合江阴长江公路大桥结构健康监测系统升级改造项目,采用3向杨氏风速仪实时监测大桥桥址风场。依据实测数据进行大桥平均风特性(平均风速、风向和阵风系数)和脉动风特性(紊流强度和风谱)的统计分析。并结合GPS桥形监测系统,根据实测的CPS测点坐标数据和风速数据对风栽作用下的大桥变形特性进行分析,并对台风"麦莎"经过江阴大桥期间的风场特性以及与大桥跨中位置的横向位移的相关性进行了分析。     

苏通斜拉桥的静风响应及动力特性影响

首先建立了苏通斜拉桥的三维有限元模型.按照文献报道的静三风力系数,计算了大桥在风荷载下的静力变形.并分析了静力变形和内力对大桥动力特性的影响.结果表明大桥在设计风荷载作用下主梁位移处于线性状态,具有良好的静风稳定性.静风下的变形和内力对结构模态参数影响很小.     

深切峡谷桥址区高空风特性现场实测研究

架设在深切峡谷中的大跨度桥梁,由于桥址区地形地貌复杂,桥面离开谷底较高,桥址区的风特性一般无法通过抗风规范直接确定. 为确定深切峡谷桥址区高空的风特性,利用大桥施工过程中的猫道,在大桥跨中位置处布置了一套三维超声风速仪,对桥址区高空中的风特性进行了现场实测,获得了7 899条有效的脉动风速时程,以此为基础对桥址区高空的风特性（平均风速、风向、风攻角、紊流度、紊流积分尺度、功率谱）进行了分析. 研究结果表明:深切峡谷桥址区高空风特性受地形的影响已经明显减弱,其风攻角均值趋于0,同时高空的紊流积分尺度更加接近平原地区,紊流积分尺度均值比规范推荐值要大.      

彭溪河特大斜拉桥风致颤振分析

针对风荷载对斜拉桥作用敏感的特点,结合振动型态特性,探讨了风致颤振机理及分析方法.在此基础上,以彭溪河特大斜拉桥为例,考虑结构几何非线性影响,使用大型桥梁专业软件M IDAS,建立了符合动力特点的空间模型,对成桥、施工危险状态进行了动力特性分析,据此评估了该桥的抗风性能,为大跨斜拉桥抗风设计及动力稳定分析提供参考依据。     

彭溪河特大斜拉桥风致颤振分析

针对风荷载对斜拉桥作用敏感的特点,结合振动型态特性,探讨了风致颤振机理及分析方法.在此基础上,以彭溪河特大斜拉桥为例,考虑结构几何非线性影响,使用大型桥梁专业软件M IDAS,建立了符合动力特点的空间模型,对成桥、施工危险状态进行了动力特性分析,据此评估了该桥的抗风性能,为大跨斜拉桥抗风设计及动力稳定分析提供参考依据。     

山区风作用下大跨悬索桥响应分析

为了研究山区非平稳强风下大跨悬索桥静风及抖振响应,以云南普立大桥为工程背景,基于该桥址处实测风速样本,对大跨桥梁展开风致响应分析.首先,根据实测风速样本确定了时变平均风并且估计了脉动风谱.然后,在考虑了恒载结构初始内力状态下进行了非线性静风响应分析.最后,采用虚拟激励法分别针对实测风谱与规范风谱对该桥进行了抖振响应研究.计算结果表明,该大桥的抖振以竖向振动为主,并且其位移响应比静风突出; 10 min常值平均风会低估该桥的静风响应;由规范风谱得到的主梁抖振响应偏于不安全.研究结论可为同类山区大跨桥梁风致静力及抖振响应研究提供参考.      

基于流固耦合的隧道遮光棚力学行为研究

结合具体工程,对敞开式拱形遮光棚进行了基于流固耦合的三维数值模拟,得出了遮光棚在风荷载作用下的力学行为,研究结果可为遮光棚结构抗风设计提供依据。     

大跨径钢桁梁悬索桥静力分析与荷载试验研究

张花高速公路澧水特大桥为单跨858 m钢桁梁悬索桥,为检验大桥成桥状态的受力特性、施工质量和安全性能,采用了有限元理论分析与现场荷载试验两个方法对大桥的合理状态进行了验证,并通过将现场实测值与理论分析结果进行了对比分析。研究结果显示:实测变形与理论变形在数值十分接近,且结构整体变形规律一致,说明结构数值模型准确模拟了大桥成桥后的受力状态,对评估其受力性能具有较高的可靠性;此外,静力试验加载效率系数介于0.95~0.97之间,设计的试验荷载能够等代汽车荷载,各测点实测变形值均小于理论计算值;变形校验系数介于0.82~1.00之间,且相对残余变形值较小,表明汽车荷载作用下桥梁处于弹性状态,结论对同类型桥梁的设计和施工具有指导意义。     

大跨屋盖结构抗风类型划分方法及应用

根据风振响应中平均响应、背景响应和共振响应之间的关系,初步提出划分结构抗风类型的思想,将大跨屋盖结构分为4类抗风类型,并给出具体的划分方案,以简化风振响应和等效静风荷载的分析过程．在此基础上,以拱作为研究对象,在工程常用的参数范围内,通过风洞试验,确定屋面风荷栽,对矢跨比分别为1／8和1／4的大跨拱结构的抗风类型进行系统的参数分析,研究风荷载基本参数和结构参数（矢跨比、跨度、结构截面刚度和屋面质量）对拱结构抗风类型的影响．分析结果表明：基频小于4Hz的绝大多数拱结构,脉动风响应明显大于平均风响应,脉动风响应不可忽略,属于背景响应可以忽略、共振响应占主导地位的结构抗风类型．     

斜拉桥在考虑风效应时的车-桥耦合振动

以芜湖长江大桥为算例,考虑风荷载作用于列车和桥梁上,对ICE高速列车以200km/h的速度通过桥梁时,计算了与列车运行安全性及旅客乘座舒适度相关的指标.风荷载考虑为脉动的,按Simiu谱用MonteCarlo法模拟脉动风速,结合由风洞试验测定的空气动力参数,计算了作用于列车和桥梁上的自然风荷载.根据结构动力学理论,建立了机车(车辆)的动力学方程;建立了桥梁的有限元振动方程;桥上轨道不平顺按6级线路(最好的线路)模拟.计算结果表明,对芜湖长江大桥,桥上允许行车的桥面处横桥向最大风速应小于30m/s.     

漏斗型峡谷桥址区平均风特性的数值模拟

结合某大跨悬索桥所在山区地形,研究了漏斗型峡谷这一特殊构造地形的桥址区平均风特性,为大跨度桥梁在漏斗型峡谷地区的抗风设计提供依据.首先,建立实际地形的数值模型,并利用Fluent软件对24个不同来流工况进行比较分析;然后,将整体模拟结果与实测结果进行对比,验证数值模拟的合理性;最后,通过模拟结果的对比分析,探讨漏斗型峡谷桥位对风速大小、风攻角、风向角在不同来流方向的影响规律,分析平均风速随攻角分布的特点以及不同位置处的竖向风剖面特性.研究结果表明：漏斗型峡谷桥址区存在明显峡谷风加速效应;漏斗型地形对桥址区来流的攻角和风向分别表现为弱扰乱性和高导向性,来流攻角和风向分别稳定集中在-5°～0°和25°～30°;峡谷中风速对攻角变化的敏感性更高.     

山区峡谷桥梁设计基准风速的确定方法

为向山区桥梁设计提供重要参数,以某大跨度悬索桥为工程背景,在缺少桥址风速数据的情况下,利用桥位附近气象站资料,用气象学分析法计算出桥位处逐年最大风速;分别用极值Ⅰ型法和虚拟气象站法计算出桥位100年一遇最大风速;比较2种方法的计算结果,并偏安全地取较大值作为桥址基本风速;最后,通过地形修正,以得出桥梁设计基准风速.结果表明:气象学分析法比虚拟气象站法计算的桥梁设计基准风速小;在缺少桥位风速的情况下,宜采用虚拟气象站法计算出的桥梁设计基准风速.      

水库蓄水对山区桥址风特性的影响

为研究山区水电大坝蓄水后对库区桥位风场特性的影响,以某复杂深切峡谷大跨度悬索桥为工程背景,通过Gambit和ICEM分别构建了原始地形以及大坝蓄水后的地形数值模型,并应用软件FLUENT对两个模型进行了数值模拟,多工况对比分析了大坝蓄水对桥址区风速沿竖向和主梁跨向分布以及对主梁平均风速、风攻角和风向角的影响.研究结果表明:无蓄水时该桥址区风速有较明显的加速效应,风速放大系数高达1.14,但蓄水后明显降低;大坝蓄水后,大多数工况下主梁平均风速均有不同程度的降低,主梁的正攻角效应明显减弱,主梁平均风向角整体变化规律一致,风剖面形状在低海拔范围内有较大变化,而随着海拔增加二者逐渐趋于相同.      

坝陵河大桥桥位风速观测及设计基准风速的计算

架设在峡谷上的大跨度桥梁,由于桥位处地形复杂,离谷底较高,设计基准风速一般无法通过抗风规范查得,需要进行专门的分析或测试。针对坝陵河大桥的设计基准风速问题,分别通过附近气象台站的数据和专门架设的观测塔的观测数据,通过分析得到了桥位处的设计基准风速。对类似地貌大桥建设设计基准风速的取得具有一定的参考意义。     

侧向风作用下车-桥系统的气动特性——移动车辆模型风洞试验系统

为考虑侧向风作用下车辆运动对车-桥系统气动特性的影响,针对车-桥系统气动绕流的特点,研制了一套移动车辆模型风洞试验系统,在风洞中实现了侧向风作用下车辆运动过程中桥梁和车辆各自气动力的同步测试.该系统可以较方便地改变来流风速、车辆运动速度、测试对象以及车辆与桥梁的相对位置等.根据测试信号时程的特点,提出了相应的数据处理方法,分析了车辆运动过程中桥梁和车辆动态气动力的变化特征.试验结果表明,桥梁和车辆的气动力信号较稳定,试验结果比较可靠.     

荆岳长江大桥附近大风特征及设计风速推算研究

利用岳阳气象站1952~2000年逐年10 min平均最大风速资料序列,对大风特征进行了分析.利用极值Ⅰ型分布曲线,推算出气象站处基本风速,结合沿江观测对比记录,通过比值法把基本风速推算到设计风速.结果表明:(1)桥位附近10 min平均年最大风速极值24.7 m/s,主导风为东北风;(2)不同重现期(100,50,30,10 a)10 m高处10 min平均年最大风速(基本风速)分别为27.6,25.4,23.8,20.2 m/s;(3)考虑5%的计算误差,桥位区不同重现期(100,50,30,10 a)10 m高处10 min平均年最大风速(设计风速)分别为29.0,26.7,25.0,21.2 m/s;(4)利用近地层风速随高度的指数变化推算出300 m以下每10 m高度层的设计基准风速.     

高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风成因

为探讨高海拔高温差深切峡谷桥址区日常大风的成因,采用CAW600-RT型四要素自动气象站、手持风速仪及便携式温度计,对大渡河大桥桥址区风特性进行实测,分析了桥位处平均风速与温度、日照及地形地貌等的相关性.结果表明:大渡河大桥位于高海拔高温差深切峡谷内,桥址区几乎每天下午起风,平均风速常达10 m/s以上;根据成因,桥位处的大风可分为2类,一类受大尺度大气环流影响,另一类受小尺度范围内热力驱动而产生日常大风,并受局部地形及随时间变化的日照的影响;桥位处日常大风出现的频率较高,虽不控制桥梁的设计基准风速,但影响桥梁的耐久性和行车舒适性.      

某城市中心开敞式膜结构屋盖的风荷载试验研究

以郑州大上海步行街中心广场膜结构屋盖为工程背景,进行了刚性模型的同步测压试验。详细研究了该屋盖的平均风荷载和脉动风荷载的分布特征、上下表面对应点风压的相关性、以及围护结构设计和承重结构设计的风荷载。结果表明:该屋盖表面的风压以负压为主,脉动成份很大;上下表面对应点风压的相关系数绝大部分为正值;采用规范方法的结果进行围护结构设计偏于不安全,应采用概率统计方法的结果。