风雨耦合作用下桥梁主梁涡振节段模型试验

针对风雨耦合作用下桥梁主梁的涡激振动问题,首先从降雨特性及其对结构的作用入手,考虑雨滴冲击和降雨引起的结构表面积水,探讨了对应模型与原型雨强相似比,并依据主梁振动和降雨设备的特点对相似关系作了适当简化,然后以4类典型主梁断面为例,实现了不同雨强和攻角下的节段模型动力特性与涡激振动试验。结果表明:随着雨强增大,结构振动频率有所降低,而阻尼比有所增加,试验雨强为120 mm·h-¹时,频率降低1.5%~3.5%,阻尼比增加了0.05%~0.15%,考虑雨强相似比后实际降雨对频率的影响可忽略,对阻尼比的影响也相当小;涡振的起始和结束风速以及区间数目基本不随雨强的变化而变化,但有雨时的振幅比无雨时小,试验雨强较大时,振幅减小明显,考虑雨强相似比后试验雨强120 mm·h^-1的原型值均超过615 mm·h^-1左右的中国雨强极值,其对涡振响应的影响非常有限。     

桥梁主梁风雨致静力试验研究

利用在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,在不同风速和雨强组合作用下进行节段模型的静力三分力试验.通过分析不同雨强下节段模型的静力三分力系数,获取桥梁主梁断面在风雨联合作用下的静力特性.试验表明:随着雨强的增大,节段模型阻力系数增大,升力系数稍有变化,而扭矩系数基本不变,并进一步分析系数变化原因.     

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120mm/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。     

风雨联合作用下大跨桥梁颤振稳定性试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁颤振稳定性,以一开槽双箱梁桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成基于自由振动法的节段模型颤振试验。通过分析不同雨强下该桥梁主梁的颤振导数以及颤振临界风速,进而获取降雨对大跨桥梁颤振稳定性的影响规律。试验结果显示:颤振导数随雨强变化而变化,其中体现扭转气动阻尼特性的颤振导数变化较为显著,随雨强增大,颤振临界风速先增大后减小。试验结果表明:降雨对大跨桥梁的颤振导数以及颤振临界风速均有一定影响。     

建筑结构风雨场特性的试验研究

考虑降雨对建筑结构风致作用的影响,首要问题是掌握结构在风雨联合作用下的风雨场特性。本文通过在大气边界层风洞洞体中内置降雨系统,建立风雨联合作用系统,并搭建风雨场信息采集系统,在不同风速和雨强组合下进行风雨联合作用试验,采集并分析风雨场的风特性。结果表明:随雨强的增大平均风速、湍流强度表现为先增大后减小,顺风向脉动功率呈下降趋势,且波动幅度增大。     

强降雨对边坡稳定性的影响分析

针对黄土边坡在降雨条件下的稳定状态变化,分别以边坡比、降雨强度和降雨持时为变量构建了200个降雨模型。基于Fredlund理论结合有限元数值模拟软件和土力学方法,分析在24 h内不同坡度边坡的体积含水率和孔隙水压力随雨强和降雨时间的变化而产生的变化,并通过极限平衡理论求得由于雨强和坡度变化后的边坡稳定性系数。结果表明:不同雨强下边坡达到失稳状态的降雨时间不同;在边坡坡度不同的情况下,随着雨强的增大其相对应的稳定性系数会逐渐减小;随着降雨历时的增加,坡肩和坡脚的体积含水率等值线和孔隙水压力等值线最为密集。     

不同风嘴形式分体箱梁桥梁的静力风致稳定性能

作为大跨径以及超大跨径桥梁一种新兴的断面形式,分体箱梁可以改善空气动力性能和提高颤振临界风速,但是还需要保证其静力风致稳定性能, 研究了不同风嘴形式下分体箱梁的静力三分力系数和静力风致稳定性能随开槽率的演变规律。结果表明：两种风嘴形式分体箱梁的阻力系数随开槽率增加而 增大,采用断面实体宽度为无量纲化标准时断面升力系数绝对值会随开槽率的增加而增加,这与采用断面总宽为无量纲化标准时结果相反,升力矩系数绝对 值会随着开槽率的增加而减小,但这种规律性会受到风攻角的影响;风嘴对称性的变化仅改变断面阻力系数随开槽率的变化规律;两种计算模型下,对称风 嘴断面分体箱梁桥梁跨中的各向位移绝对值和静力风致失稳临界风速随开槽率的变化规律完全相反,而不对称风嘴断面的各向位移变化规律相似但也有区别 ;总体上对称风嘴断面的最低静力风致失稳临界风速要高于不对称风嘴断面;考虑结构刚度变化会使断面开槽后静力风致失稳临界风速随着开槽率的增加而 升高并超过不考虑刚度变化时的相应值,故对分体箱梁静力风致稳定性能分析时需要考虑开槽率不同带来的结构刚度变化。     

桁架结构桥梁静气动系数试验研究

以岳阳洞庭湖二桥为工程背景,进行了节段模型风洞试验,测得桁架梁静力三分力系数和静力两分力系数;根据风洞试验结果分析了桁架主梁静气动系数变化规律,给出顺桥向风荷载的计算公式;将洞庭湖二桥、四渡河大桥以及北盘江特大桥的静力三分力试验结果与国内外规范进行对比分析,为桁架结构主梁气动系数选取提出建议,完善我国抗风规范中关于桁架桥梁静气动力方面的规定,使其更好地应用到设计中,为桁架桥静风荷载的确定提供参考。     

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。     

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     

土楼夯土在模拟风雨环境下的风洞侵蚀试验研究

福建土楼作为世界文化遗产,宏大的夯土墙体显出土楼的建筑特色,但这种生土结构易受雨水侵蚀,闽西南地处亚热带温湿海洋气候,雨量充足,台风频发,长期风雨侵蚀严重影响土楼的安全性和耐久性.从永定县非世遗客家民居土楼割取原始夯土块,进行了风驱雨模拟环境下的风洞侵蚀试验研究,研究表明:夯土侵蚀受风速和雨强影响,其侵蚀量随风速与雨强的增加而增加,而风速增加产生的夯土侵蚀量明显大于雨强增加产生的侵蚀量,结合当地风雨气象资料,可计算福建土楼的风雨侵蚀寿命,为土楼保护提供理论依据,具有较强的应用价值.     

风沙对低矮建筑整体受力影响的风洞试验研究

通过风洞测力试验,研究了不同沙浓度和风速条件下风沙对低矮建筑整体受力的影响。研究结果表明:和净风工况相比,风沙对低矮建筑整体受力有着较大影响。风沙对低矮建筑平均基底剪力系数有着明显的增大作用,且沙浓度越大,增大的越明显。而对于脉动基底剪力系数的影响,除了与沙浓度有关之外,还与指示风速有关。当风速较小时,风沙增大了试验房的脉动效应,而当风速较大时,风沙减小了试验房的脉动效应。     

主动式冷梁性能实验研究

针对某主动式冷梁搭建实验台,在一次风量200 m3/h以内,供水温度15~17℃条件下进行实验,研究了:(1)诱导规律,(2)换热器翅片间流动状态、换热系数及压降,可评价冷梁性能的影响因素。实验结果表明,随着一次风量的增加,诱导比呈先增加后稳定的趋势;在二次风速0.8 m/s内微风速下,换热器翅片上的流态为层流;换热器各测试工况点的换热系数保持在15~28 W/(m2·K)范围内,随二次风量和水流量的增加而提高,但供水水温的增加导致换热系数降低;在二次风速0.6 m/s以内,二次风经过换热器的压降在2 Pa以内,呈指数增长。实验数据及结果对冷梁的设计人员具有直观参考价值。     

大跨钢桁梁悬索桥风-车-桥分析系统建立与可视化实现

从钢桁梁断面风荷载和车辆荷载加载角度对现有风-车-桥耦合振动系统进行精细化改进。首先基于钢桁梁自身结构特性,以桁杆为单位,对静风力和抖振力,采用合力等效原则,使得任意时刻每个截面内所有节点所受静风力和抖振力的合力与作用在该截面形心的等效静风力和抖振力相等,求取每个节点的静风力和抖振力;对于自激力,依据刚体运动学理论,推导了钢桁梁截面节点与相应截面形心两者运动状态之间的关系式,采用响应不变原则,获取每个节点的自激力。其次在已建立适用于单主梁模型的分析系统的基础上,融入提出的钢桁梁风荷载精细化分析方法,构建大跨钢桁悬索桥风-车-桥分析系统,并基于OpenGL技术集成开发风荷载作用下随机车流过桥的动态可视化功能。最后依托一座典型大跨钢桁悬索桥,采用建立的分析系统,对不同风速和车流密度作用下的桥梁响应进行分析。结果表明：桥梁跨中竖向位移响应主要受车辆荷载控制,横向位移同时受风荷载和车流密度控制,但风荷载起主要作用;随着风速和车流密度的逐渐增大,跨中内力与位移响应极值明显增大。     

考虑雷诺数效应的斜拉索气动力试验研究

由于大跨度斜拉桥斜拉索的风荷载在全桥风荷载中占很大比重,因此准确掌握斜拉索的风荷载对大桥的设计工作是十分重要的。通过风洞试验,测试斜拉索的阻力和升力,得到力系数随雷诺数的变化规律,证实在临界雷诺数区域有平均升力的产生,其最大升力系数远大于此雷诺数时对应的阻力系数,忽略升力的存在可能导致斜拉索风荷载的计算结果偏小;将阻力系数和升力系数合成为合力系数,并与规范值比较,发现只有当雷诺数超过一定数值之后,规范的算法才是安全的,雷诺数小于此值尤其是在临界雷诺数区域,合力系数比规范值超出较大。针对苏通长江公路大桥和南京长江第二大桥,利用试验结果和规范值,对斜拉索的风荷载分别进行计算分析,发现利用本文方法计算的合力并不随风速的增大单调增长,而是在一定的风速时取得极大值;利用静阵风风速计算风荷载,按桥规计算的结果在某些情况下偏小,建议规范适当考虑气动升力对斜拉索风荷载的贡献。