斜风下大跨度悬索桥三维非线性静风稳定性研究

基于斜风作用下结构静风荷载计算模型,考虑结构和静风荷载双重非线性因素,建立了斜风下大跨度桥梁三维非线性静风稳定性分析方法,并编制了相应的计算程序。以润扬长江大桥南汊 悬索桥为研究对象,采用该程序进行不同风偏角和风攻角组合的非线性静风稳定性分析,探明了斜风效应对大跨度悬索桥静风稳定性的影响。结果表明：斜风下悬索桥的静风失稳形态仍然表现为主梁侧弯、竖弯和扭转耦合的空间失稳形态,斜风作用不改变悬索桥的静风失稳形态;斜风作用对悬索桥的静风稳定性存在正负效应,最低静风失稳临界风速出现在斜风情况下;静风失稳临界风速随初始风攻角的增加呈现偏态的倒 Ｕ 形变化规律,随着风偏角的增加,斜风作用对静风失稳临界风速的影响逐渐明显,影响幅度为－８％～６％,因此大跨度悬索桥静风分析需要充分考虑斜风的影响。     

大跨度悬索桥施工阶段静风稳定性精细化分析

大跨度悬索桥施工期结构柔性大,静风作用下结构大变形和刚度变化以及桥址区域内风速空间分布的非均匀性可能会对其静风稳定性造成影响。考虑结构非线性、静风效应和风速空间非均匀分布等因素,建立了精细化的大跨度桥梁三维非线性静风分析方法,并编制了相应的计算分析程序。以润扬长江大桥南汊悬索桥为例,模拟加劲梁从跨中向两侧桥塔和由两侧桥塔向跨中对称拼装两种主梁架设顺序,分析了施工全过程悬索桥静风稳定性的变化趋势,并探明了风速空间分布非均匀性对成桥和施工状态悬索桥静风稳定性的影响。结果表明:加劲梁采用从两侧桥塔向跨中对称架设时,悬索桥可以获得较好的静风稳定性,尤其在施工初期;风速沿竖向高度变化和风速空间分布宽度对成桥和施工状态悬索桥的静风稳定性影响不大,但风速非对称分布因素影响则比较显著,须在分析中重视和考虑。     

风障对大跨度悬索桥抗风性能的影响

以主跨1 650 m中央开槽钢箱梁悬索桥为对象,进行了主梁的有风障和无风障节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究了风障时颤振临界风速和气动三分力系数的影响,并利用测力试验获得的三分力系数计算分析了风障对静风稳定性的影响.结果表明:风障不会降低大跨度悬索桥的颤振稳定性;风障增大了阻力系数,减小了升力系数,在-6°-12°范围内风障使升力矩系数减小,在-12°-7°范围内,风障使升力矩系数增大;风障不会降低大跨度悬索桥的静风稳定性,在某种程度上抑制了静风失稳,尤其是在负攻角和零攻角时.     

大跨度斜拉桥侧风非线性分析

考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素的影响,计及风速沿桥梁结构高度变化,采用增量双重迭代搜索法进行了斜拉桥静风非线性稳定分析,并编制了相应的计算程序。以湛江海湾大桥为例,探讨了静风荷载非线性、风速空间分布非均匀性等因素对斜拉桥静风失稳临界速度的影响。分析结果表明,主梁扭转变形、索和塔柱上的静风载荷对斜拉桥的抗静风稳定性影响较大。     

双主跨悬索桥静风失稳模式及其机理分析

随着双主跨悬索桥的广泛应用和跨度的增大,需要研究其静风稳定性能,以确保桥梁的安全稳定运营．采用风荷载增量与内外迭代方法,编制相应分析程序,对三座结构体系不同的双主跨悬索桥静风稳定性进行非线性全过程分析．通过与单主跨悬索桥静风失稳形态及双主跨悬索桥自身失稳形态的比较,得到了双主跨悬索桥静风失稳形态的典型特征,重点提出并阐述了双主跨悬索桥的两种静风失稳模式——双侧反对称失稳模式和单侧非对称失稳模式,并详细探讨了这两种失稳模式的产生机理．     

大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性.引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能.综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理.     

大跨度悬索桥非线性静风稳定性全过程分析

大跨度悬索桥具有大跨度、纤细、轻柔的特点,其静风稳定性问题较为突出。基于增量内外迭代混合法求解非线性空气静力问题的原理,使用ANSYS/APDL语言编制了大跨度桥梁非线性空气静力分析程序,并运用该程序实现了大跨度悬索桥的非线性静风稳定性全过程分析,探讨了大跨度悬索桥的静风失稳过程和机理。     

大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性。引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能。综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理。     

大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响因素研究

随着悬索桥跨径的增大，缆索直径以及作用在其上的风荷载、静风效应以及风速空间分布的非均匀性都将随之增强，对大跨径悬索桥的空气动力稳定性将可能带来不容忽视的影响．以润扬长江大桥为例，通过分析揭示了静风效应、风速空间分布的非均匀性以及缆索风荷载等因素对大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响．结果表明：静风效应对大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响比较重要，但是风速空间非均匀分布和缆索风荷载等因素对大跨径悬索桥的空气动力稳定性基本没有影响．     

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汉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,对右汉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。     

大跨度碳纤维复合材料主缆悬索桥的抗风性能研究

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动力特性、静风和空气动力稳定性的分析．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性能的影响．分析结果表明大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后：（1）结构的自振频率特别是扭转频率有显著的提高；（2）静风作用下结构变形增大，但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近；（3）空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好．因此从抗风性能角度而言，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为原则．     

深切峡谷底斜拉桥颤振稳定性能研究

以峡谷底斜拉桥——迫龙沟大桥为工程背景,结合地形试验结果和大桥具体位置确定了桥位处的设计风参数;分别检验了小风攻角和大风攻角下颤振稳定性能,阐明了颤振临界风速随风攻角改变的变化规律;分析了颤振导数和系统阻尼的变化特征,获得了不同结构状态下主梁断面颤振驱动机理。结果表明:峡谷底桥梁的设计基准高度可参照跨中位置确定,颤振检验风速可按不同风攻角区间分别确定;颤振临界风速和颤振检验风速随风攻角的增大均呈降低趋势,但由于下降速率不同有可能出现小风攻角下颤振不失稳而大风攻角下颤振失稳的现象;不同风攻角状态下或施加气动措施前后,颤振导数和系统阻尼与折减风速的变化特征相似,表明颤振驱动机理和颤振形态均保持不变。     

缆索支承桥梁抗风稳定性的分析与比较

缆索支承桥梁是21世纪跨海连岛大桥的主要结构型式,结构轻柔,风作用下的结构稳定性问题非常突出．以1400m主跨的悬索桥、斜拉桥以及吊拉组合体系桥等缆索支承桥梁的主要结构型式为例,采用三维非线性抗风分析方法,进行了动力特性、空气静力和动力稳定性的分析和比较．结果表明：吊拉组合体系桥刚度大,抗风稳定性好,是一种抗风性能良好的缆索支承桥梁结构型式．     

桥梁颤振临界风速的概率密度演化计算

针对桥梁结构自身特性以及外部环境的随机性(如刚度、质量、阻尼比、气动导数等因素)所造成的桥梁的颤振临界风速不确定,难以衡量桥梁颤振稳定性问题. 将概率密度演化方法与桥梁颤振多模态耦合分析方法相结合,以江阴长江大桥作为实例,通过考虑桥梁结构自身的不确定性及气动导数的不确定性,给出不同模态阻尼比及频率的概率密度演化过程. 研究表明:结构模态阻尼比及频率在低风速情况下的概率密度分布可近似认为服从正态或对数正态分布,高风速下的概率密度则无法用单一的概率分布来描述,概率分布会出现双峰甚至多峰的情况;与按确定性方法到的颤振临界风速相比,按概率密度演化方法得到的颤振临界风速较小.     

风雨联合作用下的桥梁主梁静力特性

针对风雨联合作用下的大跨度桥梁风雨致静力作用问题,以开槽双箱梁桥梁主梁节段模型为研究对象,利用在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成节段模型在风雨耦合作用环境下的静力特性试验。通过分析桥梁主梁风雨致静力相对纯风作用下风致静力增量,进而获取降雨对桥梁主梁风致静力作用影响的相关规律。试验结果显示:流场的改变以及水膜作用对桥梁主梁风致阻力影响较大,雨的冲击力有一定贡献。雨的质量、冲击力以及流场改变和水膜作用对桥梁主梁风致升力均有一定贡献;流场改变和水膜作用相对于雨的质量、冲击力对桥梁主梁风致扭矩贡献较大。试验结果表明:流场的改变以及水膜作用对桥梁结构的静力特性影响突出。     

自锚式混凝土吊桥的力学性能研究

通过对一座跨径240m自锚式混凝土吊桥的静、动力分析，研究了非线性、主缆矢跨比、主梁拱度、温度以及混凝土收缩徐变等因素对自锚式混凝土吊桥的受力影响。结果表明：自锚式混凝土吊桥基本满足弹性理论，混凝土收缩徐变对结构受力影响较大，主缆矢跨比越大，结构刚度越大；与同等条件的传统吊桥比较，自锚式混凝土吊桥具有良好的动力特性。