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．     

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.     

基于定常吸气方式的大跨桥梁风致颤振抑制方法

以改善桥梁断面空气动力特性,提高大跨桥梁风致颤振稳定性为目的,提出了基于绕流控制原理的定常吸气方法。以我国虎门大桥为研究对象,采用基于计算流体动力学的数值方法模拟来流风与桥梁断面定常吸气共同作用下的桥梁断面绕流风场。采用Scanlan颤振分析方法分析了该桥梁在定常吸气作用下的颤振稳定性。计算结果表明,吸气作用使主流更加贴近壁面,降低了模型扭转运动下的气动扭矩,定常吸气提高了大跨桥梁的风致颤振稳定性。     

风驱雨作用下桥梁主梁颤振节段模型试验研究

针对风驱雨作用下桥梁主梁的颤振问题,依据风驱雨作用和主梁振动特点,给出了分别考虑雨滴冲击和表面积水后的降雨相似关系,并探讨了其选取原则。选取大跨度桥梁较常采用的典型断面,通过节段模型试验模拟了风驱雨对主梁断面的颤振导数和颤振发生过程的影响。试验结果表明：主梁断面的颤振气动导数随雨强的变化无明显规律,各导数的变化量值相当,随风速增加,降雨引起的导数变化有所加大,但基本没有改变其随风速变化的整体趋势,试验雨强120 mm/h时,模型颤振临界风速会有20%~30%左右的提高,但考虑雨强相似比后可以认为降雨对桥梁主梁的风致颤振失稳特征的影响基本可以忽略。     

基于ANSYS平台的桥梁时域颤振分析

实现桥梁颤振时域分析的关键问题在于气动自激力的时域化.本文首先采用脉冲响应函数结合Roger有理函数对结构断面自激力进行表达,给出了有理函数参数的拟合原理.基于最小二乘拟合原理进行了有理函数参数拟合,并对模拟准确性进行了校核,继而给出时域颤振动力有限元分析过程中断面自激力的递推表达式.随后利用大型商用有限元分析软件ANSYS的二次开发功能,通过编写APDL语言在ANSYS中实现颤振时域分析.最后以一简支梁为例介绍了在ANSYS中实现颤振时程分析的过程,数值算例计算结果和相关文献中报道基本一致.本文研究表明,利用ANSYS二次开发平台进行桥梁气动稳定性能的时域分析是可行的,这一方法可为桥梁结构的颤振稳定性分析提高效率.     

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。     

基于深度学习的钝体断面外形气动性能高效预测方法

对于气动性能,钝体断面的气动外形非常重要,采用传统风洞试验及CFD模拟计算得到钝体断面气动性能需消耗大量时间,大大影响钝体断面气动外形的气动性能评估效率。通过卷积神经网络深度学习技术实现对气动性能的快速预测,深度学习模型训练完成后,输入形状信息和与形状相关的流场信息,即可输出不同几何形状下的阻力系数,进而得到钝体断面的气动性能。为寻找性能最优的深度学习模型,通过综合判定误差和参数量大小对卷积神经网络结构的深度和宽度进行优化。对深度学习模型输出阻力系数与CFD计算结果进行对比发现,误差符合预期要求,并且相较于传统方法,基于深度学习网络的预测所需时间达到数量级的提升,未来可作为钝体断面气动外形优化的关键方法。     

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.     

不同风障形式下桥梁断面行车风环境及颤振性能

为研究不同形式风障下的桥面风环境和结构颤振性能,以主跨为918 m的单箱悬索桥为对象,首先结合CFD数值模拟,比较3种风障下风速剖面及侧风折减系数的变化规律,进一步选取带椭圆形风障的主梁断面和无风障的原始断面开展节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究风障对颤振临界风速和静力三分力系数的影响,最后借助二维三自由度方法分析设置风障前后的颤振发散驱动的变化.结果表明:设置风障能有效地降低行车高度内的平均风速,改善桥面风环境;在对比方案中,矩形断面的侧风折减效果最佳,而椭圆形风障对于侧风的折减效果可接受,且阻力系数小于其他形式;设置椭圆形风障后断面的阻力系数较原始断面提高明显,颤振临界风速小幅度的提高,断面颤振发散机理发生显著变化.     

鄂东长江大桥风致振动三向连续型控制试验研究

以鄂东长江大桥为研究对象,通过风洞试验,获得桥梁理论所需的三分力系数及其导数数值和18个气动导数;采用三向连续型控制器对桥梁风致竖向,横向及扭转振动进行控制。结果表明:三向连续型控制器可明显减小桥梁的竖向、横向及扭转振动,并能明显提高桥梁的颤振临界风速。     

大跨度双层桁架主梁三分力系数识别

采用风洞试验与计算流体力学（CFD）相结合的方法,对某公铁两用斜拉桥双层桁架主梁在?10°~10°风攻角下的三分力系数进行研究. 利用风洞试验技术测试成桥及施工阶段不同风攻角下主梁的气动力,并识别相应的三分力系数;基于标准k-ε双方程湍流模型建立三维数值计算模型,识别不同风攻角下三分力系数结果,并将其与风洞试验结果对比;结合2种方法研究雷诺数、桥面附属物和公路及铁路交通状况等因素对主梁气动特性的影响. 结果表明低风攻角下雷诺数对主梁气动特性影响较小,可忽略不计,并提出了高风攻角下识别双层桁架三分力系数最低雷诺数的建议值;桥面附属物对主梁阻力系数影响显著,下层桥面附属物有效降低了主梁升力系数;公路车辆对主梁气动系数影响较小,迎风侧列车对主梁阻力系数、升力系数影响显著,背风侧列车对主梁力矩系数影响显著.     

大跨度中承式拱桥节段模型风洞试验

风致振动是大跨度中承式拱桥设计的主要控制因素之一,本文介绍了重庆菜园坝长江大桥风洞主桥节段模型静力三分力试验以及节段模型动态试验的主要内容及相应的结果,介绍了由于双拱干扰下的主拱静力三分力试验和涡振试验及其结论。试验表明,桥梁主桥具有良好的气动稳定性,主拱在风载下受力极为复杂。由于前榀拱尾流的影响,后拱阻力系数起伏较大。当两榀拱相距较近时,后拱的阻力系数为负数,随着间距的增大逐渐增大。试验结果将为大桥的抖振、涡振以及颤振分析提供依据。     

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.     

桥梁风工程2019年度研究进展

桥梁风工程是以大跨度桥梁抗风稳定性、风致振动及其控制为主要研究目的,为桥梁抗风设计提供理论基础、方法及手段的技术学科。近年来,大跨度和超大跨度桥梁的迅猛发展促进了桥梁风工程分析理论、试验方法和风振控制技术不断进步,取得了一系列新成果。围绕大跨度桥梁抗风设计中的主要问题,介绍和评述了2019年以来桥梁风工程在桥位风特性现场实测、大跨桥梁非线性颤振特性及计算理论、桥梁抖振计算理论、桥梁涡激振动计算理论及控制技术等方面的主要研究进展。     

大沽河航道桥抗风性能试验研究

采用双梁法力学计算模型对大沽河航道桥的成桥状态及施工状态进行了动力特性分析，依托全桥气弹模型风洞试验，对此独塔自锚式分离双箱梁悬索桥进行了成桥状态和施工状态的颤振及抖振试验，可测定颤振临界风速及抖振响应，据此分析评估该桥的抗风性能。结果表明，该桥县有较好的抗风稳定性，并对同类型桥梁的设计有一定指导作用。     

起重机主梁截面风力系数预测及结构优化设计

为解决传统计算流体力学(computational fluid dynamics, CFD)方法获取港口起重机主梁截面风力系数过程繁琐、难以实现结构快速优化设计的关键技术难题，提出了一种基于卷积神经网络的起重机主梁截面风力系数快速预测模型。本研究所提出的风力系数快速预测模型利用自由几何变形方法处理基础截面形状以获取具有丰富几何特征的起重机主梁截面图形集，并采用CFD方法计算各主梁截面图形对应的风力系数生成数据集。在此基础上，基于数据集训练预测模型并对其网络结构进行优化，建立了主梁截面与风力系数之间的非线性映射关系。此外，进一步将该预测模型与遗传算法结合建立了一种主梁截面优化设计方法，并以数据集内F₁₁截面为例将防风性能作为优化目标测试了该优化方法的准确性和效率。算例测试结果表明，所提出的风力系数快速预测模型在预测各主梁截面的风力系数时平均相对误差为1.87%,预测时间为毫秒量级，比传统CFD方法计算效率有数量级地提升；应用本研究所发展的起重机主梁截面优化设计方法优化后的F₁₁截面较优化前风力系数降低了15.89%,能够极大地提高主梁截面的防风...