西堠门大桥成桥状态的非线性静风稳定性分析

根据国内外风洞模型试验成果,在强静风荷载作用下,大跨径桥梁静力失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速,因此对大跨悬索桥进行静风稳定性分析不可或缺。以西堠门大桥为工程背景,考虑静风荷载的非线性和悬索桥结构的几何非线性,然后运用增量和迭代相结合的计算方法,利用大型有限元ANSYS软件和现有的文献资料对该大桥成桥状态的静风稳定性进行分析,并与线性分析方法进行了比较,为大跨度悬索桥的抗风设计提供了一定的参考。     

大跨度悬索桥施工过程静力抗风稳定性分析研究

笔者以云南澜沧江悬索桥为工程背景,运用增量和迭代相结合的计算方法,对悬索桥加劲梁吊装期间结构静风效应进行非线性分析,得到各施工阶段静力失稳的临界风速和结构效应,研究了风速攻角对结构静力失稳临界风速和结构静风响应的影响,为施工期间静力抗风设计提供理论依据。供同类悬索桥施工期间静力抗风分析提供参考。     

考虑缆索风载的悬索桥风效应分析

作用在悬索桥大缆和吊杆上的风荷载相对于主梁上的风载要小得多,因此在进行悬索桥静风稳定分析和颤振稳定分析时经常不予考虑。但随着悬索桥跨径的不断增大,缆索长度和直径的增加导致作用在其上的风载也相应增加,缆索风载对悬索桥静风稳定和颤振稳定的影响将变得不容忽视。以某大跨悬索桥为例,探讨了缆索风载对其静风稳定和颤振稳定的影响。     

某双塔斜拉桥三维静风稳定性分析

为研究大跨径斜拉组合梁桥的静风稳定性问题,本文以某黄河大桥为背景工程。建立成桥阶段及施工阶段的有限元模型,分析其动力特性,分别得到成桥及施工阶段前五阶振型及频率。通过迭代算法,数值分析大桥三维非线性静风稳定性,得到大桥失稳风速均大于规范的允许值,该桥静风稳定性满足要求。施工阶段风荷载作用下位移大于成桥阶段,因此,施工阶段较成桥阶段更需要注意抗风设计。     

某悬索桥抗风性能初步分析

针对目前西部地区在建的某座缆索式公路桥,运用大型通用有限元程序ANSYS进行成桥状态动力特性计算和抗风性能初步分析。分析结果表明,该悬索桥成桥状态颤振临界风速初步估算满足要求,桥梁结构抗风性能需通过风洞试验进一步考察。     

空间主缆悬索桥非线性静风稳定分析

通过五分量天平测试得到了右汊桥节段模型的三分力系数。借助大型有限元分析软件ANSYS,采用修正的增量与内外两重迭代的方法,对右汊空间主缆悬索桥进行了三维静风荷载数值计算。数值计算结果表明采用空间主缆的右汊悬索桥相对于平行双主缆的悬索桥具有更为优秀的静风稳定性能。设计并加工了缩尺比为1:90.35的右汊桥全桥气弹模型,均匀流中全桥气弹模型的静风稳定性试验结果表明,静风失稳临界风速明显高于设计风速。     

混合式桥型对超长跨桥梁的适应性

本文对中跨为2500m的混合型斜拉悬索桥的进行了初步设计,构想了三种斜拉悬索桥和一种悬索桥桥式。从初步设计结果中比较它们上部结构钢材的重量发现,考虑到下部结构尺寸,斜拉悬索桥相对悬索桥具有优越性。另外,对这几种型式的桥梁进行了抗弯稳定性分析以及耦合颤振分析。分析结果表明,斜拉悬索桥抗弯稳定性是足够的,而且其临界风速高于悬索桥的临界风速。所以,作者认为针对超长跨度桥梁混合型斜拉悬索桥赛过悬索桥     

空间缆索体系悬索桥的抗风稳定性研究

为了探索理想的大跨度悬索桥的缆索体系以提高其横向及扭转刚度,以大跨度地锚式悬索桥——润扬长江公路大桥南汊桥为工程背景,采用不同缆索空间布置形式试设计三座具有空间缆索体系的方案桥,采用三维非线性空气静力和动力稳定性分析方法,分别对其动力特性、空气静力和动力稳定性进行分析和比较,并探讨具有良好抗风稳定性的大跨度悬索桥的合理缆索体系。结果表明:悬索桥采用内倾式空间缆索体系后,结构的侧弯及扭转频率增大,结构的空气动力稳定性增强;而采用外倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率减小,但结构的静风稳定性增强;考虑到悬索桥的空气动力稳定性一般比静风稳定性差,因此从总体抗风稳定性考虑,大跨度悬索桥采用内倾式空间缆索体系则比较有利。     

大跨度非对称悬索桥的颤振稳定性研究

为了研究大跨度非对称悬索桥在不同非对称类型下的颤振稳定性,以主跨为628 m的某主缆不等高支承悬索桥为工程背景,基于全模态的三维频域颤振分析方法对悬索桥进行颤振稳定性分析。利用ANSYS建立了主缆不等高支承(支承高差0～40 m)和边跨跨度非对称(边跨跨度差0～40 m)悬索桥有限元分析模型,并编制相应双参数搜索迭代的APDL计算程序进行三维颤振稳定性分析。结果表明:在构造不等高支承悬索桥时,随着支承高差的增大,低阶模态频率变化较小,高阶模态范围逐渐减小; 弯扭频率比随着支承高差增加而不断减少,高差越大弯扭频率比降低越快; 桥梁颤振临界风速随着支承高差增大而不断降低,使得由于主缆不等高支承高差所引起的非对称结构形式对大跨度悬索桥梁结构的颤振稳定性有所降低; 在构造边跨跨度非对称悬索桥时,弯扭频率比随着边跨跨度差增加而减小; 随着支承跨度差的不断增大,悬索桥梁结构的颤振临界风速不断减小,但减小幅度很小,影响不大,在边跨跨度差较小时几乎可以不考虑对悬索结构的颤振稳定性影响。     

应用碳纤维缆索的大跨度悬索桥抗风稳定性研究

为了探讨碳纤维复合材料缆索在大跨度悬索桥中应用的可能性,以主缆等轴向刚度为原则,拟定了一座主跨为1490m的碳纤维复合材料主缆悬索桥,并运用三维非线性计算理论进行了空气静力和动力稳定性分析。通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较,讨论了不同主缆材料对大跨度悬索桥抗风稳定性的影响。分析结果表明:大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后,静风作用下结构的变形增大,但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近;由于结构自振频率特别是扭转频率有显著的提高,使得其空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好。因此从抗风稳定性角度而言,大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的,但是主缆截面尺寸的确定应采用等轴向刚度的准则。     

风雨联合作用下大跨桥梁颤振稳定性试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁颤振稳定性,以一开槽双箱梁桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成基于自由振动法的节段模型颤振试验。通过分析不同雨强下该桥梁主梁的颤振导数以及颤振临界风速,进而获取降雨对大跨桥梁颤振稳定性的影响规律。试验结果显示:颤振导数随雨强变化而变化,其中体现扭转气动阻尼特性的颤振导数变化较为显著,随雨强增大,颤振临界风速先增大后减小。试验结果表明:降雨对大跨桥梁的颤振导数以及颤振临界风速均有一定影响。     

Influence of some factors on the aerodynamic behavior of long-span suspension bridges

As the span length of suspension bridges increases, the diameter of cables and thus the wind load acting on them, the nonlinear wind-structure interaction and the spatial non-uniformity of wind speed (including the vertical and horizontal variations) all increase consequently, which may have unnegligible influence on the aerostatic and aerodynamic behavior of long-span suspension bridges. In this paper, the models of aerostatic and aerodynamic forces are established, in which the nonlinear wind-structure interaction and the spatial non-uniformity of wind speed are both considered. By taking the Runyang Bridge over the Yangtze River as example, effects of the nonlinear wind-structure interaction, wind speed spatial non-uniformity, and the cable's wind load on the aerostatic and aerodynamic behavior of the bridge are investigated analytically. The results show that the aerostatic behavior is significantly influenced by these factors, but for the aerodynamic stability, it is greatly influenced by the nonlinear wind-structure interaction and the horizontal variation of wind speed, and the other factors have no influence on it.     

Investigation on aerodynamic stability of long-span suspension bridges under erection

The aerodynamic stability of long-span suspension bridge under erection, particularly at early erection stage, is more problematic than in the final state. It is influenced by the deck erection sequence and the nonlinear effects of wind-structure interactions. Considering the geometric nonlinearity of bridge structures and the nonlinear effects of wind-structure interactions, a method of nonlinear aerodynamic stability analysis is presented to predicate the aerodynamic stability limit (flutter speed) of long-span suspension bridges during erection. Taking the Yichang Bridge over the Yangtze River as example, evolutions of flutter speeds with the deck erected by different sequences are numerically generated. The sequences of pylons to midspan and the non-symmetrical deck erection are confirmed analytically to be aerodynamically favorable for the deck erection of long-span suspension bridges, particularly at early erection stages. The flutter speeds of long-span suspension bridges under erection are greatly decreased by the nonlinear effects of wind-structure interactions.     

Effects of structural nonlinearity and along-span wind coherence on suspension bridge aerodynamics: Some numerical simulation results

The response of suspension bridges to wind excitation is studied by means of numerical simulations with a specifically developed finite element program implementing full structural nonlinearities. A pure time-domain load model, linearized around the average configuration, is considered. The self-excited effects are included through the indicial function formulation, whereas the buffeting is considered according to the quasi-steady model. The response under turbulent wind, both fully and partially correlated, is evaluated through a Monte Carlo approach. A simplified structural model is considered, where only two cross-sections are modeled. This allows a high reduction of the number of degrees of freedom (DoFs) but maintains many characteristics of the true bridge, precluded to the classical 2-DoF sectional-model (e.g. considering more than two modes, including structural nonlinearities, introducing along-span wind coherence). The case studies of a long-span suspension bridge and a light suspension footbridge are analyzed. It is observed that structural nonlinearities deemphasize the presence of a critical flutter wind velocity, as they limit the oscillation amplitudes. On the other hand, fully correlated flow may produce an important underestimation of the structural response.     

高墩大跨连续刚构桥悬臂施工阶段抗风安全性研究

针对西部地区的高墩大跨连续刚构桥结构,推算出依托工程的桥址处抗风设计风速,在结构的最大双悬臂阶段,对静阵风荷载作用下结构的内力进行了详细的分析和颤振研究,得出了一些有参考价值的结论。     

影响大跨径悬索桥颤振的非线性因素研究

随着桥梁跨径的增大 ,各种非线性因素对大跨径悬索桥颤振特性的影响将不容忽视。在线性颤振分析方法的基础上 ,考虑风速的空间非均匀分布、结构以及作用于结构上的气动力随结构变形的非线性变化影响因素 ,建立了大跨径桥梁的三维非线性颤振分析方法。以某悬索桥为例 ,进行了考虑风速空间非均匀分布、结构动力特性以及气动力随结构变形的非线性变化等因素的颤振分析 ,揭示了各种非线性因素对大跨径悬索桥颤振影响的机理和规律     

风驱雨作用下桥梁主梁颤振节段模型试验研究

针对风驱雨作用下桥梁主梁的颤振问题,依据风驱雨作用和主梁振动特点,给出了分别考虑雨滴冲击和表面积水后的降雨相似关系,并探讨了其选取原则。选取大跨度桥梁较常采用的典型断面,通过节段模型试验模拟了风驱雨对主梁断面的颤振导数和颤振发生过程的影响。试验结果表明:主梁断面的颤振气动导数随雨强的变化无明显规律,各导数的变化量值相当,随风速增加,降雨引起的导数变化有所加大,但基本没有改变其随风速变化的整体趋势,试验雨强120mm/h时,模型颤振临界风速会有20%～30%左右的提高,但考虑雨强相似比后可以认为降雨对桥梁主梁的风致颤振失稳特征的影响基本可以忽略。