双幅典型断面静力系数气动干扰试验研究

建立了双幅桥面静力系数气动干扰的定量分析方法,定义干扰因子为双幅桥面的静力系数与单幅桥面的静力系数之比。基于测压风洞试验,针对3种典型断面(矩形断面、Π形断面和流线形断面),对双幅桥面桥梁静力系数气动干扰进行了研究。研究结果表明:静力系数气动干扰主要表现为遮挡作用,下游断面的阻力系数均值小于单幅断面结果。与流线形断面相比,钝体断面(矩形断面和Π形断面)的遮挡作用更明显。     

双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型

与常见的单幅桥面桥梁相比,双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型更为严格,必须同时保证上下游两主梁断面都具有良好的气动性能。以某在建的双幅桥面桥梁为背景,通过一系列节段模型风洞试验,从主梁断面基本形状和检修车轨道的位置及高度两个方面进行了主梁断面的气动方案比选,对双幅桥面桥梁主梁断面的气动选型进行了初步研究。     

串列双幅典型断面三分力系数气动干扰效应

采用风洞试验与数值模拟相结合的方法对串列双幅典型断面（矩形断面、Π型断面及流线型断面）三分力系数和斯脱罗哈数的气动干扰效应进行了研究。首先针对宽高比为5的单幅矩形断面分别进行了三分力系数的数值模拟和风洞试验测试,数值模拟结果与风洞试验结果吻合良好;然后对串列双幅典型断面不同间距比D/B（D为双幅断面之间净间距,B为单幅断面宽度）对应的三分力系数及斯脱罗哈数进行了数值模拟。研究显示：上游断面阻力系数与单幅断面比较接近,下游断面阻力系数则随间距比D/B的增加而增加;上游断面升力系数、升力矩系数脉动根方差气动干扰因子明显小于下游断面升力系数脉动根方差气动干扰因子,两者均随间距比D/B先增加后减小。     

串列双幅断面颤振稳定性气动干扰试验研究

针对大跨双幅桥面桥梁气动干扰效应问题,采用风洞试验方法,在均匀流场、零度风攻角条件下研究了不同间距比时串列双幅典型断面(矩形断面、Π型断面及流线型断面)的颤振稳定性气动干扰效应。研究表明:串列双幅典型断面发生颤振失稳时,下游断面先失稳,上游断面后失稳;串列双幅钝体断面(矩形断面、Π型断面),当间距比D/B为0.2,0.5(D为串列双幅断面净间距,B为单幅断面宽度)时,串列双幅钝体断面颤振临界风速低于单幅钝体断面颤振临界风速;当D/B为1,2,4,6时,串列双幅钝体断面颤振临界风速高于单幅钝体断面颤振临界风速;串列双幅流线型断面颤振临界风速随间距比D/B增加而增加,在试验间距比范围内(D/B的值为0.3,0.6,1,2,4,5)均小于单幅流线型断面颤振临界风速,气动干扰效应降低了双幅流线型断面颤振临界风速。     

气动干扰对平行双幅断面气动导纳影响研究

针对平行双幅桥梁存在的气动干扰现象,采用节段模型测力风洞方法研究气动干扰效应对双幅断面气动导纳影响。结果表明,由于气动干扰作用,双幅断面气动导纳与单幅断面气动导纳存在一定差别,尤其阻力气动导纳;相同外形断面产生的气动干扰效应相似,不同外形断面产生的气动干扰效应不同;由于下游断面对上游断面气动干扰影响较弱,不同间距引起的气动干扰对上游断面气动导纳影响无明显规律;随间距的增大气动干扰对下游断面气动导纳影响逐渐减弱,间距足够大时,此影响可忽略不计。     

既有桥梁对邻近新建桥梁三分力系数的气动干扰效应

以某一主跨310m的独塔斜拉桥扩建工程为背景,通过节段模型测力风洞试验研究既有桥梁对其邻近新建桥梁三分力系数的气动干扰效应,引入气动干扰因子研究新建桥梁三分力系数受邻近既有桥梁影响的规律,并利用CFD手段从流场的角度定性的解释了产生干扰现象的机理。研究结果表明:既有桥梁对新建桥梁在施工和成桥运营阶段的三分力系数可能会产生十分显著的影响,并且新建桥梁三分力系数气动干扰因子随风攻角的改变在成桥和施工阶段呈现相似的规律性变化;阻力系数气动干扰因子随着风攻角绝对值的增大而增大;升力系数气动干扰因子随风攻角的增加呈递减的变化趋势,升力矩系数气动干扰因子随风攻角的变化规律较不明显。     

平行双幅桥梁的颤振控制试验研究

当平行双幅桥的两个主梁距离较近时,双幅桥面之间的气动干扰效应对颤振性能具有不利的影响。为提高平行双幅桥的颤振稳定性,基于一座平行双幅Π型断面斜拉桥,开展了间距比(D/B)、风嘴角度和竖向稳定板以及水平分离板等多种气动措施下节段模型风洞试验,分析了这些工况下的颤振临界风速和颤振导数的变化规律。结果表明,气动干扰效应对于双幅桥的颤振稳定性都具有不利的影响,其中该效应对上风侧桥的影响小于下风侧桥,对闭口截面的影响要小于开口截面,随着间距比的增大而逐步减小;此外,65°风嘴时的颤振稳定性最好,上中央和下四分点的竖向稳定板均可减小气动干扰效应,而水平分离板反之。     

桥面横向连接对双幅桥梁抗风性能的影响

以泉州海湾桥两种结构形式双幅桥面主梁方案为背景,通过数值计算研究了两种双幅桥面结构的结构动力特性;通过风洞试验研究了桥梁颤振稳定性和涡激共振性能。研究结果表明,是否存在桥面横向连接对双幅桥的结构固有动力特性影响较大,无横向连接双幅桥面较有横向连接双幅桥面的模态特征更复杂,其竖弯和扭转基频均会出现双幅桥面同向运动和反向运动两种模态;在气流作用下,无横向连接双幅桥面和有横向连接双幅桥面的主梁运动形式不同,两种结构形式双幅桥面的颤振稳定性能和涡激共振性能存在显著差异,双幅有横向连接主梁的气动稳定性优于双幅无横向连接主梁,但前者的涡激共振性能要差于后者。     

均匀风场中串列双矩形断面气动力干扰的数值研究

数值研究了均匀风场中串列双矩形断面气动力的相互干扰,讨论了这种干扰与断面间距的关系.结果表明:上游断面的阻力系数均值对干扰效应不敏感;与单矩形断面相比,下游断面的阻力系数均值降低很多;上下游两断面的阻力系数和升力系数的根方差值与断面的间距有密切的关系.     

气动干扰对串列双幅类流线形断面颤振的影响

针对串列双幅类流线形断面,在均匀流场中进行了一系列的颤振稳定性风洞试验,并将试验结果与单幅类流线形断面的试验结果进行了对比。研究结果显示：气动干扰降低了双幅类流线形断面的颤振临界风速,间距越小,降低幅度越大;气动干扰增大了双幅类流线形断面的颤振频率,间距越小,增大幅度越大;与单幅类流线形断面相比,气动干扰使双幅类流线形断面的软颤振特性更明显。     

六线双层铁路钢桁桥车桥系统气动特性风洞试验研究

为研究多线双层铁路桥梁车辆与桥梁的气动特性,利用三分力分离装置-交叉滑槽系统,对某六线双层大跨铁路斜拉桥进行节段模型风洞试验。测试了不同车桥组合下车辆与桥梁各自的气动力,研究了单列车的位置、双车同层交会、双车上下层共存时车辆和桥梁气动特性的相互影响,并讨论了风攻角对上层车辆气动力的影响。试验结果表明,当车辆位于桥梁断面不同位置时,车辆气动力差异较大;由于上层桥面宽度较大,气流经过桥梁断面前缘分离后,再附着于较靠后的背风侧车辆,导致背风侧车辆的阻力系数更大;双层车辆共存时,当两者同处于迎风侧,气动力有明显的相互影响;风攻角对背风侧车辆的气动力影响显著。     

某大跨度公铁两用桁架斜拉桥车桥系统三分力系数风洞试验研究

为研究复杂交通状态下车桥系统的气动特性,对某大跨度公铁两用桁架斜拉桥进行了节段模型风洞试验。测试了不同风攻角下单列车、两列车、三列车通过时车桥系统的三分力。研究了线路位置、桥塔、公路车流、双车及三车交会对车辆和桁梁三分力系数的影响。结果表明:当单列车从迎风侧线路向背风侧线路移动时,车辆和桁梁的阻力系数逐渐减小,但车辆的升力系数及桁梁的力矩系数在背风侧轨道达到最大;当列车通过桥塔,受遮挡车辆的平均表面风压会显著减小,当其位于迎风侧轨道时影响最明显,但在靠近桥塔边缘处的表面风压波动较为剧烈;双车交会时,车辆的阻力和升力系数随交会间距的增大而增大;三车交会时,位于迎风侧列车后方的车辆阻力和升力系数显著下降,中间车的升力系数最小且阻力系数为负数;随着桥上列车数量的增加,桁梁的阻力和升力系数逐渐增大,而力矩系数基本保持不变。     

既有桥梁对相邻车-桥系统气动力的影响分析

为了研究既有桥梁对相邻车-桥系统气动力的影响,通过节段模型风洞试验,测试了考虑、不考虑既有桥梁干扰工况下相邻车-桥系统的气动力系数,数值模拟了作用在车-桥系统上的抖振力时程,并计算了抖振力极值。结果表明:既有桥梁对相邻车-桥系统气动力的影响显著,导致部分工况下列车、桥梁的气动力显著增大,结构设计中应充分考虑邻近桥梁的气动影响;车-桥系统中列车的气动力受既有桥梁的影响更大;受既有桥梁影响,不同工况下,列车横向力系数最大增幅、减幅分别为39.3%和-143.1%,列车升力系数最大增幅、减幅分别为52%和-68.2%;不同工况下桥梁阻力系数均减小,且最大减幅为-22.4%;迎风侧列车抖振横向力、抖振升力幅值均显著增大,背风侧列车抖振力幅值变化相对较小;桥梁抖振力阻力幅值减小,抖振升力和抖振升力矩幅值略有增大;列车抖振横向力、抖振升力的极值增幅分别为35%和67%;桥梁抖振阻力的极值减幅为-22.9%,抖振升力、抖振升力矩的极值增幅分别为48.5%和37.5%。     

风障对桥塔附近桥面汽车气动力特性的影响

强横风下大跨缆索承重桥梁的桥塔附近桥面风环境交替变化显著,极易导致汽车侧向失稳事故,针对途经桥塔附近桥面汽车气动力特性的研究对评价汽车侧向操纵稳定性尤为重要。该文进行了某分离钢箱梁斜拉桥独柱式桥塔附近桥面汽车模型测力风洞试验,获得了横风下汽车途经桥面不同位置时气动力特性的一般规律。设置风障前后桥塔附近桥面汽车气动力系数对比分析表明:风障可显著减小该类桥型塔区桥面汽车的侧力系数和横摆力矩系数,可减小大体量汽车的侧倾力矩系数和中、小体量汽车横摆力矩系数的变化幅值,风障对提高大风天途经桥塔附近桥面汽车的侧向稳定性作用明显。     

考虑桥面风场等效气动效应的行车安全性分析

侧风作用下桥上通行车辆容易遭受行车安全问题。通过节段模型风洞试验,测试了主梁行车道位置上方一定高度范围内风场分布特性。基于车辆气动力和力矩等效的方法,采用等效风速和比例系数来考虑桥面气动绕流对车辆气动力特性的影响。在风-汽车-桥耦合振动研究的基础上,采用无量纲的侧倾和侧滑安全因子评价车辆的行车安全性,分析了风速和车速对不同类型车辆行车安全性的影响。结果表明:车辆的行车安全性随着风速和车速的增大而逐渐降低;桥面风场等效气动效应会降低集装箱车和旅行巴士的行车安全性,集装箱车RSF和SSF最大相对误差分别高达28.0%和184.3%。     

有偏心桥梁断面气动导数识别的分段扩阶最小二乘迭代法

应用拉格朗日方程,建立了风洞中弹性悬挂的二自由度桥梁节段模型质心的竖向和扭转运动方程,所建立的数学模型考虑了无风时竖向阻尼力中心和弹性中心与质心的偏心。提出了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的分段扩阶最小二乘迭代算法(SEO-ILS法)。给出了无风时偏心节段模型物理参数及模态参数的识别方法,并用于无偏心平板模型和有偏心桥梁节段模型的气动导数识别。风洞试验表明,方法有效可行。     

表面损伤的斜拉索平均气动阻力特性的试验研究

斜拉索作为斜拉桥的重要受力构件,其风荷载设计在桥梁抗风设计中具有重要意义。斜拉索在生产、运输和安装过程中有可能受到损伤,针对不同程度表面损伤的斜拉索,利用风洞测力试验,研究了亚临界、临界和超临界雷诺数区域损伤程度对斜拉索气动阻力的影响,并得到了表面损伤斜拉索气动阻力的计算方法。结果表明:在一定的风向范围内,斜拉索表面损伤对其气动阻力影响显著,在亚临界区,表面损伤模型阻力系数大于光滑模型;进入临界区后,表面损伤模型的阻力系数则小于光滑模型;在超临界区,二者又比较接近。随着划痕的加深,临界区起始雷诺数提前,且在临界雷诺数区,随着雷诺数的增大,阻力系数减小。对不同损伤程度斜拉索的阻力系数进行拟合,得出相应的计算公式,以方便斜拉索气动阻力的估算。