考虑特征紊流影响的大跨桥梁静风稳定分析方法

为了研究特征紊流抖振力对大跨度桥梁静风稳定性的影响,提出了特征紊流气动力模型,建立了考虑特征紊流影响的大跨度桥梁静风稳定分析方法。通过采用风洞实测气动力系数谱模拟特征紊流气动力系数时程,利用动力有限元算法计算了西堠门大桥的位移响应,分析了特征紊流对其静风稳定的影响。结果表明：结构仅仅是在平衡位置附近作微幅振动,特征紊流对西堠门大桥静风稳定临界风速和失稳形态没有明显影响。主要是因为特征紊流是窄带的随机过程,其能量主要集中在某一个频率附近,对西堠门大桥而言,该频率远高于结构的基频,所以特征紊流气动力未能激起较大的位移响应。     

低扭转刚度悬索桥扭转发散特征及抗风对策

柔性悬索桥容易出现气动失稳现象。悬索桥的静风失稳特性已经被国内外较广泛地研究过,这类结构的静风失稳表现为加劲梁突然增大的、沿桥跨方向对称分布的扭转变形。伴随该类扭转发散的另一现象是主缆卸载至空缆悬挂状态。当加劲梁扭转刚度极低时,中小跨度人马吊桥扭转发散形式与传统公路悬索桥扭转发散形式有实质性的不同,表现为非对称分布的单拐点或多拐点扭转锁定,扭转锁定后两主缆张力并不卸载反而出现急剧张紧的现象。采用数值方法研究了抗风措施,结果表明增加主梁扭转刚度不仅能实质性地提高扭转发散临界风速,而且可以将发散形式从反对称扭转锁定转变为传统的对称扭转模式。对反拉抗风缆截面积、张力、安装角度以及矢跨比的抗风效果进行了参数化的分析,结果表明反拉抗风缆的最佳安装角度在15°～45°,其抗风效果随着截面积、张力以及矢高的增加而增加。综合材料用量与抗风效果等因素,建议抗风缆面积为主缆面积1/3,反拉张力为恒载效应的1/4,地形允许的情况下尽量增加矢跨比。     

紊流积分尺度对桥梁抖振响应作用效应分析

紊流积分尺度的大小决定了脉动风对结构的影响范围,在结构风振响应分析中具有不可忽略的意义。通常在被动发生紊流风洞试验中,来流积分尺度难于有效模拟,紊流积分尺度对于结构风振响应作用效应缺少合理评价。针对我国已建成的几座大跨度桥梁,利用桥梁二维抖振频域分析方法,结合主梁节段模型风洞试验气动力参数识别结果,对不同紊流积分尺度下的桥梁抖振响应进行对比分析,研究了不同紊流积分尺度脉动风作用下,桥梁结构基频对应风谱能量和抖振响应的差别。分析表明,通常情况下,小比例模型(缩尺比1:400-1:600)紊流积分尺度能够较好的满足相似比要求,往往使得风洞试验的抖振计算结果更接近真实值。大比例模型(缩尺比1:20-1:40)的紊流积分尺度相似性严重偏离,需要对风洞试验结果进行修正。     

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。     

考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析

提出大跨度桥梁静风稳定性求解的动力有限元方法,在考虑桥梁结构几何非线性与脉动风抖振响应影响的基础上对西堠门大桥与东海大桥的静风稳定性进行了分析,计算结果表明,忽略脉动风抖振影响求出的静风失稳临界风速是偏于保守的.     

跨长江黄河的高速铁路大跨度桥梁

建设中的京沪高速铁路和京广客运专线铁路,跨长江、黄河的4座大跨度桥梁都采用了钢桁梁结构,且均为多线铁路桥或公铁两用大桥,承载能力大、列车运行速度高。诸多新材料、新结构、新工艺获得运用。     

大跨桥梁风致振动的半主动控制

根据桥梁风振效应，初步建立了大跨桥梁风振控制的安全性目标和使用性目标。并针对大跨桥梁风致振动的特点，考虑桥梁风振的参数不确定性，提出了桥梁风振半主动控制的概念，设计了一种新型的可调频率的半主动调质阻尼器，建立了相应的分析方法。以国内一座悬索桥为例，分析了半主动调阻尼器对其风致振动的控制。结果表明，所设计的半主动调质阻尼器用于控制桥梁的风致振动有很好的鲁棒性和控制效果。     

公路桥梁中大跨度桥梁设计要点阐释

我国不断地发展现代科学技术,也在一定程度上革新了建筑施工技术,可以完善各种复杂结构的桥梁设计。公路桥梁中大跨度桥梁设计要点关系到后期的施工,提出有效的设计方案,才可以保证公路桥梁中大跨度桥梁设计水平,顺利落实公路桥梁中大跨度桥梁施工。该文主要阐述了公路桥梁中大跨度桥梁设计要点,提高公路桥梁质量。     

大跨度缆索承重桥梁非线性静风扭转失稳机理的研究

建立了静风荷载作用下大跨度缆索承重桥梁的非线性扭转失稳模型,导出了求解平衡路径的非线性方程。对于静风扭转平衡路径的稳定性进行了全过程的理论分析。分析了升力矩系数和扭转刚度的非线性特性对于稳定条件、失稳点以及失稳机理的影响。静风扭转失稳的性质为跳跃式极值失稳。发生失稳的条件取决于升力矩系数和扭转刚度的曲线形状。只有当升力矩系数曲线有上凹段或扭转刚度曲线有下凹段存在时,扭转失稳才有可能发生。对于升力矩系数曲线不存在上凹段和扭转刚度曲线不存在下凹段时,平衡路径是稳定的,不会发生静风扭转失稳。扭转刚度的弱化是引起静风扭转失稳的因素之一。升力矩系数的非线性特性将引起等效刚度弱化,也是引起静风扭转失稳的因素之一。当初始攻角较大时,这种等效刚度弱化效应尤其应该给予重视。提出了新的失稳临界风速公式。公式统一,包含了非线性失稳及线性理论的结果;公式简洁,形式上与线性理论的公式相同。对于线性扭转刚度或线性升力矩系数的情形,临界点的物理意义明确、便于图解。新的临界风速公式还反映了初始攻角的影响。初始攻角增大,临界风速减小。     

大跨径桥梁静风稳定参数的敏感性分析

随着桥梁跨径的不断增大,桥梁结构质量越来越轻、结构刚度越来越小、结构阻尼越来越低,从而导致了对风致作用的敏感性越来越大。基于风洞试验测得的主梁静力三分力系数,在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,对大跨径悬索桥以及大跨径斜拉桥进行了静风失稳全过程分析;然后分别考察了三分力系数、初始风攻角、桥塔风荷载、缆索风荷载以及边跨风荷载等参数对大跨径缆索承重桥静风稳定性的敏感程度。     

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。     

大跨度曲线预应力桥梁预应力钢束的张拉控制研究

预应力在大跨度曲线桥梁中的使用,给预应力的分析研究以及张拉施工提出了新的问题,尤其是施工中的一些问题亟待解决,如摩擦系数、曲率等的改变,都会给预应力的分布带来不利的影响。现有的力学模型又无法满足解决这些问题的需求,建立一种适用于大跨度曲线预应力桥梁预应力钢束张拉施工的新模型是必要的。本文给出了预应力钢束张拉的控制模型,并在施工中得以验证,取得了令人满意的效果。该模型不仅可以解决一些诸如摩擦系数这类可确定因素的变化问题,亦可处理一些不确定因素给施工所带来的影响。按照这一模型所规定的方式进行施工,大大改善了预应力在钢束中的分布情况,提高预应力的使用效果是显著的。     

基于开源计算程序的特大跨斜拉桥地震灾变及倒塌分析

现阶段大跨桥梁弹塑性分析多基于商用有限元软件,一定程度上的限制了相关研究的深入开展。该文基于开源有限元程序OpenSees,以我国拟建的琼州海峡大桥斜拉桥设计方案为例,采用分层壳单元模拟桥墩(桥面板),桁架单元模拟预应力斜拉索,建立了主跨1500 m 的特大跨斜拉桥有限元模型,实现了其地震灾变及倒塌全过程的模拟,并通过与商用有限元软件MSC.Marc 计算结果的比较,验证了该文开发的计算单元和模型的可行性与正确性。其研究成果可为进一步开展基于开源有限元程序的特大跨斜拉桥抗震研究提供参考。     

大跨度平屋盖表面的风压脉冲特性研究

大跨度平屋盖表面的风压脉冲特性是屋盖风压脉动特性的一个重要表现形式,基于大跨度平屋盖结构的风洞试验研究,结合风压脉冲的形成机理及利用过界峰值法研究屋盖表面风压脉冲对风压脉动的贡献及其出现的频率和峰值的大小,并从中找出反映大跨度屋盖结构的风场绕流特性和风压脉动特性的一些规律。     

桥梁气动力CFD模拟中湍流模型的应用现状

近年来,计算流体动力学(CFD)在桥梁风工程中得到了越来越多的尝试与应用。CFD的应用不仅仅是顺应了计算机硬件浮点运算速度的快速发展,而且在处理复杂问题、时间及经济成本方面与风洞试验相比具有巨大的优越性。但是,这一优越性是建立在CFD求解结果具有实用精度的假设前提下的。该文综述了桥梁气动力CFD数值模拟中湍流问题的起源、各类湍流模型的本质特征及其适用范围与局限性。在此基础上,广泛调研了CFD在国内外桥梁气动力数值模拟中的应用,分别按静气动力与气弹两大类问题统计分析了目前CFD模拟与风洞试验结果之间的差距。结果表明,对于静气动力问题,CFD模拟的误差普遍在10%~40%之间;对于气弹问题,CFD模拟的误差普遍介于20%~300%。这一现实表明,以目前的水平,CFD尚无法独立于风洞试验而对桥梁气弹问题给出可靠的评估。要充分发挥计算流体动力学的优势,则必须结合湍流理论,加强各种湍流模型在各类桥梁气动问题中的应用基础研究。     

基于润扬大桥南塔顶长期监测数据风场特性分析

通过对润扬大桥健康监测系统获取的长期实测风场数据进行分析,获得了南塔塔顶300d 的平均风速、风向、湍流度、阵风因子、湍流积分尺度、脉动风功率谱等风场特性参数的分布规律以及参数之间相关性的推荐公式。并与跨中风速仪测试数据进行对比分析,得到了平均风速随高度的变化规律以及两点间风场的空间相关性。长期实测结果统计分析表明,润扬大桥悬索桥南塔塔顶的平均风速较小、风向稳定;风场的湍流度比跨中更强,并高出规范建议值近7倍;湍流积分尺度接近正态分布,并与湍流度、平均风速存在一定的相关性;纵向、横向功率谱均与Kaimal 谱相差较大,功率谱密度函数参数与平均风速存在直接相关性;塔顶风场与跨中风场相关性较弱。     

风荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应及列车运行安全分析

建立了风-列车-桥梁体系动力分析模型,根据实测空气动力参数和颤振导数模拟产生抖振力和自激力时域随机风荷载作为输入激励,以一座大跨度悬索桥方案为例,分析了风作用下桥梁和车辆的动力响应。结果表明:悬索桥的横向、扭转位移由风力控制,竖向位移主要由列车重力加载引起。风对桥上列车的运行安全有很大影响:在平均风速为30~40m/s的脉动风作用下,车辆的轮重减载率、脱轨系数和倾覆系数超标,必须给予足够的重视。     

大跨度拱桥拱肋线形调整中的扣索索力优化

将最优化计算理论引入到大跨度拱桥拱肋的线形调整中,采用有限元计算同优化分析相结合的方法来对扣索索力调整量进行逆向求解,解决了线形调整中的索力精确计算问题;索力的优化计算是以拱肋各标高控制点的高程偏差平方和最小为优化目标,拱肋的内力及各个控制点的变位为状态变量,采用一阶分析法对设计变量--索力调整量进行迭代优化;基于ANSYS软件的优化分析功能,将该方法应用到一座钢管混凝土拱桥拱肋合拢前的线形调整中,取得了很好的应用效果.