分体式双箱梁涡振气动控制措施数值模拟

分体式钢箱梁可较大幅度提高颤振临界风速,但较容易引起桥梁涡振,以国内某大跨悬索桥涡激共振为背景,对分体式双箱梁分别增设风障、导流板和纵向格栅后的涡振响应进行纯数值模拟,对比分析了导流板和纵向格栅在一阶正对称竖弯、一阶反对称扭转和七阶竖弯模态,风攻角范围为+3°～-3°情况下的涡振控制效果,基于上述气动措施的流场特性,对其涡振减振机理进行了研究。研究结果表明,风障可以有效降低竖弯涡振振幅,但对扭转涡振振幅具有放大作用;导流板的涡振控制效果与风攻角和风速有关;纵向格栅对正、负风攻角下的竖弯和扭转涡振均有很好的控制效果。     

开口断面主梁斜拉桥的涡激共振控制试验研究

涡激共振是大跨度柔性桥梁在低风速下常见的一种气弹现象,其具有自激限幅性质,且对结构阻尼及气动外形的微小变化较敏感。以一座大跨度开口断面主梁的斜拉桥为工程背景,开展了3种风攻角下施工状态和成桥状态的节段模型涡激共振试验研究,并提出了包括风嘴、导流板、稳定板、扰流板及其组合等多种气动控制措施。结果表明:稳定板可显著减小竖向涡激共振位移,而扰流板可显著减小扭转位移;1.5m稳定板与0.9m扰流板的组合形式为最优控制措施;1.44m宽度的导流板为次优选择,45°风嘴也是有效的控制措施但效果稍差。     

大攻角来流作用下扁平钢箱梁涡振性能风洞试验优化研究

大攻角来流情况下,流线型箱梁的气动特性会发生显著变化,为研究大攻角来流作用下扁平钢箱梁涡激振动性能,以某流线型扁平钢箱梁断面为研究背景,基于1∶40节段模型风洞试验,研究了检修车轨道位置和检修车轨道导流板设置、桥面防撞护栏类型、人行道防撞护栏类型以及阻尼比和攻角等对加劲梁涡激振动性能的影响。研究结果表明,在大攻角来流作用下,改变人行道护栏类型对竖向和扭转涡激振动响应具有明显的影响;桥面防撞护栏对加劲梁涡振响应影响较小;背风侧检修车轨道是引起加劲梁涡激振动的主要影响因素;检修车轨道内侧导流板能够有效的抑制竖向涡振,外侧导流板能减小扭转涡振的风速区间。     

分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥节段模型风洞试验研究

针对某主跨为458m的分体式钝体双箱钢箱梁斜拉桥,通过缩尺比为1∶50的主梁节段模型风洞试验,研究桥梁的颤振和涡激共振性能。节段模型风洞试验结果表明,在0°和+3°两种风攻角下,该桥原始方案的颤振临界风速低于颤振检验风速,而且扭转涡激共振的振幅也超过了设计允许值。为了提高桥梁的颤振稳定性并抑制涡激共振,研究在分体式钝体双箱钢箱梁上游和下游两侧上方安装固定水平气动翼板的气动控制措施。气动翼板的宽度为0.043B(B:分体式钝体双箱钢箱梁的宽度),上游和下游两侧气动翼板质心之间的水平距离为1.02B,气动翼板质心至分体式钝体双箱钢箱梁顶面的竖向距离为0.45H(H:分体式钝体双箱钢箱梁的高度),两侧气动翼板单位长度的总质量为0.008meq(meq:单位长度分体式钝体双箱钢箱梁的等效质量)。节段模型风洞试验结果表明:安装固定水平气动翼板后,在0°和+3°两种风攻角下,该桥改进方案与原始方案相比颤振临界风速分别提高了24%和33%,均高于颤振检验风速,并且改进桥梁方案没有发生涡激共振现象。最后,通过分析不同风速下桥梁结构阻尼随风速的变化,结果发现:安装固定水平气动翼板后桥梁扭转运动的阻尼显著增加,从而提高了桥梁的颤振稳定性,同时有效抑制了桥梁的扭转涡激共振。     

单索面大跨悬索桥涡激振动风洞试验及其气动优化

本文以某单索面市政悬索桥为工程背景,利用风洞试验,研究了其涡激振动性能。试验表明,原始设计断面存在竖向和扭转涡激振动,均超出了规范的容许值。随后通过节段模型试验,对原有的方案进行优化,改进了桥梁断面的风嘴形式,在检修车处设置导流板,这些措施有效消除了该桥的涡激振动。本文的研究内容可以为类似桥梁的抗风设计提供参考。     

上海长江大桥车桥系统节段模型涡激共振试验研究

涡激共振通常都在低风速发生,且涡激共振对断面形式的微小变化很敏感,因此有必要研究车辆对车桥系统涡激共振性能的影响。以上海长江大桥为背景,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-1边界层风洞中进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态下的两种断面形式以及0°、 3°和-3°三种风攻角共6个试验工况节段模型涡激共振试验研究,并将模型试验结果经过振型修正换算到实桥。试验结果表明:桥面有车状态下的竖弯涡振和扭转涡振中分别伴有相同频率的扭转振动和竖弯振动;桥面有车状态的竖弯涡振和扭转涡振幅值明显比桥面无车状态大;桥面有车状态下的涡振锁定风速区间比桥面无车状态下提前。可见车辆明显改变了主梁的气动外形,且无论从振幅还是振动形态方面考虑,车辆对车桥系统的涡激共振影响是不可忽视的。     

基于人工神经网络的典型桥梁断面气动参数识别

基于同济大学风洞实验室既有大跨度桥梁试验数据成果,利用Access数据库软件和Java编程语言,集成了大跨度桥梁抗风性能的数据库系统。通过人工神经网络技术对人工神经元的训练和神经元间连接权值的调整,建立大跨度桥梁主梁气动参数（包括静力三分力系数和颤振导数）的智能化识别方法,主要针对扁平箱梁和倒梯形箱梁两种断面。气动参数的神经网络输出与期望输出间的误差符合预期要求,以期可作为桥梁结构初步设计阶段参考。     

大跨度桥梁结构地震反应分析的研究进展

简要叙述了大跨度桥梁结构地震反应分析研究中的多点激振效应、反应分析方法、土一结构的相互作用以及结构的非线性性能问题及发展动态,以期对大跨度桥梁进行正确的地震反应分析,从而提高其抗震能力.     

半封闭箱梁非线性涡激力倍频成分分析

以同步测振测力大比例涡振模型试验为基础,通过内置在箱梁内部的4个单分量天平,获得了作用在半封闭箱梁断面上的力和运动位移时程,通过差分得到了运动速度时程和加速度时程,进一步识别出精确的涡激力时程信号,并对涡激力时程信号进行频域上的分析,发现2次与3次倍频非线性成分明显。     

并行曲面钢箱梁静态干扰及气动优化措施研究

为研究并行双幅曲面钢箱梁斜拉桥的涡激共振特性,文章以某跨江斜拉桥为研究背景,设计节段模型并开展风洞试验,研究了并行双幅曲面钢箱梁斜拉桥的涡振形态及特性,详细分析了不同水平导流板、结构阻尼比等优化措施对其涡振性能的影响.结果表明:单幅和双幅曲面钢箱梁的涡振形态均以竖向涡振为主;双幅桥面之间存在的气动干扰效应不可忽视,使得...     

桥梁节段与实桥涡激共振幅值的换算关系

涡激共振是大跨桥梁最易出现的一种风振现象,其研究手段以节段模型风洞试验为主。节段模型涡振振幅与实桥涡振振幅如何转换,目前我国《公路桥梁抗风设计规范》缺少相关说明。本文首先介绍了桥梁涡激共振时三种涡振力理论模型的特点,包括线性模型、非线性模型以及修正的非线性模型。根据输入能量相等则振幅相等的原理推导了主梁等效质量与涡振振型函数的关系。在此基础上,提出了不同涡振力理论模型下节段模型涡振振幅与实桥最大涡振振幅的换算关系。研究表明,影响该换算关系的主要因素有两方面,一是主梁发生涡振时的振型,二是所采用的涡振力理论模型。采用日本规范值或有关文献根据线性模型所得的换算关系所计算的实桥最大振幅将明显大于基于非线性涡振力模型推算的实桥最大振幅。     

一维钝体竖向涡激振动拍振响应及涡激力识别

涡激振动是在低风速下很容易出现的一种风致振动现象,一维钝体涡激振动具有自激、自限特性。拍振则是涡激振动一种典型形式,为钝体固有频率和涡脱频率共同作用结果。拍振理论研究目前为止仍未有满意结果;主要通过数值计算方法和风洞试验进行研究,数值计算难度很大难以实现;风洞试验研究较直观,但不能解释其作用机制。基于Scanlan非线性模型,采用KBM法(渐近法)推导一维钝体竖向涡激振动拍振响应一次近似解,探讨通过拍振时程响应曲线识别气动参数、涡激力方法。最后,以一大跨度桥梁主梁节段模型风洞试验为例,识别气动参数及其非线性涡激力。     

钢桁梁斜拉桥抗风稳定性数值模拟分析

以金塘大桥为研究对象,基于弹簧悬挂系统,采用Starccm+软件为研究工具,利用微分方程的数值解法和动网格技术,研究不同风攻角下桥梁的颤振临界风速、涡振扭转和竖弯振幅。结果显示:风攻角为3°时颤振临界风速区间为81～83m/s,风攻角为0°时颤振临界风速区间为87～89m/s,风攻角为-3°时颤振临界风速区间为95～98m/s,而规范公式计算的弯扭耦合颤振临界风速为90.44m/s,均大于检验风速76.3m/s;金塘公铁两用大桥的竖向弯曲振动和扭转振动涡振的共振振幅分别为102mm和0.253 86°,均小于规范的容许值201.3mm和0.289 8°;主梁颤振及涡激振动性能满足要求。研究结果表明金塘公铁两用大桥设计抗风稳定性满足规范要求,研究方法对大跨度桥梁的抗风设计具有参考价值和实际意义。     

不同风嘴形式分体箱梁桥梁的静力风致稳定性能

作为大跨径以及超大跨径桥梁一种新兴的断面形式,分体箱梁可以改善空气动力性能和提高颤振临界风速,但是还需要保证其静力风致稳定性能, 研究了不同风嘴形式下分体箱梁的静力三分力系数和静力风致稳定性能随开槽率的演变规律。结果表明：两种风嘴形式分体箱梁的阻力系数随开槽率增加而 增大,采用断面实体宽度为无量纲化标准时断面升力系数绝对值会随开槽率的增加而增加,这与采用断面总宽为无量纲化标准时结果相反,升力矩系数绝对 值会随着开槽率的增加而减小,但这种规律性会受到风攻角的影响;风嘴对称性的变化仅改变断面阻力系数随开槽率的变化规律;两种计算模型下,对称风 嘴断面分体箱梁桥梁跨中的各向位移绝对值和静力风致失稳临界风速随开槽率的变化规律完全相反,而不对称风嘴断面的各向位移变化规律相似但也有区别 ;总体上对称风嘴断面的最低静力风致失稳临界风速要高于不对称风嘴断面;考虑结构刚度变化会使断面开槽后静力风致失稳临界风速随着开槽率的增加而 升高并超过不考虑刚度变化时的相应值,故对分体箱梁静力风致稳定性能分析时需要考虑开槽率不同带来的结构刚度变化。     

基于现场锤击试验的高铁简支箱梁振动传递特性研究

以高速铁路32m预应力混凝土简支箱梁为研究对象,基于现场锤击试验,探讨了铁路混凝土简支箱梁振动传递特性。采用有限元法建立了轨道-桥梁 垂向耦合系统模型,计算了轨道板、底座板和桥梁顶板在1～1000Hz之间的垂向速度导纳,与试验结果进行了对比,验证了模型的可靠性。利用有限元模型 研究了箱梁振动传递特性,讨论了箱梁顶板厚度、增设中腹板和扣件系统刚度、阻尼等参数对箱梁振动特性的影响,分析了行车激励下箱梁振动传递特性。 研究结果表明：在1/3倍频程中心频率20～200Hz之间,顶板速度导纳最大,翼板次之,腹板和底板的速度导纳相对较小;顶板振动在距激励点L/8（L为桥梁 跨度）范围内的衰减较快,在距离激励点L/8以外的衰减缓慢;增大箱梁顶板厚度、增加箱梁中腹板以及增大扣件阻尼等措施能在一定程度上减小桥梁的振 动和噪声;在轮轨力激励下,箱梁各板件均在中心频率40～80Hz之间振动速度较大,由此可导致该频率范围内的结构噪声较大。     

卡门涡街作用对钢管避雷针机械强度的影响

通过两起架构钢管避雷针的断裂跌落事故提出了目前避雷针设计时忽略的一个因素,这个因素就是流体对避雷针作用的卡门涡街现象。接着介绍了卡门涡街的概念和卡门涡街作用形成涡激共振的条件,并通过一个故障避雷针进行涡激共振疲劳寿命计算,最后对750 kV和330 kV钢管架构避雷针的一阶共振临界风速和二阶共振临界风速进行了估算,并且,给出了避免发生涡激产生的改进措施:通过对避雷针气动控制措施的改善来避免涡激共振的产生。     

钢管贝雷梁柱式支架法整体现浇箱梁施工技术

城市立交桥预应力现浇箱梁采用“钢管贝雷梁支架法”施工,适用于场地条件复杂的大跨度桥梁施工和大纵坡、小曲线半径桥梁的线性控制,支架结构传力明确,支架的强度、刚度及稳定性控制好,可节约支架成本和施工工期,确保桥梁成型后的结构性能和外观清水效果。     

基于风洞试验及大涡模拟的宽体扁平箱梁涡振特性研究与优化

基于1∶60节段模型风洞试验,研究了桥面附属构件对宽高比为12的宽体扁平箱梁涡激振动性能的影响。研究发现,成桥态主梁在正攻角(+5°,+3°)下发生了显著的竖弯和扭转涡振,而提高人行护栏透风率或内移检修车轨道均可同时降低两种涡振的振幅,且提高人行护栏透风率还可缩短两种涡振的风速锁定区范围。采用三维大涡模拟(3D LES)进行了施工态和成桥态的静态绕流计算,发现不合理附属构件将使箱梁上下表面均形成大范围流动分离,在迎风侧人行护栏、两道检修车轨道三处分离点产生的漩涡各自以不同频率向尾流脱落,从而诱发较强的涡振响应。     

梁桥在特种车辆荷载下结构安全评估

以某跨度184.9m的预应力混凝土分体箱梁桥为研究背景,在特种车辆荷载的作用下主要对现有桥梁结构安全性进行评估分析。结合工程实践,采用有限元软件Midas/civil 2018,分析了特种车辆荷载通行时,对桥梁承载力的影响。选择桥梁结构中主要的力学参数:正截面承载力、斜截面承载力、变形和应力进行了系列验算。研究结果表明,控制性截面的各种承载力可以满足特种车辆荷载通行要求,变形和应力符合要求。     

桥梁钢结构箱梁自浮航运施工技术

文章针对大跨度桥梁常采用钢结构箱梁的现状，以实际工程为例介绍了钢结构箱梁的自浮运输技术。自浮运输是利用箱梁自身的浮力，采用水运的方式，将箱梁的加工制作、运输及就位安装集为一体，较好地解决了钢箱梁桥梁施工中的运输难题。