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。通过风洞模型试验表明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。     

正交风作用下猫道抗风稳定性研究

结合一座中跨跨度为900m的四渡河大桥施工猫道的抗风稳定性研究,采用节段模型风洞试验与静力稳定性非线性计算相结合的方法,对悬索桥施工猫道在正交风作用下抗风稳定性进行了计算分析,介绍了施工猫道抗风稳定性非线性计算分析方法及其特点。     

风雨联合作用下的桥梁主梁静力特性

针对风雨联合作用下的大跨度桥梁风雨致静力作用问题,以开槽双箱梁桥梁主梁节段模型为研究对象,利用在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成节段模型在风雨耦合作用环境下的静力特性试验。通过分析桥梁主梁风雨致静力相对纯风作用下风致静力增量,进而获取降雨对桥梁主梁风致静力作用影响的相关规律。试验结果显示:流场的改变以及水膜作用对桥梁主梁风致阻力影响较大,雨的冲击力有一定贡献。雨的质量、冲击力以及流场改变和水膜作用对桥梁主梁风致升力均有一定贡献;流场改变和水膜作用相对于雨的质量、冲击力对桥梁主梁风致扭矩贡献较大。试验结果表明:流场的改变以及水膜作用对桥梁结构的静力特性影响突出。     

大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁风雨致涡激振动问题,以某一分离式双箱主梁桥梁及其闭口主梁型式桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建风雨联合作用试验系统,完成风雨联合作用下大跨桥梁节段模型涡激振动试验.试验结果显示:不同雨强下,开口节段模型涡激振动的起振风速及锁定风速基本一致,但最大振动幅值有一定差别.不同雨强下,闭口节段模型随机振动的振动时程有一定差别,且随着风速增大,振动幅值增大.开口节段模型风雨联合作用下的位移幅值大于单一风作用下的位移幅值,最大增量可达1/4.得出结论:降雨增大了桥梁主梁涡激振动幅值;闭口节段模型相对开口节段模型在抵抗涡激振动方面性能更优良.     

缆索支承桥梁抗风稳定性的分析与比较

缆索支承桥梁是21世纪跨海连岛大桥的主要结构型式,结构轻柔,风作用下的结构稳定性问题非常突出．以1400m主跨的悬索桥、斜拉桥以及吊拉组合体系桥等缆索支承桥梁的主要结构型式为例,采用三维非线性抗风分析方法,进行了动力特性、空气静力和动力稳定性的分析和比较．结果表明：吊拉组合体系桥刚度大,抗风稳定性好,是一种抗风性能良好的缆索支承桥梁结构型式．     

悬挑环形廊桥的气动弹性模型试验

针对目前世界上最大悬挑环形玻璃廊桥的抗风设计,建立针对该类桥梁风效应的全气动弹性模型研究方法,以解决基于片条假定的经典桥梁风振理论无法应用于复杂风场下人行桥梁的三维风响应问题.该方法包括根据相似原理选择模型设计参数、针对复杂原型结构系统进行模型的工艺设计以及在风洞中模拟山地地貌造成的大攻角效应.这一方法还包括一种面向设计的计算方法,能够依据荷载效应求算静力等效风荷载分布.结果表明,提出的全气动弹性模型的试验与分析方法对解决复杂风场下复杂桥梁结构的三维风响应问题具有普遍适用性,不但能够提供满足这类结构抗风设计的气动稳定性、设计风荷载与风振加速度等各项参数,而且能够揭示这类结构风效应对结构参数的敏感度,有助于结构的优化设计.     

大跨度半拱式异形桥梁抗风性能研究

天津海河柳林桥为大跨度半拱式异形桥梁,其主要受力构件为主翼、次翼及主梁.主翼、次翼均为空间曲线结构,受力情况复杂.通过对主翼、次翼及主梁的节段模型试验和全桥气弹模型风洞试验,详细研究了桥梁的抗风性能.结果表明:该类桥具有良好的抗风稳定性,不会发生涡振、驰振、颤振等风致振动;主翼、次翼的气动干扰较明显,上游侧主、次翼受力的幅值变化较下游侧大;为了精确描述空间曲线结构的风荷载,提出了用六分力系数来代替三分力系数;抖振响应计算分析可以取得与风洞试验近似的结果,但在某些情况下,计算结果会大于风洞试验结果50%左右.     

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。     

大跨人行悬索桥非线性斜风静力稳定研究

为研究大跨人行悬索桥在斜风作用下的静风稳定性,提出了一种实用的斜风作用下大跨桥梁静风稳定性分析方法。在小偏角下,忽略斜风对于桥梁断面气动外形的影响,基于正交分解方法推导了完全考虑桥梁静风空间变形影响的斜风静力荷载理论表达式,编制内外两重迭代的大跨桥梁斜风静力稳定分析程序,进行了420 m主跨人行悬索桥非线性静风稳定分析。结果表明：斜风静力荷载是有效风攻角与有效风偏角的函数,精确考虑斜风静力荷载作用,要求对有效风攻角和有效风偏角同时进行迭代;静风失稳形态是以主梁扭转变形为主的复杂弯曲扭转耦合的三维空间变形状态,在静风弯扭空间大变形作用下,背风侧缆索系统应力大幅卸载,最终背风侧抗风缆应力接近完全卸载导致悬索桥系统刚度丧失,进而发生静风失稳;该类大跨人行悬索桥最不利静风稳定来自于法向风,小角度斜风对该桥静风失稳临界风速影响不大。     

复杂体型高层建筑表面风压分布及风荷载特性试验

以成都某复杂体型超高层建筑为研究对象,在大气边界层风洞中对其进行了单体建筑刚性模型测压试验,对模型表面风压的分布规律进行了讨论;利用随机振动理论在频域内计算了基础等效静力风荷载和结构顶部加速度响应,并将风荷载试验结果与中、日两国最新规范的计算结果进行对比分析。结果表明：复杂体型高层建筑表面风压的分布规律与常规截面高层建筑基本保持一致,但是受到建筑体型的影响,个别立面的风压分布会出现与中国规范规定值完全相反的结论;同时,在局部区域会出现比规范值偏大的结果,由风洞试验结果计算得到的顺风向基底剪力和弯矩均大于中、日两国规范的计算结果,且日本规范的计算结果要大于中国规范的计算结果。所得结论可为类似工程提供参考。     

湍流风速谱有效模态的POD分析法

大跨度桥梁和极端天气的出现,使得桥梁的抖振问题备受关注。然而抖振分析的最重要参数之一是风速谱,传统的抖振分析方法认为所有频率的风速会激发桥梁的抖振响应,针对此问题本文提出了基于本征正交分解（Proper Orthogonal Decomposition ）方法对风速谱分解。以某斜拉桥为算例通过对风速谱的分解研究了其有效参与模态对桥梁抖振的贡献。研究发现并不是所有频率的风速谱会激发桥梁的抖振响应,其响应与结构的自振模态和风速谱的有效湍流参与系数有关。     

桥梁节段模型风力试验研究

通过桥梁节段模型风洞试验测量了桥梁的风力 ,研究了桥面护栏和隔离带以及变模型长度对模型风力的影响 ,并分析了桥的驰振稳定性和颤振稳定性 .试验结果表明 :设计试验方案以及应用试验结果时应考虑模型长度、桥面护栏及隔离带的影响 .     

重庆英利大厦表面风荷载研究

针对高耸建筑物风荷载分布特征的复杂性,在北京大学环境学院国家重点实验室2号环境风洞中,对缩尺比为1:300的英利大厦模型进行了试验研究.用本文提出的试验数据处理方法对该试验结果进行分析、计算,得到了该建筑物的风振系数和体型系数,给出了建筑物表面最大和最小(吸力)风荷载值,为其结构抗风设计提供了依据,以确保该建筑物在100年重现期风速下的安全性和稳定性.     

简谐波叠加法模拟风谱

目的模拟脉动风荷载，在时域内实现数值模拟建筑结构的内力分析和变形计算．方法采用Davenport风速谱并根据Shinozuka理论，应用简谐波叠加法分别模拟了脉动风速、脉动风压和脉动风荷载时程曲线．结果求出了该风谱的功率谱密度和相关函数，并分析了某12层框架结构的顶层位移和加速度反应．证明此方法高速有效，且符合工程精度的要求．结论理论值和实测值的比较结果表明简谐波叠加法是一种正确有效的风荷载分析方法，能够反映结构的基本动力特性，对高层建筑的风振控制有一定的应用价值．     

大跨度屋盖风振计算的软件实现

大跨度屋盖结构的荷载风振系数和风压计算具有庞大的工作量．本文综合考虑水平风和竖向风的作用，应用频域法对屋盖结构风振特性进行了分析，编制了可以与结构有限元计算软件衔接的考虑多阶模态组合的风振风压计算软件．经实例分析验证，大大提高了设计的效率和精度，效果良好。     

电视塔结构在不同风速谱下TMD风振控制研究

文章通过数字模拟的方法,研究了被动TMD系统对电视塔结构的风振控制效果和影响其控制效果的参数,并比较了采用不同风速谱进行风振控制计算时的不同结果.     

塔结构风振反应最大值分布的统计分析

提出了塔结构风振反应最大值分布的统计分析方法。文中依随机过程模拟理论建立了多维人造脉动风样本的产生方法，通过结构风振反应峰值概率分布函数的统计分析就可算得塔结构的抗风动力可靠性。