扁平板式吊杆涡振性能及气动优化研究

为研究扁平板式吊杆风致涡激振动特性,采用CFD(Computational Fluid Dynamics)方法建立涡振数值模型,并验证该方法和模型的可靠性。以高宽比1∶6的吊杆为研究对象,分析不同风向下吊杆风致涡振随风速的变化规律,研究涡振过程中旋涡的脱落规律,并提出增设扰流板和竖向开槽2种气动优化措施。结果表明:吊杆长边迎风涡振振幅最大值为35.2 mm。气流在吊杆的上下侧出现明显的来流分离和旋涡脱落,并在吊杆后方产生巨大空腔。设置三角扰流板的吊杆后涡振锁定区间大幅减小,各风速下涡振振幅均大幅降低,最大涡振振幅减小89.5%。开槽后的吊杆断面在各风速下振幅接近0,吊杆开槽能够有效抑制涡振的发生。     

拱桥板式吊杆风致涡振特性及等效静力计算

基于计算流体力学方法,采用流体力学软件FLUENT,建立风致涡振数值模拟模型,并与风洞试验和数值模型进行对比,验证所建立的涡振数值模拟方法可靠性后,以高宽比1∶6的板式吊杆为背景,进行风向、风速、阻尼比和长细比等因素对板式吊杆风致涡振特性影响研究,并通过理论推导和加载试算,提出考虑涡振作用的吊杆等效静力计算式。结果表明:吊杆风致涡振表现为等幅单频运动,最大振幅时的涡振频率与吊杆的弯曲振动频率一致,短边和长边迎风时吊杆的Strouhal数约为0.11和0.12;当吊杆阻尼比减小时,最大涡振振幅明显增大,涡振锁定区间相应扩宽;随着长细比减小,发生涡振的风速会相应增大,但对吊杆涡振的最大振幅无显著影响;在吊杆频率和阻尼比相近时,长边迎风的涡振起振风速和涡振振幅均比短边迎风大。     

钢桁拱桥吊杆涡激振动仿真分析

对流体力学计算软件FLUENT6.3进行二次开发,建立二维平面模型,将Newmark方法的代码嵌入用户自定义函数UDF,运用FLUENT动网格技术对南京大胜关长江大桥吊杆进行涡激振动仿真计算,研究切角长方形、圆角长方形2种截面吊杆的气动力性能.分析表明:截面几何形状的微小变化会引起结构气动力性能发生很大变化;吊杆截面从长方形变到切角长方形再变到圆角长方形,吊杆的涡脱落规模逐渐减小,升力逐渐减小;随着阻尼比的增加,结构涡激振动的最大振幅及锁定风速区间均减少;切角长方形截面吊杆仿真计算结果与风洞试验结果吻合较好;圆角长方形截面吊杆最大振幅及锁定风速区间明显小于切角长方形截面吊杆.     

跨长江特大桥拉索涡激振动与风特性观测

为研究跨长江特大桥拉索风致振动的类别与风特性的关系,基于大桥健康检测系统和自开发的拉索振动监测系统,对荆岳长江大桥桥址风场特性进行监测,记录拉索振动数据并对拉索风致振动加速度与风场的相关性进行研究。研究结果表明:桥址平均风速的非平稳特性显著;随着风速增大湍流度逐渐减小。在低风速下,来流湍流强度较大,拉索振动随风速增大而增大;当风速增大时湍流强度逐渐减小,拉索振动加速度将减小;拉索振动可为平面内振动也可为平面外振动,为多模态风致涡激振动,且JB02号拉索在一定风速条件下面内振动与面外振动基本相同,当风速变化,可出现更高阶的振动。拉索面内涡激振动分段时程分析表明,拉索振动幅值增加,主导模态频率不改变,各模态振动幅值增加,但随风速的增大,拉索的涡激振动可在更高风速下被锁定,从而导致拉索发生更高阶的涡激振动。另外,湍流度小于40%时拉索振幅较大,湍流度增大拉索涡激振动加速度反而减小,且拉索的涡激振动只在特定的风向角下发生。     

门型桥塔驰振气动干扰效应数值模拟

针对大跨径悬索桥施工期门型变截面桥塔的驰振问题,提出一种有限元与计算流体动力学CFD相结合分析变截面高耸结构驰振的实用数值方法。以东海某大跨径悬索桥北桥塔为例,运用该方法,考虑塔柱间的气动干扰效应,进行门型桥塔施工期典型工况的驰振性能分析。结果表明:纵桥向门型桥塔整体和其单根塔柱的驰振力系数均大于0,不存在驰振失稳的可能性;在横桥向,由于门型桥塔受塔柱间气动干扰效应的影响,其驰振性能与不考虑气动干扰时的不同,且倒角截面对门型桥塔驰振性能不利;矩形截面和倒角截面前柱的驰振力系数均大于0,后柱的驰振力系数均存在小于0的情况,且后柱驰振力系数的绝对值大于门型桥塔整体的驰振力系数绝对值;在进行门型桥塔施工期驰振分析时,当无横梁时,要重点研究后柱横桥向的驰振性能。     

基于CFD的菱形截面门式桥塔驰振特性数值模拟

在施工阶段,斜拉桥门式桥塔由于缺少斜拉索的约束,自振频率较低,在风荷载的作用下可能发生驰振失稳。本文以一座大跨度斜拉桥的桥塔为例,采用计算流体力学方法对其驰振性能进行研究。首先,阐述了准定常理论中任意风向角下的驰振判据;随后,建立了计算模型并利用已有文献进行了验证;最后,根据计算模型对菱形截面门式桥塔3个典型截面的横桥向和顺桥向气动力特性进行了模拟,并计算了各单柱的驰振力系数。结果表明:在纵桥向风作用下,所有塔柱截面的驰振力系数均大于0,不存在驰振失稳的可能;在横桥向风作用下,大多数塔柱都存在驰振失稳的可能,在桥塔驰振分析时,需重点关注0°风向角附近桥塔横桥向的驰振性能。     

南京大胜关长江大桥钢吊杆两端连接涡振疲劳性能的仿真分析

建立了南京大胜关长江大桥主桥钢桁拱吊杆整体及两端连接节点局部的有限元模型,分别对H形和切角矩形两种截面吊杆在涡振作用下节点处构造细节的疲劳性能进行了仿真分析,研究了不同截面形式吊杆两端节点的疲劳性能。研究结果表明钢拱桥吊杆涡振时,其两端连接节点极易出现疲劳损伤甚至破坏,且一旦发生涡振,切角矩形截面吊杆端节点比H形截面吊杆端节点更易出现疲劳破坏。     

鳊鱼洲长江大桥矩形钢箱梁涡振性能及控制措施研究

鳊鱼洲长江大桥为铁路斜拉桥,其矩形钢箱梁主梁在常遇风速下会发生涡激振动.为了抑制其主梁涡激振动,通过一系列风洞试验,研究减小栏杆透风率、增设裙板、导流板及风嘴等气动措施对矩形钢箱梁主梁涡振性能的影响.试验结果表明:减小栏杆透风率、增设裙板、导流板不能有效提高矩形钢箱梁的涡振性能;三角形风嘴能够适当降低主梁的竖弯涡振,但对扭转涡振无明显作用.提出了一种带平台的三角形下行风嘴,可完全消除矩形钢箱梁的涡振现象,并通过1:25大尺度节段模型风洞试验验证了该措施的有效性.论文研究成果可为大跨度铁路斜拉桥钢箱梁的涡振制振设计提供参考.     

风攻角对分离双扁平箱梁涡振特性的影响

在均匀流场中进行了分离双扁平箱梁涡激振动节段模型风洞试验,研究了-5°~+5°间8个不同风攻角下分离双箱梁在D/B=0.1(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁的宽度)时的涡振特性,并将结果与单箱梁的结果进行了对比。结果显示:+5°风攻角下,上下游箱梁的涡激振动受到了抑制,表现为振幅的减小和风速锁定区间的缩短;随着风攻角的逐渐变小,这种抑制效应逐渐变弱,并转变为放大效应;+2°风攻角下,单箱梁未发生涡激振动现象,但上下游箱梁均发生了比较明显的涡激振动。     

高阶模态涡振锁定区间气动力展向相关性研究

由于涡激力沿展向并不完全相关,在均匀流条件下基于宽高比为5:1的矩形截面多点弹性支撑气弹模型,开展风洞试验,对气弹模型在高阶模态振动状态下以及静止状态下的涡激力展向相关性进行研究。研究结果表明:气弹模型的各竖弯模态均出现了频率相同的2个涡振区间,第1涡振区间的表观St数为0.22,第2涡振区间的表观St数为0.11;高阶模态振动状态下,不同模态的第1个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大值位于涡振幅值最大处,而第2个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大为位于涡振锁定区间的上升段而非涡振幅值的最大处,且与节段模型的升力变化规律相似;静止状态下气弹模型的升力展向相关性系数随着风速(雷诺数)的增加而表现出升高的趋势,且随展向间距增加而逐渐趋于0。     

带高防护结构的边箱叠合梁斜拉桥涡振性能及抑振措施研究

为研究跨铁路站场的带高防护结构边箱叠合梁斜拉桥的涡振性能及抑振措施,开展1:50节段模型涡激振动风洞试验研究。试验分析风攻角(+3°,0°和-3°)以及防护结构对主梁涡振性能的影响。在此基础上,综合测试水平稳定板、梁底稳定板、风嘴、改变防护结构透风率等气动措施对桥梁涡振性能的提升效果。试验结果表明:带高防护结构的边箱叠合梁涡振性能较差,3个风攻角工况均出现了大幅竖向涡激振动;防护结构以及断面本身较钝的外形造成了主梁的气动不稳定,考虑到其本身较明显的钝体效应,建议在断面两侧安装风嘴;采用风嘴+两道梁底稳定板的方式能显著提高主梁涡振性能;在安装风嘴的基础上,增大防护结构下部实心段的透风率能够较好的控制主梁涡激振动。     

悬索桥并列双吊索整体风振特性与气动阻尼研究

通过并列耦合双吊索节段模型的整体测振与测力风洞试验,研究不同间距下双吊索的整体振动行为与气动阻尼特性。引入驰振气动阻尼非线性项的动力方程模型,得到非线性振动的近似解析方法。基于弹性悬挂节段模型动力响应识别出驰振非线性气动参数,并与经典单自由度驰振理论结果进行对比分析。研究结果表明:并列耦合双吊索在一定工况下会发生剧烈的整体尾流致振现象,结构阻尼比对其起振风速影响明显;经典驰振理论求得的气动负阻尼绝对值要小于识别得到的气动负阻尼绝对值,横、顺风向两自由度耦合失稳较单自由度驰振更易发生。     

薄壁直线箱梁仿真分析的板段元方法

针对现有计算方法无法准确反应箱梁断面框架受力特征的缺陷,提出一种新的板段单元分析法。该方法基于Kirchhoff直线法假设,在已有箱梁腹板、翼板刚度方程基础上,准确考虑横隔板对结构整体受力的影响,相对粗略考虑横隔板自身的应力变化规律,提出新的横隔板元位移模式,从而建立完整的箱梁板元分析列式。算例分析表明:该方法可正确模拟箱梁纵向正应力受横隔板的影响规律,即较好地反映横隔板对箱梁翼、腹板的弹性支承效应;与通用有限元精细模型相比,在相同的计算精度要求下,板段元法所需的自由度少得多,极大地降低了仿真分析的计算量。板段元法适用于其他断面形状的箱梁结构或肋板式结构,也可用于斜交箱形直梁的分析,具有较好的适用性。     

大风区高速铁路接触网附加导线舞动机理及防护措施研究

针对高速铁路接触网附加导线舞动问题,进行附加导线在大风环境下舞动机理方面的分析,研究附加导线处尾流风场、功率谱随环境风速的变化规律,通过风场仿真计算及附加导线有限元分析,判定附加导线在风作用下的舞动为尾流驰振,并据此提出制振措施。     

轨道交通双箱单室箱型梁结构改进后减振降噪效果分析

针对轨道交通高架桥结构振动噪声问题,将有限元振动分析理论与声辐射分析边界元法相结合,分析双箱单室箱型梁低频噪声辐射特性。通过改变腹板与轨道的相对位置,对比分析双箱单室箱型梁结构改进后的减振降噪效应。计算结果表明:双箱单室箱型梁改变腹板与轨道相对位置后,底板和腹板减振效果明显;场点的峰值声压也出现不同程度的降低,说明将腹板置于轨下的改进措施对双箱单室箱型梁减振降噪是有效的。     

磁记忆技术在车轮辐板孔检测中的应用

介绍了磁记忆检测技术在铁道车辆承力部件上的应用;对铁道车辆车轮辐板孔进行了磁记忆检测后,用磁粉检测进行了复检。检测结果表明,磁记忆技术可以有效地发现表面裂纹等缺陷,并且能对铁道车辆车轮辐板孔产生破坏的可能性进行预测。     

倒梯形桁架桥断面气动参数研究

采用计算流体力学(CFD)和风洞试验相结合的方法,对某倒梯形桁架主梁断面二维等效模型和气动导纳函数进行研究。首先依据外轮廓和实面积比不变的原则,建立斜腹杆位置不同的二维模型,识别其静力三分力系数并与风洞试验结果对比,得到二维等效模型。随后基于二维SST k-ω湍流模型和2D LES模拟,对二维等效模型分别进行气动导纳数值识别,识别结果与风洞试验对比研究。结果表明:无论是基于RANS的SST湍流模型还是2D LES模拟,二维等效模型气动导纳识别结果均与Sears函数较为接近,而SST k-ω模型气动仿真结果与风洞试验吻合良好;采用文章所用模型简化和数值识别方法,可对桁梁的气动参数进行有效识别。     

铁路客运专线割翼箱梁预制施工技术

32m后张法双线整孔箱梁预制在铁路工程中，尤其是在客运专线施工中应用越来越多，这种箱梁结构新颖，施工工艺复杂，精度要求高，梁体自重大。在福厦铁路Ⅲ标段施工中，为解决箱梁过隧问题而开发出割翼箱梁（后浇部分翼缘板），介绍了割翼箱梁预制施工技术。     

电气化铁路接触网风致舞动研究现状与进展

为了应对电气化铁路接触网风致舞动灾害对我国铁路交通运输造成的不利影响,总结一系列国内外接触网舞动相关的文献。舞动现象内在原因复杂,当前舞动机理性研究中的邓哈托判定以及尼格尔判定都对实际情况作出较大简化,现有的舞动理论并不能准确的定量分析接触网舞动现象;通过研发防舞装置来抑制接触网舞动发生是一种可行的方法;有限元模拟分析可以为研究舞动开辟新的思路。最后对接触网舞动研究中的有待解决的问题进行归纳,并提出需进一步研究的内容和方法。     

接触网参数对接触网风致响应的影响及风洞试验验证

大风作用会使接触网发生更大更复杂的振动与风偏,为给大风区接触网的防风设计提供科学依据,采用有限元计算与风洞试验相结合的方法进行研究。利用ANSYS软件建立包括支撑结构和悬挂部分的有限元耦合模型;采用谐波合成法(WAWS)模拟针对接触网结构特点的脉动风场;通过计算不同接触网参数组合方案在风荷载下的风致响应位移,定量分析得出悬挂类型、张力组合、跨距对接触网风致响应的影响。接触网气动弹性风洞试验结果表明,接触网参数对风致响应的影响的研究结果正确。研究成果应用于兰新铁路第二双线大风区接触网系统方案设计和技术参数选择,并作为主要理论支撑之一,形成了首个国内外铁路电化行业的风区接触网装备技术条件。