竖弯涡振控制的调谐质量阻尼器TMD参数优化设计

针对传统调谐质量阻尼器(TMD)的参数优化方法中无法考虑涡激气动力的气动阻尼和气动刚度效应这一问题,通过“类半带宽法”识别线性涡激力模型中相关气动参数,提出考虑涡激力气动阻尼和气动刚度效应的TMD参数优化设计理论模型.以厦漳跨海大桥为工程背景优化设计了用于涡振控制的TMD参数,研究涡激力气动阻尼和气动刚度对TMD最优频率比和阻尼比的影响,并通过风洞试验验证了TMD的涡振控制效果.研究发现,涡激力的气动阻尼和气动刚度效应会对用于涡振控制的TMD最优频率比和阻尼比产生一定的影响,从而影响最终的涡振控制效果.     

水平和竖向间距对双矩形断面涡振性能的影响

为了研究双矩形断面间显著的气动干扰问题,本文开展了一系列节段模型风洞试验,研究了宽高比为5:1的双矩形断面的涡振性能.采用动态测振和测压试验技术,从涡振响应及平均和脉动风压系数分布2个方面系统研究了水平和竖向间距对双矩形断面涡振响应的影响,得出不同间距影响的规律.结果表明:小水平间距下双矩形断面的竖弯涡振响应较大;而水...     

斜拉桥Π型开口断面主梁气动选型风洞试验

型钢-混凝土开口Π型主梁断面是目前斜拉桥中广泛应用的一种形式,由于其钝体断面特性,容易出现风致振动问题,需要对其断面进行优化．以某主跨300 m的斜拉桥为工程背景,通过一系列节段模型风洞试验,对3种Π型结合主梁断面进行风洞试验研究,比较了它们的颤振和涡振性能,得到了一些有益结论:在很多情况下,气动外形对Π型主梁颤振和涡振性能的影响不同,在气动选型中应综合考虑;与均匀流场相比,紊流场的脉动分量抑制了漩涡的规律性脱落,使得主梁断面发生涡振的机率和涡振振幅都大大减小．     

分体式钢箱梁涡激振动控制试验

目的 以分体式钢箱梁断面为研究对象,研究涡激振动控制措施,提出一新型的控制涡激振种动的格栅板形式.方法 采用大尺度节段模型风洞试验,研究成桥状态该桥的涡激振动特性,并分析不同格栅板样式和空隙率对随风速变化的涡振振幅的影响.结果 中央开槽断面的涡振性能较差,成桥状态涡振最大振幅达31.2 cm,加设50%空隙率格栅板后,涡振的振幅降低到10 cm以下.格栅板是一种有效的控制涡激振动的措施,格栅板的空隙率越小,抑制涡振的效果越好.结论 空隙率相同时,顺桥向格栅和交叉格栅的抑振效果差不多,顺桥向格栅板抑制效果略好.     

流线闭口箱梁断面涡振过程分布气动力演变特性

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下较常见的风致振动现象,探究涡振机理是桥梁涡激振动效应评价与控制的重要前提.为深入研究涡振机理,立足于涡振发展的完整过程分布气动力与结构行为同步演变特性分析,深入揭示了分布气动力及其结构行为作用机制.以典型大跨度桥梁闭口流线型箱梁断面为对象,实现了弹性悬挂节段模型同步测力、测振和测压风洞试验.针对典型涡振过程风速关键结点,对比研究了涡振发生前、锁定区上升区、振幅极值点、下降区以及涡振后等不同时期箱梁表面分布气动力演变特性.研究表明,涡振过程箱梁分布气动力特性具有明显的变迁历程,集中体现在涡振锁定区内外表面气动力特性具有显著差异,压力系数根方差、振动卓越频率处压力系数等统计参数与涡振振幅高度相关,气动力与涡振振幅具有明显同步演化关系,尤其是上表面下游、下表面与下游风嘴转角附近区域气动力演变特性显著,是引起涡振的主要原因.该研究为涡振机理研究提供了一种新的思路和方法,未来可应用于其他类型主梁断面.     

矩形截面高层建筑横风向等效静风荷载分析

高层建筑横风向风振响应和等效静风荷载备受风工程和结构工程领域的关注。横风向风荷载产生机理复杂,一般认为主要来源于紊流、尾流及旋涡脱落和气动阻尼。横风向风振主要是旋涡脱落下的涡激振动,各国规范大都规定圆柱体横风向涡激振动是确定性振动,非圆截面要依据风洞试验确定。该文综合众多试验研究,提出了在准定常理论不适用情况下的随机振动分析方法,建立了超高层建筑的横风向等效静风荷载的计算模型。引入横风力谱,考虑气动阻尼,对某矩形截面建筑进行了等效静风荷载分析,并对相关参数进行了分析。分析结果表明,按随机振动理论建立计算模型是可行的,当计算横风向风振响应时,应适当考虑正气动阻尼的影响,使计算结果更具真实性。     

基于Hilbert-Huang变换的大跨屋盖气动阻尼识别

当风流经大跨柔性屋盖时，屋盖在内外压共同作用下表现出显著的流固耦合特性.根据Hilbert-Huang变换的特点，在比较多种气动阻尼识别方法的基础上，提出联合采用经验模态分解法(EMD)、改进的随机减量法(MRDT)和Hilbert变换法(HT)进行大跨屋盖气动阻尼识别研究，并详细阐述了联合法的技术原理.通过大跨屋盖气弹模型风洞试验，将采集的信号经EMD法得到各阶模态响应(IMF)，提取主要IMF经过MRDT、HT及带通滤波技术，识别出屋盖在四周封闭和突然开孔两种状态下的气动阻尼和固有频率.研究了在不同风速下屋盖气动阻尼的变化特性.在突然开孔时，气动阻尼对屋盖风致振动的影响不可忽略     

斜拉桥П型开口主梁断面抖振性能比选

为获得斜拉桥П型开口主梁断面在脉动风作用下的合理气动外形,在风洞试验的基础上进行了抖振性能比选.首先,以一主跨300 m的斜拉桥为原型,设计了3组不同的П型主梁断面;其次,进行了节段模型测力、测振风洞试验,获得П型主梁断面在不同风攻角下的静风三分力系数和颤振导数等气动力参数;最后,以上述气动力参数为基础,采用同时考虑自激力和抖振力的计算模型对不同П型主梁断面的抖振性能进行比选分析.结果表明:不同外形主梁的抖振响应不同,通过改变外形可以改变П型主梁在任一自由度上的抖振性能,但对竖向、侧向和扭转自由度的影响往往很难同时达到最优.П型主梁断面合理气动外形的选择,应根据斜拉桥受力特性,综合考虑颤振、涡振和抖振性能后确定.     

基于大涡模拟增设气动措施冷却塔风荷载频域特性

为了研究带气动措施的大型冷却塔风荷载频域特性,采用大涡模拟(LES)技术计算得到不同气动措施下冷却塔外表面风荷载时程,将典型断面的平均和脉动风压与国内外实测及风洞试验结果进行对比,验证了大涡模拟的有效性.对平均风压分布曲线、典型断面涡量图、脉动风荷载的功率谱、相关系数及相干函数等频域特性进行研究,分析不同气动措施对大型冷却塔外表面平均风压流场特性和脉动风压频域特性的影响.结果表明:增设气动措施导致塔筒下部进风口区域平均风压局部增大,以弧形导风板最明显;脉动风荷载能量主要集中在低频区域,迎风面测点脉动风能量相对较大;增设气动措施导致塔筒表面风荷载频谱特性更加复杂,风荷载功率谱出现多个峰值点;迎风区测点之间脉动风压相关性较高,增设气动措施对相关系数影响较大,其中导风板的相关系数均达到了0.62以上;测点之间相干性均表现出随频率上升而增大的趋势,并且频率达到0.4Hz后,相干函数接近1.     

基于CFD的双幅桥梁气动干扰效应数值仿真

与孤立的单幅桥主梁相比,双幅桥梁的主梁气动特性发生改变,这在桥梁抗风设计中不容忽视.针对此问题,基于计算流体力学方法,以主跨径290m、最大墩高141m的北盘江特大桥为工程背景,对双幅桥主梁三分力系数气动干扰效应进行了数值仿真分析.首先,采用FLUENT建立了主梁和流域计算模型,并与风洞试验进行对比,验证模型及计算方法的准确性;然后,改变主梁间距、风速和风攻角等参数,研究其对双幅桥主梁三分力系数干扰效应的影响,得到了气动干扰因子随风速变化的曲线.研究结果表明:下游主梁气动干扰效应比上游主梁显著;主梁间距越小气动干扰效应越大;风攻角和风速对气动干扰效应有着复杂的影响.     

大攻角及桥面粗糙度对扁平钢箱梁涡振性能的影响

为探究大攻角及桥面粗糙度对扁平钢箱梁涡振性能的影响,对寸滩长江大桥主梁进行了风洞试验。应用Matlab软件模拟桥面粗糙度变化范围,根据模拟结果选取对应的砂纸在试验中模拟桥面粗糙度,分析了攻角及桥面粗糙度对扁平钢箱梁涡振区间及幅值的影响。试验研究表明:在大攻角下扁平钢箱梁的涡振振幅和范围明显增大,对桥址位于山区等容易发生大风攻角的地区的桥梁应进行大攻角试验。扁平钢箱梁的涡振响应随着桥面粗糙度增大而减小。正攻角范围内,桥面粗糙度对涡振响应的影响随着攻角减小而增大。桥面粗糙度发生变化时,扭转涡振响应更加敏感,变化幅度大于竖向涡振响应变化幅度。     

大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁风雨致涡激振动问题,以某一分离式双箱主梁桥梁及其闭口主梁型式桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建风雨联合作用试验系统,完成风雨联合作用下大跨桥梁节段模型涡激振动试验.试验结果显示:不同雨强下,开口节段模型涡激振动的起振风速及锁定风速基本一致,但最大振动幅值有一定差别.不同雨强下,闭口节段模型随机振动的振动时程有一定差别,且随着风速增大,振动幅值增大.开口节段模型风雨联合作用下的位移幅值大于单一风作用下的位移幅值,最大增量可达1/4.得出结论:降雨增大了桥梁主梁涡激振动幅值;闭口节段模型相对开口节段模型在抵抗涡激振动方面性能更优良.     

Effects of fundamental factors on coupled vibration of wind-rail vehicle-bridge system for long-span cable-stayed bridge

In a wind-vehicle-bridge(WVB) system,there are various interactions among wind,vehicle and bridge.The mechanism for coupling vibration of wind-vehicle-bridge systems is explored to demonstrate the effects of fundamental factors,such as mean wind,fluctuating wind,buffeting,rail irregularities,light rail vehicle vibration and bridge stiffness.A long cable-stayed bridge which carries light rail traffic is regarded as a numerical example.Firstly,a finite element model is built for the long cable-stayed bridge.The deck can generally be idealized as three-dimensional spine beam while cables are modeled as truss elements.Vehicles are modeled as mass-spring-damper systems.Rail irregularities and wind fluctuation are simulated in time domain by spectrum representation method.Then,aerodynamic loads on vehicle and bridge deck are measured by section model wind tunnel tests.Eight vertical and torsional flutter derivatives of bridge deck are identified by weighting ensemble least-square method.Finally,dynamic responses of the WVB system are analyzed in a series of cases.The results show that the accelerations of the vehicle are excited by the fluctuating wind and the track irregularity to a great extent.The transverse forces of wheel axles mainly depend on the track irregularity.The displacements of the bridge are predominantly determined by the mean wind and restricted by its stiffness.And the accelerations of the bridge are enlarged after adding the fluctuating wind.     

风洞在桥梁抗风研究中的应用

桥梁应具有抵抗风作用的能力,风对桥梁的作用不单纯是平均风的静力作用,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振、抖振、涡激振动等空气动力问题.通过风洞模型试验来确定桥梁风荷载和抗风性能是大跨度柔性桥梁抗风研究的主要手段.风洞试验主要包括桥梁节段模型静力试验、节段模型动力试验、全桥气动弹性模型试验等几个方面.     

Vertical dynamic response of the ballastless track on long-span plate-truss cable-stayed bridges

An analytical model is presented to study vertical dynamic response of the ballastless track on long-span plate-truss cable-stayed bridges based on an explicit dynamic analysis method.In the model,the train,ballastless track and bridge are treated as a coupled vibration system with interaction.By simulating the dynamic process of the system,this paper discusses the distribution law of dynamic responses of the bridge deck and the bed slab.It shows the necessity of a base plate for the ballastless track on the long-span plate-truss cable-stayed bridge.Comparison of the influence of different train speeds and stiffness of the elastic vibration-damping pad on the dynamic responses of the bridge deck and the bed slab is also made.The reasonable stiffness value of elastic vibration-damping pad is proposed.     

大跨中承式钢管混凝土拱桥极限承载能力

分析了大跨中承式钢管混凝土拱桥在设计荷载工况作用下的静力失稳全过程,对其受力特性及破坏机理进行了探讨,并对桥面系非保向力作用对结构稳定性的贡献进行了讨论。结合ANSYS软件的分析功能,对一360 m跨的中承式钢管混凝土拱桥进行了荷载工况-恒载+全跨双向汽车荷载+全跨双向人群荷载+风荷载-作用下的极限承载能力分析,通过内力、变形等指标描述了算例的静力失稳全过程。分析结果表明,结构达极限荷载时发生的面外失稳破坏属于典型的极值点失稳问题,在此过程中,桥面系对拱肋的非保向力作用对结构面内、外刚度均有贡献,且在拱肋弹性受力阶段贡献更大。     

基于脉冲激励响应的风力机叶片结构阻尼计算

针对大型风力机叶片气弹振动问题,提出一种基于脉冲响应的大型风力机柔性叶片结构阻尼有效分析方法.采用一种5自由度的超级单元,将柔性叶片离散成由若干超级单元构成的多体系统,基于计算多体系统动力学中的R-W方法建立了叶片的动力响应模型.以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机叶片为研究对象,通过分析叶片在脉冲激励下的动力学响应得到其传递函数,由半功率带宽法计算叶片在静止和运转工况下的挥舞与摆振结构阻尼,从而为确定叶片气弹稳定性的边界提供依据.该研究对于指导叶片结构与气动外形设计、帮助确定其气弹稳定性边界具有重要意义.