斜拉索气动特性的雷诺数效应试验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应,在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验,得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明：表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现,平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近,而平均升力系数为0,临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小,对应地,平均升力系数从0增加到最大值又降低到0;对于脉动气动力系数,处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力,意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向;平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称-不对称-对称的变化过程,体现了层流分离-单侧湍流分离-双侧湍流分离的变化规律,是平均升力系数变化趋势的定性响应,而斜拉索背压处平均基压系数绝对值的变化趋势与平均阻力系数一致。     

随机车载激励的斜拉索非线性振动响应极值预测

为了预测随机车辆荷载作用下斜拉索非线性振动的响应极值,采用蒙特卡罗随机抽样法生成随机车流荷载,求解随机车流荷载在斜拉索梁端和塔端产生的位移;将索端车致位移作为斜拉索的外部激励输入,采用龙格-库塔数值方法求解斜拉索的非线性空间耦合振动响应;基于经典Rice公式极值预测理论,提出随机车载激励的斜拉索非线性振动响应极值预测方法。实际工程的应用结果表明：车辆荷载为斜拉索的梁端提供了较大的竖向和纵向位移激励,为塔端提供了较大的纵向位移激励,其对拉索的轴向和面内振动响应影响较大,对拉索的面外振动响应影响较小;斜拉索的车致振动响应极值随着车流密度和重现期的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致振动响应界限跨阈次数的拟合效果很好,提出的斜拉索非线性振动响应极值预测方法有效可靠且在工程实践中应用方便。     

竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥极限承载能力与失效模式分析

提出采用塑性极限分析法研究竖向荷载作用下大跨飘浮体系斜拉桥的极限承载力和失效模式。基于塑性极限分析的相关假定并结合基本机构证明了该方法应用于斜拉桥失效分析的可行性,结合飘浮体系单塔斜拉桥推导了极限承载力计算公式并分析对应的失效模式,通过优化方法-内点法获得斜拉桥塑性极限荷载及其对应失效模式,并与OpenSEES有限元分析结果进行了对比分析。结果表明:竖向荷载作用下,主梁在拉索屈服强度较小时为整体性破坏,反之则为局部性破坏;相比拉索而言,主梁屈服强度对斜拉桥破坏的影响则正相反;拉索锈蚀在降低斜拉桥极限载荷系数的同时也改变其倒塌失效模式;相比于有限元法,塑性极限分析法简便且易操作,可用于研究竖向荷载作用下飘浮体系斜拉桥的极限承载能力与失效模式,且能够快速有效评估结构参数变化对其失效行为的影响。     

一种惯质黏滞阻尼器的性能及其对拉索减振效果的试验研究

该研究制作了一台利用齿轮、齿条、惯质元件和黏滞阻尼元件组合的拉索阻尼器样机,并开展了详细的拉索减振试验研究。建立了考虑拉索垂度、内阻尼特性、阻尼器齿轮惯质、转动轴惯质与轴承的阻尼特性等因素影响的拉索-阻尼器振动体系,并利用改进的Galerkin方法进行数值分析。详细讨论了该新型阻尼器的自身性能参数、耗能性能及其针对拉索的减振性能。试验结果与数值计算对比分析表明：惯质黏滞阻尼器具有明显的负刚度,由此产生的位移放大效应对拉索减振效果有显著的正面影响。改进的Galerkin方法能够用于惯质黏滞阻尼器-拉索减振系统的分析中,且该算法不依赖于计算初值的选择;数据计算结果与试验结果吻合较好,验证了该研究计算方法的准确性;该惯质黏滞阻尼器对拉索振动具有良好的减振效果。     

亮化灯具对既有斜拉索风致振动影响的试验研究

为了装点城市夜景,对既有大跨度斜拉桥进行光彩亮化改造已成为一种趋势,但是安装照明灯具将显著改变斜拉索的气动形状,影响结构气动稳定性。为保证结构的安全及耐久性,通过风洞试验研究了安装灯具后斜拉索的抗风性能,评价亮化灯具对既有斜拉索产生的影响。以三种不同管径斜拉索为研究对象,制作了几何缩尺比为1∶1的节段模型,开展了测力和测振的风洞试验。研究结果表明:灯具的存在将显著改变斜拉索的气动外形,提高其背风侧漩涡脱落的频率,使斜拉索在更低的来流风速下就具备发生涡激共振的可能性。此外,灯具对斜拉索风雨激振的影响较为有限,对斜拉索干索驰振有一定的抑制作用。     

超长斜拉索风阻系数及风雨激振的试验研究

结合主跨为1088m的世界最大跨度斜拉桥苏通大桥,对拉索的抗风问题进行了系统的研究。通过横桥向、顺桥向拉索风阻系数的风洞测量试验,得到了光索、螺旋线及压痕凹坑3种表面情况拉索的风阻系数;并模拟人工降雨,在风洞中重现了拉索的风雨激振现象,研究了风速、降雨量、拉索表面情况以及机械阻尼对风雨激振的影响。结果表明,拉索的阻力系数与表面情况、倾角、Re数密切相关,螺旋线、压痕凹坑及机械阻尼均可有效抑制拉索风雨激振现象。本文的试验方法及结果为超长斜拉索抗风研究提供了有益的参考。     

湖州南太湖CBD主地标塔楼结构设计北大核心CSCD

湖州南太湖CBD主地标塔楼为高度318m的高度超限项目,采用钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒-伸臂桁架-环带桁架结构体系。项目外形为曲面形体,底部分叉类似人字形结构,结构外框采用小角度斜柱拟合建筑形体,两塔楼底部由连接桁架相连。介绍了针对人字形结构特点的基础设计策略,以及结构的刚重比、剪重比、层间位移角、框架承担剪力比例等整体指标情况;比较了单塔模型与连体模型结构的自振周期和分塔水平位移,分析了表现出分塔动力特性的首阶振型,结果表明当上部连体结构约束住分塔的变形时,按立面开洞判定的单塔计算模型能够准确反映出人字形结构的整体特性;此外,还介绍了连接体、伸臂桁架、环带桁架、底部通高柱及顶部28m×31m拉索幕墙自平衡钢外框的分析与设计。     

破损安全桥梁拉索及其系统研究

桥梁拉索破断的统计寿命为3~16年,在桥梁的服役期内,拉索将多次拆换或破断。囿于问题的随机背景,拉索的寿命预测,是一个非确定性的统计量,拉索破断的年月并不确知,因此,拉索骤断没有杜绝。基于破损安全理论,研究桥梁拉索及其系统,冀在实现:拉索骤断,桥梁不致受损或垮塌,随断随换,勿需预测。     

OVM250钢绞线拉索在世界第一高桥梁上的应用研究

结合北盘江大桥的实际情况,从拉索特点、拉索结构、锚固单元有限元分析等方面介绍OVM250钢绞线拉索体系在世界第一高桥—北盘江大桥上的成功应用。验证了OVM250钢绞线斜拉索"化整为零"的现场制索方式,能够解决交通不便、恶劣环境对拉索施工造成的局限性难题,具有无需大型制索、运输、吊装和张拉牵引设备及整体防护性能优越等优势。     

基于电磁感应特性的钢绞线应力检测试验研究

针对现有技术难以有效检测在役斜拉桥镀锌钢绞线拉索应力状态的问题,结合电磁无损检测技术在检测铁磁性材料应力方面的优势,提出了一种基于电磁感应特性的镀锌钢绞线拉索应力检测方法。设计了8个镀锌钢绞线试件,运用万能试验机对试件进行控制张拉,利用LCR数字电桥采集试件张拉过程中的电磁信号,研究电磁信号的变化特征,分析电磁信号和试件应力之间的关系。研究结果表明:试件相对磁导率μ_r随着应力σ的增加先增大后减小,在应力达到试件抗拉强度f_ptk的73.29%时存在极大值;试件相对磁导率对应力的梯度dμ_r/dσ随着应力的增加先增大后减小,在应力达到试件抗拉强度f_ptk的36.07%时存在极大值,且当梯度dμ_r/dσ≥0时,试件应力处在试件抗拉强度f_ptk的73.29%之内。该试验验证了基于电磁感应特性技术检测钢绞线应力的可行性,可为今后镀锌钢绞线拉索应力检测提供技术参考。