大跨度桥梁静风失稳的原因分析

本文综合考虑了静风荷载非线性和结构几何非线性的影响,采用风荷载增量与双重迭代相结合的方法,重点研究大跨度悬索桥静风失稳时及失稳后的形态,以及不同失稳形态的发生机理。通过分别加大三分力系数中某个分量的方式,揭示每个分量对桥梁静风失稳的影响,并进一步探讨结构失稳形态与三分力系数的关联性。对比不同攻角下大跨度悬索桥静风失稳的发展路径,讨论不同攻角区段三分力系数的作用。     

静风效应对大跨径悬索桥空气动力行为的影响研究

大跨径悬索桥对风的作用非常敏感，静风荷载作用产生的非线性效应对大跨径悬索桥的空气动力行为（主要指颤振）将产生不容忽视的影响，考虑静风荷载作用引起的结构动力特性以及作用在结构上空气动力的非线性变化因素，提出了基于静风平衡状态的三维非线性颤振有限元分析方法，并编制了计算程序，以润扬长江大桥为工程背景进行了分析和研究，并揭示了静风效应对大跨径悬索桥动力特性和颤振影响的程度和机理。     

大跨人行悬索桥非线性静风稳定性分析

基于风洞试验所测加劲梁静力三分力系数,在综合考虑静风荷载非线性、结构几何非线性基础上,采用双重迭代计算分析方法对主跨420 m大跨窄人行悬索桥进行静风稳定性全过程分析。结果表明,结构变形随风速变化呈明显非线性,静风失稳形态弯曲扭转空间耦合变形特征显著;较公路桥大跨人行悬索桥主缆提供的扭转刚度比重更大,跟踪两主缆跨中应力随风速变化情况可定义静风失稳临界风速及与分析静风失稳原因;非零初始风攻角会降低静风失稳临界风速;中央扣及抗风缆均能提高静风失稳临界风速。施加中央扣措施,失稳形态为主梁结构弯扭失稳;施加抗风缆措施,失稳形态为抗风拉索、抗风缆应力松弛导致局部结构失稳。该研究可为大跨窄桥静风稳定性能及提高静风稳定性提供科学依据及参考。     

大跨度斜拉桥非线性静风稳定分析

随着跨径不断增大,斜拉桥存在静风失稳的可能性。综合考虑了静风荷载和结构自身非线性因素的影响,引用大跨度桥梁非线性静风稳定分析理论,采用增量双重迭代搜索法对大跨度斜拉桥进行了非线性静风稳定分析。编制了相应程序应用于香港汀九桥这一结构形式独特新颖的大跨度斜拉桥,由其全过程力学行为探明了其静风失稳机理,并对其失稳过程中的一些特殊物理现象做出解释。最后,探讨了初始风攻角对汀九桥静风稳定性的影响。     

Π型叠合梁斜拉桥建造全周期静风失稳模式及机理研究

为了研究低抗扭转刚度斜拉桥建造全周期的静风稳定特征，采用风洞试验获得施工、运营阶段±10°风攻角区间主梁静风三分力系数，结合有限元数值模拟方法，采用内、外双层迭代算法同时计入斜拉桥几何非线性和风荷载非线性，对主跨跨径为480 m的Π型钢混叠合梁斜拉桥进行了建造全周期非线性静风响应分析。追踪该桥各典型施工阶段主梁变位和拉索索力随风速的变化，以揭示低抗扭刚度斜拉桥建造运营全过程中的静风失稳模式及失稳机理。分析结果表明：随施工阶段发展，静风失稳模式多次变化；各工况下的静风失稳均是三向变位的复杂耦合行为，本桥扭转和竖向变位交替占主导地位；最大单悬臂阶段为各施工阶段中最不利的一个工况，其失稳风速仅为72 m/s且结构响应较大。扭转为主导的失稳是由于拉索系统的应力降低而引起的结构破坏，而竖向变位为主的失稳是由结构较大变位引起的整体刚度的丧失导致的。静风失稳的内在机理是结构在风载下的附加风攻角反作用于风荷载使升力和升力矩迅速变化，同时结构的非线性变形导致拉索系统应力降低和结构刚度降低使结构破坏。     

大跨度悬索桥颤振的三维精细化分析

随着悬索桥跨径的增大,静风作用、缆索上的风荷载以及风速空间分布的非均匀性都随之明显增强,可能会对大跨度悬索桥的颤振稳定性构成不容忽视的影响。在线性颤振分析方法基础上,进一步考虑静风效应、风速空间非均匀分布和主缆气动力作用等因素建立了精细化的大跨度桥梁三维非线性颤振分析方法,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,通过精细化分析揭示了静风效应、风速空间分布非均匀性以及主缆气动力等因素对大跨度悬索桥颤振稳定性影响的规律和程度。结果表明:静风作用引起的结构动力特性尤其是空气力非线性变化、风速空间非对称性分布和主缆气动力等因素对大跨度悬索桥颤振稳定性的影响显著,必须在颤振分析予以准确考虑。     

考虑桥梁几何非线性的风-车-桥耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风及列车荷载作用下大跨度桥梁的振动分析模型。以某大跨度三拱连续钢桁梁桥为例,分析了脉动风及静风荷载的不同作用效应,风速、车速变化以及结构几何非线性对桥梁振动响应的影响。结果表明:在进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用;几何非线性因素会影响桥梁振动的极值,但不影响其变化趋势;风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响。     

紊流中大跨桥梁的扭转发散特性

大跨度缆索承重桥梁的静风失稳,特别是导致桥梁突然破坏的扭转发散是桥梁工程师在设计阶段十分关注的问题,静风稳定性分析的传统方法是考虑均匀流静风荷载,采用静力有限元迭代法来求解。然而,自然界大气边界层中的气流总是紊流而非均匀流,而紊流对扭转发散的影响却需要深入的研究。为考虑紊流的影响,该文采用动力有限元方法在时域范围内分析桥梁的静风稳定性,并提出相应的风荷载表达式。应用该文提出的方法对目前国内最大跨度桥梁的静风稳定性进行了分析。数值分析结果表明:桥梁的扭转发散特性在均匀流与紊流场下的差异很大。这种差异主要表现在结构的发散形式不一样,在均匀流中加劲梁扭转发散表现为突变扭转位移而在紊流场中则表现为有巨大扭转峰值的随机振动;此外,扭转发散的临界风速也有所差异,紊流明显地降低了扭转发散临界风速。参数分析表明:紊流强度与脉动风场空间相关性也对桥梁的静风稳定性能有着重要的影响。     

静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例,基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型,分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明：桥梁及桥上轨道结构三向(应)力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近;各结构三向(应)力中,底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大,约为横向应力峰值的8倍,约为竖向应力峰值的7倍、15倍,轨道板结构表现为横向应力峰值最大,且与其余两向应力峰值之间差距较小;各结构三向位移中,横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值,纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值,其中,横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍;桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反,即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。     

大跨度桥梁静风失稳分析

大跨度桥梁具有轻柔、纤细的特点,其静风稳定性问题突出。本文利用风荷载增量与两重迭代相结合的方法,运用有限元分析论对空气静力行为和失稳过程进行分析,探讨大跨度桥梁静风失稳临界状态判据以及失稳形态。     

基于应变能等效的大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载

根据结构应变能等效,推导了大跨屋盖结构背景响应等效静力风荷载表达式,解决了大跨屋盖结构等效静力风荷载计算中需要兼顾多个等效目标的问题,并赋予了其明确的物理意义,即将其与脉动风荷载下结构的应变能联系起来.最后将该方法应用于国家体育场屋盖结构背景响应等效静力风荷载的计算以验证其有效性.     

台湾后龙溪桥风洞试验研究与静风响应分析

摘 要：通过风洞试验研究了台湾后龙溪桥气动稳定性;获得了混凝土梁和钢梁两种断面发生涡振的条件、涡振锁定风速范围及涡振振幅;对自然界和风洞中的风轴和体轴异同进行了区分;实测了两种断面的静气动力系数;最后进行了非线性静风荷载响应分析。研究结果表明：实桥风速达到135m/s,不会发生气动失稳;钢梁和混凝土梁断面+3°攻角时在均匀流场中会发生竖向和扭转涡振,扭转涡振风速锁定风速很高,而且范围很宽;在紊流度约为10％风场中,攻角在-3°～+3°范围内,未观测到明显涡振;由静风荷载引起的主梁附加攻角很小,风荷载非线性对主梁扭转位移和侧向位移影响很小,而对竖向位移影响相对较大,原因是竖向风荷载引起主缆刚度改变。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载背景分量的确定方法探讨

重点对结构等效静力风荷载背景分量的确定方法进行了系统分析。并结合风洞试验,分别采用阵风荷载因子法、风压轮廓面法和荷载响应相关系数法,分析一鞍形索网屋盖结构不同风向角、不同极值响应对应的等效静力风荷载背景分量,并与风洞试验方法确定的极值响应对应的瞬态脉动风压进行对比,结果表明荷载响应相关系数法在确定该类结构等效静力风荷载背景分量有很好的适用性,而其它几种方法计算偏差较大,这为大跨度屋盖结构等效静力风荷载的研究奠定了一定的基础。     

复杂体型大跨建筑的风荷载预测与抗风设计

该文针对防城港文化艺术中心项目在抗风设计中的相关问题,综合运用CFD数值模拟方法、刚性模型测压试验和动态风振计算等研究手段,深入分析了该大型复杂体型大跨建筑屋盖表面的风荷载,为结构设计提供了详尽的风荷载数值依据。即在建筑方案阶段,采用CFD数值模拟对屋盖风压进行初步研究,将得到的平均体型系数作为初步设计的依据;确定建筑...     

移动荷载作用下三塔悬索桥的强迫振动研究

针对泰州大桥开展结构动力特性计算,分析了不同移动速度以及不同移动荷载大小对于三塔两跨悬索桥结构动力响应的影响。结果表明,三塔两跨悬索桥的一阶竖弯振动基频约为0.08 Hz,远低于载重汽车的固有频率,不会形成共振条件。简单的移动荷载作用下三塔两跨连续支承悬索桥的内力、位移响应与同等静力荷载作用效果比较接近。移动荷载的质量越大、速度越大,结构的内力、位移响应就越大,并与车重呈近似正比例关系。结构内力、位移的荷载放大系数不随移动荷载质量的大小而改变。     

非线性振型结构HFFB试验模态力计算方法及不确定性分析

基于高频测力天平风洞试验对非线性振型结构的风致响应提出了改进的评估方法。假设结构风荷载沿高度的分布与阵风风压分布相同,采用结构真实振型计算风荷载模态力。推导了高耸结构风荷载模态力及风致响应计算公式,可以考虑结构多阶真实振型,从而使高频测力天平方法可更为准确地评估非线性振型结构的风致响应及等效静力风荷载。对某一质量、刚度有突变的高耸结构进行了高频测力天平风洞试验,与现有的线性化振型法进行对比,结果表明在弱非线性振型下,线性化振型法得到的加速度响应较层荷载假设方法偏大约40%。研究了层荷载分布的不确定性对计算加速度响应结果的影响,结果表明在阵风剖面层荷载的假设下,荷载分布的不确定性对结构最大加速度响应的影响很小,验证了本文方法的适用性。     

大跨度屋盖结构等效静力风荷载中共振分量的确定方法研究

大跨度屋盖结构等效静力风荷载中的共振分量确定,包括对结构共振响应的准确计算以及如何将其等效为静力风荷载这两个主要问题。针对第一个问题,提出Ritz-POD法分析该类结构的风振响应,以解决在结构风振响应分析中存在的多振型参与结构振动且高阶振型对结构风振响应贡献可能较大这一问题;针对第二个问题,将等效静力风荷载的共振分量表示为各Ritz向量的等效惯性力的组合。对一鞍型索网结构的等效静力风荷载分布情况进行了分析;结果表明,能够有效地解决大跨度屋盖结构等效静力风荷载的确定问题。     

基于钢塔架敏感性的连续倒塌分析与数值模拟

通过引入Pandey提出的敏感性指标,给出钢塔架关键杆件的识别方法。基于备用荷载路径设计法,对钢塔架结构在风荷载作用下的连续倒塌进行线弹性静力、非线性静力、线弹性动力、非线性动力等4种分析。结果表明:结构动力响应的大小取决于风荷载作用方向及关键杆件出现的位置;线弹性静力分析是偏于保守,非线性动力分析是更加精确的;建议采用非线性动力方法对钢塔架进行连续倒塌评估。通过失效杆件的等效反力卸载过程,模拟钢塔架连续倒塌的动力过程,提出了等效反力的初始持续时间t₀(考虑初始状态)和卸载时间t_p的计算方法。     

单层网壳结构等效静风荷载分布估计

单层网壳对外荷载分布极为敏感,且稳定问题是其结构设计中的主要问题,因此风荷载分布的估计对其结构静力抗风分析非常重要。但目前常采用的等效静风荷载分布并不能有效反映其脉动分量对结构稳定性的可能不利影响。首先简单回顾了目前单层网壳抗风分析的方法,并介绍了一种基于风洞试验的有效风荷载分布估计方案。随后从稳定分析角度提出了一种新方法,可用来简单高效地估计单层网壳的有效风荷载分布,同时还可就风荷载的影响进行保守分析。最后,分别采用单层球面和柱面网壳作为算例,基于风洞试验结果,比较了不同估计方法在分析这类结构极限承载能力及稳定性问题时的效率,表明了所提出方法在单层网壳稳定分析中估计有效风荷载分布时的优点。