大跨度悬索桥施工过程静力抗风稳定性分析研究

笔者以云南澜沧江悬索桥为工程背景,运用增量和迭代相结合的计算方法,对悬索桥加劲梁吊装期间结构静风效应进行非线性分析,得到各施工阶段静力失稳的临界风速和结构效应,研究了风速攻角对结构静力失稳临界风速和结构静风响应的影响,为施工期间静力抗风设计提供理论依据。供同类悬索桥施工期间静力抗风分析提供参考。     

某双塔斜拉桥三维静风稳定性分析

为研究大跨径斜拉组合梁桥的静风稳定性问题,本文以某黄河大桥为背景工程。建立成桥阶段及施工阶段的有限元模型,分析其动力特性,分别得到成桥及施工阶段前五阶振型及频率。通过迭代算法,数值分析大桥三维非线性静风稳定性,得到大桥失稳风速均大于规范的允许值,该桥静风稳定性满足要求。施工阶段风荷载作用下位移大于成桥阶段,因此,施工阶段较成桥阶段更需要注意抗风设计。     

大跨度桥梁空气静力失稳机理研究

在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上提出一种大跨径桥梁空气静力稳定性的计算方法 ,并编制了相应的计算软件BNAP。然后分别对汕头海湾二桥 (斜拉桥 )和虎门大桥 (悬索桥 )的空气静力稳定性进行了计算。从计算结果中主梁跨中点处位移随风速的变化图入手 ,选取几个关键点 ,结合这几个关键点处结构的变形情况和对应的三分力系数变化情况 ,详细探讨了结构空气静力失稳机理     

空间主缆悬索桥非线性静风稳定分析

通过五分量天平测试得到了右汊桥节段模型的三分力系数。借助大型有限元分析软件ANSYS,采用修正的增量与内外两重迭代的方法,对右汊空间主缆悬索桥进行了三维静风荷载数值计算。数值计算结果表明采用空间主缆的右汊悬索桥相对于平行双主缆的悬索桥具有更为优秀的静风稳定性能。设计并加工了缩尺比为1:90.35的右汊桥全桥气弹模型,均匀流中全桥气弹模型的静风稳定性试验结果表明,静风失稳临界风速明显高于设计风速。     

箱梁内腹板高度对斜拉桥静风稳定性的影响

以某主跨1 400 m斜拉桥方案的中央开槽箱梁断面为研究对象,对该断面内侧上腹板高度对斜拉桥静风稳定性的影响展开研究。通过节段模型测力试验,获取了不同断面的三分力系数,然后通过三维非线性静风稳定性分析,获得了不同断面对应斜拉桥在-3°,0°和+3°攻角下的静风失稳临界风速以及主梁跨中位移随风速的变化曲线。研究结果表明:对于所有断面,+3°是静风失稳的最不利攻角;随着内侧上腹板高度的增大,最低静风失稳临界风速由122 m/s降到115 m/s。内侧上腹板高度对斜拉桥静风稳定性有显著的影响,在实际工程设计中,需加以考虑。     

主跨530m斜拉桥主梁气动选型分析

为了寻求主跨530 m大跨度斜拉桥——银洲湖特大桥较佳气动性能的主梁,文章分析了三种不同方案的桥梁结构动力特性,对三种Π型主梁采用数值模拟的方法分析了其气动参数,计算了该大跨度桥梁的静风稳定性和颤振稳定性,对比了三种方案中主梁的静动力性能。结果表明,三种方案桥梁结构的主梁基频基本一致;主梁的静力静风失稳临界风速均远大于静力失稳检验风速,其静风稳定性均满足要求;三种方案的颤振临界风速均大于颤振检验风速,其颤振稳定性满足要求,其中,钢箱梁主梁的颤振临界风速相对最大,叠合梁桥梁的颤振临界风速相对最小。     

风障对大跨度悬索桥静风稳定性的影响

以某大跨悬索桥为对象,基于有无风障风洞测力试验获得的加劲粱三分力系数,进行非线性静风稳定对比分析,发现风障（透风率50％）不会降低大跨度悬索桥的静风稳定性,在某种程度上抑制了静风失稳,尤其是在负攻角和零攻角时.在相同风速下,有风障时主粱跨中横向位移大于无风障时主梁跨中横向位移,这是由于在很大的攻角范围内,有风障时阻力系数大于无风障时阻力系数.     

改进多尺度法在膜屋盖静风稳定分析中的应用

屋盖薄膜由于刚度小、柔度大,在风荷载作用下容易发生大幅振动,当初始预张力不足或跨度比过大时会出现气弹失稳现象,因此气弹失稳的研究需要考虑薄膜振动的强非线性特性。基于此,本文对多尺度法进行改进,引入变换参数,对具有大参数的膜屋盖强非线性振动方程进行解析求解,得出强非线性振动的薄膜屋盖气弹失稳临界风速计算式,并进行参数影响分析。结果表明,失稳临界风速与薄膜振动过程中的幅值相关,且当风速较大时,几何非线性对膜屋盖气动稳定性的影响不容忽略。     

基于薄膜大挠度理论的张拉平面膜结构气动稳定性分析

基于冯·卡门薄膜大挠度理论,采用达朗贝尔原理,结合势流理论和薄翼型理论,建立了张拉平面膜结构在风荷载作用下的非线性气动耦合控制方程,并利用伽辽金法对其进行求解.对其解的稳定性进行判断,得到结构发散失稳的临界风速.通过算例,分析了结构各参数对失稳临界风速的影响.分析表明,张拉平面膜结构气动稳定性受多个参数共同控制,合理控制双向跨度和预张力是提高其气动稳定性的主要手段.     

漩涡脱落引起的悬索桥耦合颤振分析

对由漩涡脱落引起的悬索桥耦合颤振进行分析。采用动网格,将流体、结构和动网格三者形成的耦合系统方程用任意拉格朗日-欧拉形式表示,并采用带有预测值的序列交错法求解该耦合系统。以塔科马大桥为例,采用弹簧类比方法建立动黏性流体网格,对由漩涡脱落引起的大桥耦合颤振进行分析,得到大桥发生扭转气弹失稳和弯曲气弹失稳的临界风速,找出大桥气弹失稳的规律,结果与试验结果符合良好。证明该方法对漩涡脱落引起的悬索桥耦合颤振分析的正确性和有效性。     

抗风缆对双塔单跨悬索桥动力性能影响研究

为研究抗风缆对双塔单跨悬索桥动力性能及抗风稳定性的影响,以某双塔单跨悬索桥为例,建立全桥有限元模型,对抗风缆的布置形式、水平张拉力、不同立面倾角对悬索桥的自振频率、失稳影响进行研究,分析其动力特性和静风稳定性,荷载试验表明:双塔单跨悬索桥设置抗风缆可提高其各关键振型、加劲梁竖弯和扭转频率,增强结构抗风稳定性能;抗风缆水...     

斜风下大跨度悬索桥颤振稳定性研究

为确保斜风作用下大跨度悬索桥的抗风稳定性,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以润扬长江大桥南汊悬索桥为工程背景,在0°和±3°初始风攻角下,分析了斜风下成桥状态和加劲梁从跨中向两侧桥塔对称架设全过程的颤振稳定性,并揭示了斜风作用和静风效应对成桥和施工状态大跨度悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：悬索桥成桥和施工状态的颤振临界风速随着风偏角的增加呈现波动起伏变化特征,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风作用和静风效应不会影响悬索桥施工期颤振稳定性的演变规律,但会显著降低悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性;斜风作用使得成桥和施工状态颤振临界风速的最大降幅平均值分别达到了8.0%和19.6%,而斜风和静风的综合效应则进一步劣化悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性,最大降幅平均值分别达到了11.5%和22.4%,因此大跨度悬索桥成桥尤其是施工状态的颤振稳定性分析必须考虑静风和斜风综合效应的不利影响。     

大跨高墩连续刚构桥静风稳定性评估

为评估大跨高墩连续刚构桥抗风稳定性,同时为大跨高墩连续刚构桥抗风设计提供有效依据,以某连续刚构桥为依托,评估其静风稳定性能。采用Fluent软件计算各截面二分力系数及不同风速下桥梁各截面的静风荷载;并将静风荷载施加于有限元模型,计算了成桥状态和最大双悬臂状态下的扭转角,评估了其静风稳定性能。结果表明:不同风速作用下结构扭转角都非常小,不会发生扭转发散;最大双悬臂施工状态下横桥向气动阻力系数大于4,结构不会出现横向失稳。因此,对于一般连续刚构桥静风稳定问题不是控制连续刚构桥设计的关键因素。     

自锚式吊拉组合体系桥静风稳定性随机分析

为了研究复杂结构体系结构参数不确定性对其静风稳定性的影响,采用响应面法,选择出若干个对因变量影响较大的随机变量参与响应面拟合。利用该方法对大连湾自锚式吊拉组合体系桥静风稳定性进行随机分析。计算分析表明,材料、几何尺寸的变异对大跨自锚式斜拉-悬索组合体系桥静风失稳临界风速影响较为明显,其中主梁截面面积和质量密度的变异最为敏感。所做工作能为自锚式斜拉-悬索组合体系桥结构受力分析及合理设计提供参考,同时为复杂结构体系不确定性参数的随机分析提供相应的思路。     

大跨径斜拉桥静风稳定性的参数研究

随着斜拉桥跨径的不断增大,空气静力失稳现象已引起了人们的广泛重视.本文用作者导出的大跨径斜拉桥非线性静风稳定性的方法,编制了计算软件BNAP.对一座主跨1000m的斜拉桥的静风稳定性进行了参数分析与比较,给出影响大跨径斜拉桥静风稳定性的主要参数.     

考虑缆索风载的悬索桥风效应分析

作用在悬索桥大缆和吊杆上的风荷载相对于主梁上的风载要小得多,因此在进行悬索桥静风稳定分析和颤振稳定分析时经常不予考虑。但随着悬索桥跨径的不断增大,缆索长度和直径的增加导致作用在其上的风载也相应增加,缆索风载对悬索桥静风稳定和颤振稳定的影响将变得不容忽视。以某大跨悬索桥为例,探讨了缆索风载对其静风稳定和颤振稳定的影响。     

澧水河大桥施工猫道的非线性静风响应分析

基于澧水河悬索桥施工猫道节段模型的静力三分力风洞试验,考虑猫道的几何非线性和静风荷载的非线性,采用增量与内外两重迭代相结合的方法,利用ANSYS参数化设计语言APDL编制了能够精确求解悬索桥施工猫道非线性静风响应的程序.在此基础上,建立了澧水河大桥猫道的有限元模型,进而对其进行了三维非线性静风稳定性分析,并计算了不同风速下的澧水河大桥猫道不同桥轴线位置处的静风响应.结果表明:猫道发生静力扭转失稳的原因是空气力矩的作用使猫道面层处于正攻角;最大扭转变形则发生在跨中2个横向通道之间,是猫道各组成部分中最容易发生静风失稳的构件.     

高深峡谷斜拉桥施工期静风稳定性分析

基于非线性静风稳定性分析方法,结合高深峡谷地形下非线性风场环境的影响,对斜拉桥施工期静风稳定性进行分析研究。通过数值模拟对比不同工况下的结构变形位移,分析得出：非线性风场对斜拉桥的施工期影响较大,其中非线性风场中决定因素是非线性风攻角;斜拉桥最大单悬臂状态为施工期最不利状态;斜拉桥施工期最不利状态比成桥期更容易发生静风失稳;斜拉桥悬臂长度相同的情况下,单悬臂比双悬臂的静风稳定性更高。     

抗风缆布置形式对双塔单跨悬索桥动力特性及静风稳定性的影响研究

以某双塔单跨悬索桥为例,建立全桥有限元模型,对抗风缆布置位置、布置形式和不同立面倾角对悬索桥的自振频率、侧倾失稳的横向位移以及扭转失稳的竖向位移、扭转位移的影响进行研究,分析其动力特性和静风稳定性。结果表明:抗风缆在不同布置位置对加劲梁横弯、竖弯以及扭转振型频率都有较大幅度提升;立面倾角增加可提高结构固有频率;设置抗风缆可增强结构抗风稳定性能,减小其相同风速下侧倾失稳横向位移和扭转失稳时的竖向位移和扭转位移。研究结果可为类似工程提供借鉴。     

大跨径缆索承重桥梁非线性空气静力稳定理论

汕头海湾二桥模型在风洞试验过程中意外的发生了静风失稳现象.为了彻底探明这一现象,首次提出了非线性空气静力稳定理论.通过运用所编制的程序对这一实例展开深入、全面的力学分析,获得了与试验极为接近的力学行为及临界风速值,并探明了失稳的力学机理,从而初步证明这一理论的适用性及程序的正确性.