大跨度悬索桥钢桥塔压杆涡振CFD研究

采用有限元分析方法,以国内某大跨度悬索加劲钢桁梁桥为研究背景,对主塔钢压杆涡振性能进行研究。采用基于RANS方法的k-wSST湍流模型,开展了塔柱压杆钝体断面的气动稳定性CFD数值模拟计算,得到了断面的自激气动力系数以及周围流场信息。计算结果发现压杆断面在尾流区存在明显漩涡脱落,有可能引发涡激振动现象,对构件的耐久性造成损伤。     

钢管-钢管混凝土复合桥塔抗风性能试验研究

采用钢管-钢管混凝土复合桥塔可减轻桥塔自重,设计出更轻盈多样的结构造型,为分析桥塔抗风自立状态的抗风性能,采用MIDAS软件对该桥塔进行了抗风性能数值分析,并制作1:100的缩尺气弹模型进行风洞试验,研究桥塔的涡振、驰振和抖振响应.结果表明:在该桥塔自立状态风洞试验中未发现明显的涡振和驰振现象,紊流场中桥塔抖振响应也很...     

广州南沙凤凰三桥主桥抗风性能研究

采用风洞试验和CFD相结合的方法对主跨308m的广州南沙凤凰大桥抗风性能进行研究,具体包括主桥结构动力特性计算、主梁断面节段模型试验、拱肋阻力系数CFD计算、主桥结构风荷载计算以及全桥气弹模型试验等,研究表明该桥主桥结构具有足够的颤振稳定性,主梁涡振性能满足规范要求,成桥状态拱肋未发现明显的涡振现象。     

半开口分离双箱梁涡振性能及其气动控制措施研究

基于某主跨820m混合梁斜拉桥,利用刚体节段模型风洞试验结合计算流体动力学(CFD)数值模拟,系统研究了半开口分离双箱梁的涡振性能并进行一系列气动控制措施的探讨。该断面成桥状态在+3°或+5°风攻角下会产生大幅竖弯涡振,来流上游侧检修道栏杆处的气流分离起主导作用,检修车轨道对竖弯涡振有放大作用,这主要源于其后方连续产生的小尺度漩涡在断面下部开口内汇聚,形成了能量集中的大尺度漩涡。采用不同形式的检修道栏杆或改变风嘴角度对竖弯涡振控制效果不理想,将风嘴向外延伸可以有效降低振幅,但要保证检修道栏杆不移动,工程实用性较差。下中央稳定板基本没有抑制效果|水平翼板和抑流板都能有效控制竖弯涡振,其中水平翼板可以延缓漩涡能量的集中降低涡振振幅,但不能完全抑制振动,而且大攻角下会延长涡振风速区间|抑流板则直接通过抑制断面上表面漩涡的形成而有效控制涡振发生。     

独塔单索面大跨度斜拉桥风洞试验研究

非对称式独塔斜拉桥结构新颖、造型美观,在桥梁工程中有着广泛的应用。以主跨200 m的八尺门独塔斜拉桥为工程背景,在结构动力特性分析的基础上,采用节段模型风洞试验对其成桥和施工两种状态下的颤振和涡振性能进行了详细的研究。节段模型风洞试验表明,由于主梁采用了气动性能较好的流线型断面,其颤振和涡振稳定性均满足规范要求。     

风嘴对流线形钢箱梁涡振性能影响试验和CFD研究

为了研究风嘴对流线形钢箱梁涡振性能的影响，以顺德斜拉桥为工程背景，通过节段模型测振风洞试验研究流线形钢箱梁涡振性能，研究发现：原设计断面在成桥状态出现超过规范限值的竖弯涡振和扭转涡振；为提高风洞模型试验效率，首先采用CFD的方法分析了62°、50°和40°风嘴对断面流场特性的影响，结果表明小角度风嘴可以进一步强化断面流线形、降低迎风侧的负压力并改变断面漩涡的规模和位置。随后通过主梁节段模型风洞试验验证了40°风嘴的气动优化措施能较好地消减涡振，该研究可为流线形钢箱梁涡振性能研究提供参考。     

双塔单索面斜拉桥自振特性测试及分析

广州海印桥为主跨175m的双塔单索面斜拉桥,基于有限元分析结果对海印桥进行自振特性测试,分析结构形式对动力特性的影响,并将基频分析结果与规范取值进行比较,同时结合该桥的自振特性实测结果,评价该桥的动力性能,研究表明:该桥的自振特性为低频小阻尼振动,采用规范计算的竖向弯曲基频与有限元分析数值及实测值均比较接近,结构设计合理且具有良好的动力性能;单索面斜拉桥采用塔梁墩固结形式能有效提高结构的抗扭性能,顺桥向倒Y型桥塔及双排柔性墩的单索面斜拉桥其顺桥向抗侧刚度及桥塔的侧向刚度均较小,主塔、柔性墩的纵横向振动相当明显。     

倒角方形桥塔驰振特性分析及控制措施研究

文章以在建的某斜拉桥倒角方形截面桥塔为工程背景,对该桥桥塔的风致振动性能进行了研究,试验表明,原始断面的桥塔会出现驰振。随后在桥塔倒角处分别加设圆弧形导流板和矩形垂直翼板,进行了裸塔状态的气弹模型风洞试验,印证了圆弧形导流板或者矩形垂直翼板均可以有效提升倒角方形桥塔驰振临界风速的观点。     

闭口钢箱梁悬索桥涡振多尺度模型风洞试验

闭口钢箱梁悬索桥涡振对行车安全、结构耐久和行人舒适度等十分不利。模型风洞试验是研究悬索桥涡振的主要手段。由于涡振对断面气动外形、结构阻尼和雷诺数较为敏感,节段模型和全桥模型涡振试验中都存在缩尺效应。基于闭口钢箱梁悬索桥1∶122全桥气弹模型、1∶60小尺度节段模型和1∶20大尺度节段模型等三组风洞试验发现模型试验中涡振的尺度效应表现为尺寸增大后涡振风速锁定区间变窄并提前但振幅降低。全桥模型试验主缆涡激力激发了加劲梁桥塔和主缆三者高风速涡振现象。     

基于大涡模拟的三维高层建筑结构气弹响应数值模拟

以宽高比为1∶6的方形截面高层建筑为研究对象,采用弱耦合分区交错算法,流体域采用大涡模拟方法,进行了紊流边界层风场内三维高层建筑结构多自由度模型的气弹数值模拟,计算中考虑了来流紊流,以及结构的顺、横风向响应。将结构静止时大涡模拟结果与刚性模型测压风洞试验进行比较,验证了该方法在准确预测结构风荷载方面的可行性。通过与气弹模型风洞试验结果的比较表明,本文数值分析方法可用于求解风与结构的相互作用,且具有较高的精度。进行了高折减风速下的气弹数值模拟,研究了结构顶部顺、横风向位移响应随折减风速的变化规律。结果表明：结构风振气弹响应主要为来流紊流引起的顺风向抖振和旋涡脱落引起的横风向涡激振动;折减风速较小时,结构顺、横风向位移振幅相当,且位移响应均相对较小;随着折减风速的增加,结构位移响应增大,横风向涡激振动逐渐占据主导地位,并经历了从“拍”到“涡激共振”的转化。     

超高桥塔的气弹模型风洞试验及其等效静力风荷载

为研究超高桥塔的气弹模型风洞试验方法及其等效静力风荷载,根据某实际工程中的超高桥塔建立了有限元模型,进行了动力特性计算,进而设计了相应的气弹模型,并开展了风洞试验。在此基础上,开展了超高桥塔风致振动的非线性时程计算,并基于阵风荷载因子法,对比了以位移、内力和应力为单一目标的超高桥塔的等效静力风荷载。结果表明：斜风作用下的桥塔风致振动比较显著,其影响随着风速的增大而愈加明显;当风向角为75°～90°时,超高桥塔将在风速为35～50 m·s^-1的区间发生顺桥向的侧弯涡振,但幅值较小;基于应力的阵风荷载因子比基于位移或内力的阵风荷载因子更加稳定,这使得基于应力的等效静力风荷载要优于基于位移或内力的等效静力风荷载,比较适合于超高桥塔。     

钝角风嘴箱梁涡振性能及其气动控制措施研究

某大跨度钢箱梁市政悬索桥主梁风嘴短而钝,箱梁底部有检修车轨道,主梁竖向及扭转涡振明显。文章基于1∶50节段模型风洞试验,结合计算流体动力学(CFD)数值模拟,以均匀来流为风洞试验条件,研究了栏杆、导流板和风嘴等对主梁涡振性能的影响,并提出了最优方案。研究表明,风攻角的变化会使涡振锁定风速和振幅均产生变化;栏杆隔三封一能有效地抑制主梁涡振,但可能会影响市政桥梁的美观;加设小风嘴有利于减小甚至消除涡振,且其施工简单,便于工程应用。     

分离双箱主梁涡激振动性能研究

通过节段模型风洞试验,并对某长江大桥初设方案的涡激振动抗风性能进行了定量分析,试验结果表明:该方案主梁涡激振动问题比较严重,并基于数值模拟方法模拟了气流流过桥梁断面的绕流变化,提出了改善主梁涡振性能的措施,优化后主梁断面的风洞试验结果表明:优化后的主梁具有较好的抗风稳定性。     

复杂造型桥塔风荷载的数值风洞模拟

随着人们对桥梁结构美学的广泛关注,某些缆索承重桥梁的桥塔造型日趋复杂化。针对某双索面悬索桥的桥塔,通过规范和数值风洞技术两种方法对该桥塔所承受的横桥向和顺桥向风荷载进行了研究,采用计算流体力学方法模拟了桥塔周围的三维流场。根据桥塔的造型变化将其分为16个分块,获得了不同风向角下各分块的体型系数。运用有限元软件ANSYS建立了该桥塔的三维空间模型,采用已获得的体型系数对该桥塔施加风荷载,对不同方法下桥塔的内力和位移进行了计算。结果比较表明,对于复杂造型桥塔,规范方法无法考虑复杂桥塔截面以及塔柱之间的相互影响,计算结果误差较大。采用数值风洞技术对复杂造型桥塔进行三维绕流模拟,是获得其桥塔风荷载的重要途径。     

斜拉桥钢箱梁涡振性能风洞试验研究

针对钢箱梁斜拉桥,通过节段模型的风洞试验,研究了其成桥状态主梁的涡振性能。试验结 果表明,该桥在风攻角α=0°、+3°、-3°下均发生了明显的扭转涡激振动,其振幅在容许范围内;在α=+3° 下发生了较大竖向涡激振动,且竖向涡振振幅超过了容许值。最后,对该桥提出了抗风性能的改善措施。     

基于大尺度节段模型的悬索桥涡激振动控制气动措施研究

针对扁平钢箱梁悬索桥,通过节段模型的风洞试验,研究了其成桥状态主梁的涡振性能。试验中,采用风攻角α=0°、 3°、-3°研究该桥涡激振动特性,以及研究采用导流板气动措施制振效果。     

一维钝体竖向涡激振动拍振响应及涡激力识别

涡激振动是在低风速下很容易出现的一种风致振动现象,一维钝体涡激振动具有自激、自限特性。拍振则是涡激振动一种典型形式,为钝体固有频率和涡脱频率共同作用结果。拍振理论研究目前为止仍未有满意结果;主要通过数值计算方法和风洞试验进行研究,数值计算难度很大难以实现;风洞试验研究较直观,但不能解释其作用机制。基于Scanlan非线性模型,采用KBM法(渐近法)推导一维钝体竖向涡激振动拍振响应一次近似解,探讨通过拍振时程响应曲线识别气动参数、涡激力方法。最后,以一大跨度桥梁主梁节段模型风洞试验为例,识别气动参数及其非线性涡激力。     

桥梁箱型吊杆涡振与驰振耦合振动的数值模拟

为研究桥梁箱型吊杆涡振与驰振耦合状态下的风致振动机理,基于某大跨度钢桁架拱桥大长细比箱型吊杆的节段模型风洞试验参数与试验结果,采用计算流体动力学（CFD）软件FLUENT对模型的耦合振动进行了数值模拟,通过FLUENT的后处理功能进一步研究分析了不同振动状态下的气动力和尾流旋涡特征信息。研究结果表明:数值计算得到的风振曲线与试验的实测结果吻合良好,在涡振与驰振的耦合振动过程中,随着振动幅值的不断增大,尾流旋涡脱落由小振幅阶段规则的卡门旋涡形态转化为大振幅阶段的复合模态特征,气动升力也由小振幅阶段的单频特征逐步转化为大振幅阶段的多频特征。     

大跨度城市轨道交通斜拉桥主梁气动特性CFD研究

以某大跨度斜拉桥为背景,采用大型商用软件CFD进行数值风洞模拟,得到了斜拉桥主梁截面三种形式的气动特性参数,即三分力系数、车桥组合下的三分力系数以及颤振导数,讨论了其随攻角和风速变化的规律及原因,考查了车辆存在对主梁断面气动特性的影响,并进一步由升力系数功率谱曲线分析了主梁的涡振性能,通过三种主梁截面的气动特性对比研究,可进一步对主梁截面进行优化设计,所得结论对大跨高墩轨道交通斜拉桥的主梁截面形式选取具有一定指导意义。     

钢-混叠合梁非对称独塔斜拉桥风致响应性能研究

为了研究钢-混叠合梁非对称独塔斜拉桥的抗风性能,文章以某主跨200 m的斜拉桥为背景,通过节段模型风洞试验测试了断面在成桥态和施工态下的颤振临界风速和颤振导数,采用三维颤振分析方法计算了断面的颤振临界风速,最后采用CQC抖振分析方法计算了该桥的抖振位移响应。结果表明:三维颤振分析与风洞试验得出的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,表明桥梁具有良好的颤振稳定性;断面在成桥态和施工态下的抖振响应很小,且最大抖振位移对应的峰值加速度满足舒适度要求。