侧风作用下静动态车-桥系统气动特性数值模拟研究

我国现阶段正处于轨道交通建设的高峰时期,线路中桥梁占有相当大的比重,车辆在桥梁上运行时构成车-桥系统共同承受侧向风的作用,车辆和桥梁间存在着显著的相互气动影响。基于数值模拟方法,对侧向风作用下车-桥体系的空气绕流场进行静动态模拟分析,将静态数值模拟气动力系数与风洞试验结果进行对比,基于动态气动统流特性,提出将桥面上方流场分为6个特征区域,并进一步分析风速和车速对车-桥系统气动特性的影响。分析表明,体系绕流状态具有三维特性,气动力随着车速和风速变化显著。研究结论对车-桥系统绕流及静动态气动荷载的确定具有一定的参考价值。     

双车交会过程的风-车-桥耦合振动研究

侧向风作用下,双车交会过程中车辆和桥梁的风荷载会发生突变。以大跨度悬索桥为工程背景,通过车桥组合节段模型风洞试验,测试不同状态车辆和桥梁各自的气动力系数。针对强风作用下双车交会过程,通过风-车-桥耦合振动分析,对比分析双车交会情况下车辆和桥梁的响应,讨论双车间距、风速、车速等因素的影响。研究表明双车交会时背风侧车辆风荷载突变使车辆的横向响应显著增大。     

不同风向角下方柱气动特性的风洞试验研究

基于刚性模型测压风洞试验,分析了0～45°范围内不同风向角下方柱的气动特性,得到了方柱的平均风压分布、脉动风压分布、平均气动力、脉动气动力、旋涡脱落特性和驰振稳定性随风向角的变化规律.结果 表明:方柱的平均阻力系数和平均升力系数随着风向角的增大均先减小后增大,最后趋于平稳,在15°风向角附近取得最小值;方柱的脉动阻力系...     

风-车-桥系统空间耦合振动研究

风-车-桥耦合振动系统中将自然风作为空间相关的平稳随机过程,车辆采用质点-弹簧-阻尼器模型,桥梁采用有限元模型。在分析风桥间的流固耦合作用、车桥间的接触耦合作用及风对车辆的空间脉动作用的基础上,将风、车、桥三者作为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,提出了一种较为完善的风-车-桥系统空间耦合振动分析模型。基于轮轨接触点处的几何协调条件和力学平衡关系,建立了系统运动方程的分离迭代求解算法。最后以京沪高速铁路南京大桥为工程背景,采用自行研发的桥梁结构分析软件BANSYS对比分析了风-车-桥系统振动特点。     

车-桥耦合系统迭代解法研究

在已有车-桥耦合研究的基础上,推导了车-桥耦合系统的迭代解法.建立了车-桥系统模型,利用ANSYS软件分析单自由度质弹系统车辆模型在通过简支梁桥时桥梁的动力响应.用无量纲参数分析了在车-桥相互作用下,桥梁的位移响应与常力过桥时桥梁位移响应之间的差异.计算结果表明,迭代解法可方便求解车辆桥梁相互作用下,车-桥耦合系统的动力响应,其计算结果与相关文献结果较为一致.     

基于风-车-桥(线)耦合振动的风屏障防风效果研究

为考察风屏障的防风效果,通过风洞试验测试平地路基、高路堤、桥梁三种典型线路上设置不同风屏障情况下车辆的气动力系数,采用风-车-桥(线)耦合振动的分析方法研究车辆的动态响应,讨论风屏障高度、车辆线路位置及线路构造形式等因素的影响。结果表明,风屏障可有效地降低强风作用下车辆的响应,平地路基上设置2.05m风屏障时,车辆运行的瞬时临界风速可达50m/s;车辆的轮重减载率、倾覆系数及竖向加速度对车辆线路位置较为敏感;线路构造形式对背风侧车辆响应影响较大,风屏障高度相同时,高路堤上的防风效果较好。     

上海长江大桥风-轨道车辆-桥耦合振动及抗风行车准则研究

为确定上海长江大桥轨道交通车辆的抗风行车准则,将风、车、桥三者视为一个交互作用、协调工作的耦合动力系统,通过风洞试验测定主梁及车辆的气动参数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS进行风-车-桥耦合动力分析计算。计算结果表明:桥梁和车辆的响应随风速的增大而增大,风荷载对行车的安全性和舒适性有很大影响。当风速小于20m/s时,车辆可按设计车速90km/h运行;当风速在20～30m/s之间时,车速不应大于60km/h;当风速超过30m/s时,应封闭轨道交通。     

榕江大桥涡激共振特性研究

通过常规比例及大比例节段模型风洞试验,对榕江大桥钢箱梁断面的涡振特性进行了研究,并在此基础上分析了栏杆改形、风嘴改形以及两者的综合改形等三种断面优化措施的有效性,结果表明原始断面在+5°和+3°攻角情况下发生了超规范容许值的扭转涡激振动;在采用综合改进的断面优化措施后,±5°攻角范围内没有观察到明显的竖向及扭转涡激振动。     

基于风-车-桥系统的车辆气动力系数对比研究

车辆的气动特性是车辆的行车舒适及行车安全分析的基础。而车辆的气动特性不仅受到车辆外形的影响,还会受到车辆行驶的周围环境影响。基于风-车-桥耦合系统,研究车辆在大跨度桥上行驶时,车辆行驶环境不同时车辆气动特性的差别。分析车辆在桥上行驶路面粗糙度对车辆气动特性的影响,同时研究车辆静止及车辆行驶过程中,车辆气动力系数的差别。结果显示,在研究车辆的气动特性计算车辆的气动力系数过程中,所建立的车辆模型对车辆的气动力系数有较大的影响,在进行车辆的舒适度及车辆行车安全的评价过程中,需要结合车辆所处的自然环境特点,需要分别选取车辆的气动力系数进行研究。     

猫道对大尺寸主缆气动干扰效应风洞试验研究

悬索桥施工期猫道对主缆存在气动干扰效应,从而可能对主缆的驰振性能产生一定影响。文章选取某大跨悬索桥施工期主缆尖顶型和平顶型两种施工方案中共五种工况进行研究。首先,采用3D打印技术制作主缆模型,利用风洞试验方法分别得到不考虑猫道气动干扰影响及考虑猫道气动干扰影响下五种工况的气动力系数,并进行对比分析|然后根据登哈托判据对主缆在-3°～3°风攻角范围内的驰振性能进行分析和对比。结果表明：猫道的气动干扰效应使主缆的阻力系数有所减小,升力系数也发生了明显改变|猫道对0°风攻角时主缆1#和4#驰振性能影响较大,在分析施工期主缆的驰振现象时,猫道的气动干扰效应不能忽略。     

分离式公铁双层桥面桥梁-列车-风屏障系统气动效应风洞试验研究

为探究侧风作用下分离式公铁双层桥面桥梁上、下桥面间气动干扰效应对列车气动效应的影响,在无风屏障和设置风屏障两种情况下,分别针对单独铁路桥和标准间隔高度下的公铁双层桥面桥梁,通过大比例尺节段模型风洞试验测试了列车的气动力系数以及铁路桥面轨道上方的风速剖面变化规律。为了进一步探究公铁双层桥面间隔高度对列车气动效应的影响,测试了多种间隔高度下列车气动力系数以及铁路桥面轨道上方的风速剖面变化规律。结果表明,公铁双层桥面间气动干扰效应对列车气动效应有一定的影响,间隔高度的改变会引起铁路桥面风速剖面以及列车气动力系数的变化,对比分析可知,无风屏障时间隔高度仅需满足铁路桥梁基本建筑限界即可,设置风屏障后,当间隔高度≥15m时,铁路桥面风速剖面以及迎风侧轨道处列车气动力变化趋于平缓。     

上海长江大桥车桥系统节段模型涡激共振试验研究

涡激共振通常都在低风速发生,且涡激共振对断面形式的微小变化很敏感,因此有必要研究车辆对车桥系统涡激共振性能的影响。以上海长江大桥为背景,在同济大学土木工程防灾国家重点实验室TJ-1边界层风洞中进行了1∶60缩尺模型试验,开展了桥面无车状态、桥面有车状态下的两种断面形式以及0°、 3°和-3°三种风攻角共6个试验工况节段模型涡激共振试验研究,并将模型试验结果经过振型修正换算到实桥。试验结果表明:桥面有车状态下的竖弯涡振和扭转涡振中分别伴有相同频率的扭转振动和竖弯振动;桥面有车状态的竖弯涡振和扭转涡振幅值明显比桥面无车状态大;桥面有车状态下的涡振锁定风速区间比桥面无车状态下提前。可见车辆明显改变了主梁的气动外形,且无论从振幅还是振动形态方面考虑,车辆对车桥系统的涡激共振影响是不可忽视的。     

Sectional model test study on vortex-excited resonance of vehicle-bridge system of Shanghai Bridge over Yangtse River

It is necessary to study how vehicles influence the vortex-excited resonance of vehicle-bridge systems, because lock-in wind speed is low and vortex-excited resonance is sensitive to any change in the main girder sections. Based on the Shanghai Bridge over the Yangtse River, the vortex-excited resonance of a 1:60 scale sectional model was tested in a TJ-1wind tunnel, with or without vehicles at the attack angle of 0°, + 3 and − 3°, respectively. The conversion relationships between the resonant amplitudes of the sectional model and that of the prototype bridge were also established by mode shape correction. The result indicates that: 1) for the bridge with vehicles, the vertical vortex-excited resonance is accompanied by torsion vibration with the same frequency, and vice versa, 2) the amplitude of vortex-excited resonance of the bridge with vehicles is much larger than that of the bridge without vehicles, and 3) the lock-in wind speed of the vortex-excited resonance becomes smaller due to the disturbance of vehicles. It is obvious that vehicles bring about changes in the aerodynamic shape of the main girder. Therefore, the influence of vehicles on vortex-excited resonance performance of vehicle-bridge systems, in terms of both amplitude and mode, should not be ignored. __________ Translated from China Civil Engineering Journal, 2007, 40(8): 61–66 [译自: 土木工程学报]     

双幕墙长矩形建筑风荷载特性的试验研究

以节能、生态为理念的双幕墙围护体系已逐步应用于高层办公建筑中。由于双幕墙之间存在通风廊道,因此对于双幕墙建筑有三个受风表面,即外层幕墙的内表面和外表面以及内幕墙的外表面,这使得风载取值变得复杂,目前也无规范可依。本文通过对杭州市某双幕墙办公楼的风洞试验研究,探讨了双幕墙建筑内、外层幕墙的风载取值问题;研究了门厅大跨挑篷风压分布特征,当风从侧面吹向挑篷时,挑篷上、下表面风载与普通屋盖挑篷相同,而当风从正面吹向挑篷时,挑篷上表面出现正风压,并对此现象进行了分析;文中针对该建筑物长宽比较大的特点,比较了大长宽比矩形建筑风载体型系数与规范给出的正方形建筑风载体型系数:当风沿建筑物长向流动时,采用规范给出的正方形建筑风载体型系数是可行的,当风沿建筑物进深方向流动时,其两侧及背风面的负压比正方形的大。     

隧道断面自动测量技术

提出了隧道工程徕卡全站仪断面测量技术，介绍了该测量系统的硬件和软件组成，重点阐述了测量步骤和方法，通过应用范围和优越性的概述，进一步说明了该技术可加快进度，减轻劳动强度，经济效益十分可观。     

Experimental study of aerodynamic interference effects on aerostatic coefficients of twin deck bridges

The aerodynamic interference effects on aerostatic coefficients of twin deck bridges with large span were investigated in detail by means of wind tunnel test. The distances between the twin decks and wind attack angles were changed during the wind tunnel test to study the effects on aerodynamic interferences of aerostatic coefficients of twin decks. The research results have shown that the drag coefficients of the leeward deck are much smaller than that of a single leeward deck. The drag coefficients of a windward deck decrease slightly compared with that of a single deck. The lift and torque coefficients of windward and leeward decks are also affected slightly by the aerodynamic interference of twin decks. And the aerodynamic interference effects on lift and torque coefficients of twin decks can be neglected. __________ Translated from Journal of Hunan University (Natural Science), 2008, 35(1): 16–20 [译自: 湖南大学学报(自然科学版)]     

某高度257 m公寓建筑的风效应及气动抗风措施

采用高频底座测力天平技术,对位于华南沿海城市的一建筑综合体的两栋超高层建筑(主塔和副塔,其高度分别为300 m和257 m)进行了风洞试验,考察了在副塔立面不同位置角区实施不同局部修改(包括凹角、切角和阳台不封闭)时相临主塔和上游高215 m的酒店对副塔横风向效应的影响。结果显示,副塔单体情况下,50 a横风向峰值基底弯矩和10 a重现期最大峰值加速度分别达到10.08 GN·m和0.50 m/s²,综合体的建筑布局可使副塔的峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少64%和54%,但上游的酒店可使副塔最大峰值加速度增加16%;只考虑综合体时,推荐的上部凹角和下部阳台不封闭方案可使副塔的最大横风向峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少20%和15%;考虑所有周边建筑的干扰效应时,推荐方案可使10 a重现期的最大峰值加速度减少12%,且在1～10 a重现期风速作用下的平均减振效果为11%。     

Wind effect and aerodynamic wind resistance measures of a 257 m high apartment building

采用高频底座测力天平技术，对位于华南沿海城市的一建筑综合体的两栋超高层建筑(主塔和副塔，其高度分别为300 m和257 m)进行了风洞试验，考察了在副塔立面不同位置角区实施不同局部修改(包括凹角、切角和阳台不封闭)时相临主塔和上游高215 m的酒店对副塔横风向效应的影响。结果显示，副塔单体情况下，50 a横风向峰值基底弯矩和10 a重现期最大峰值加速度分别达到10.08 GN·m和0.50 m/s²，综合体的建筑布局可使副塔的峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少64%和54%，但上游的酒店可使副塔最大峰值加速度增加16%；只考虑综合体时，推荐的上部凹角和下部阳台不封闭方案可使副塔的最大横风向峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少20%和15%；考虑所有周边建筑的干扰效应时，推荐方案可使10 a重现期的最大峰值加速度减少12%，且在1~10 a重现期风速作用下的平均减振效果为11%。     

Experimental study of aerodynamic interference effects on aerostatic coefficients of twin deck bridges

The aerodynamic interference effects on aerostatic coefficients of twin deck bridges with large span were investigated in detail by means of wind tunnel test. The distances between the twin decks and wind attack angles were changed during the wind tunnel test to study the effects on aerodynamic interferences of aerostatic coefficients of twin decks. The research results have shown that the drag coefficients of the leeward deck are much smaller than that of a single leeward deck. The drag coefficients of a windward deck decrease slightly compared with that of a single deck. The lift and torque coefficients of windward and leeward decks are also affected slightly by the aerodynamic interference of twin decks. And the aerodynamic interference effects on lift and torque coefficients of twin decks can be neglected.