桥塔风效应对大跨度悬索桥抖振响应的影响

以润扬长江公路大桥南汊悬索桥(润扬悬索桥)为研究对象,首先基于ANSYS建立了该桥的三维有限元计算模型,同时基于桥址区实测风特性建立了该桥考虑桥塔风效应的三维脉动风场,在此基础上进行了该桥非线性抖振响应时域分析,重点研究了桥塔风效应对大跨度悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,主塔风效应对大跨度悬索桥主梁抖振响应的影响很小。就主塔而言,其顺桥向抖振响应受桥塔风效应的影响也很小,但横桥向抖振响应在考虑桥塔风效应时显著增加,在进行抖振响应分析时不容忽视。研究结果对大跨度悬索桥的风致抖振分析具有参考价值。     

四渡河悬索桥抖振响应时域分析

四渡河特大桥是一座山区大跨悬索桥,为高柔的风敏感结构。在分析抗风性能时,采用大型通用有限元软件ANSYS,建立了四渡河悬索桥的三维有限元模型,分析了模型的动力特性,根据Geodatis改进型的谱表示法模拟了桥梁的随机脉动风速场并进行了检验,然后基于准定常理论计算了作用在模型上的抖振力时程,最后由时程分析分别求得抖振时域分析的结果。分析结果为四渡河悬索桥的抗风设计提供了依据,可供同类桥梁设计参考。     

紊流积分尺度对桥梁抖振响应作用效应分析

紊流积分尺度的大小决定了脉动风对结构的影响范围,在结构风振响应分析中具有不可忽略的意义。通常在被动发生紊流风洞试验中,来流积分尺度难于有效模拟,紊流积分尺度对于结构风振响应作用效应缺少合理评价。针对我国已建成的几座大跨度桥梁,利用桥梁二维抖振频域分析方法,结合主梁节段模型风洞试验气动力参数识别结果,对不同紊流积分尺度下的桥梁抖振响应进行对比分析,研究了不同紊流积分尺度脉动风作用下,桥梁结构基频对应风谱能量和抖振响应的差别。分析表明,通常情况下,小比例模型(缩尺比1:400-1:600)紊流积分尺度能够较好的满足相似比要求,往往使得风洞试验的抖振计算结果更接近真实值。大比例模型(缩尺比1:20-1:40)的紊流积分尺度相似性严重偏离,需要对风洞试验结果进行修正。     

变槽宽比双主梁断面悬索桥抖振响应特性

为了研究变槽宽比双主梁断面悬索桥抖振响应,提出考虑自激力和抖振力沿展向变化的频域和时域抖振计算方法,对某景观大桥进行抖振分析。频域法研究了气动导纳函数、平均风速、脉动风交叉谱对抖振响应的影响,分析不同类型气动导纳函数对抖振响应的影响差异及原因。时域法通过在每个荷载步更新三分力系数进而更新气动力,并考虑结构的几何非线性效应。计算结果表明:考虑气动力展向变化的时域法能够捕捉到跨中单索面位置的局部峰值;时域抖振响应计算值在竖向大于频域计算值,在扭转方向要小于频域计算值;考虑气动力展向变化计算的抖振响应要大于采用跨中断面气动参数计算的抖振响应,其主要由抖振力的展向变化产生,自激力的展向变化对其影响较小,在实际工程中考虑气动力展向变化进行抖振分析更加安全。     

三塔斜拉桥抖振的耦合行为研究

三塔斜拉桥较为柔性,振动模态较为密集,对风更为敏感.以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景,基于多模态耦合振动分析理论,对三塔斜拉桥抖振的耦合性能进行了研究.分别采用多模态耦合抖振分析方法和非耦合的单模态SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法对结构在设计风速下的抖振响应进行了分析,将两种分析方法所得抖振响应的均方根及功率谱密度函数进行比较.为明确模态间的耦合关系,进一步分析了结构抖振响应随参与分析模态数的变化情况.分析结果表明:三塔斜拉桥抖振响应存在明显的多模态耦合效应,模态间的耦合作用将增大结构的抖振响应.对于大跨度桥梁的精细化分析,抖振的耦合行为不容忽视.     

大跨度三塔悬索桥弹塑性软钢阻尼器减震控制

大跨度三塔悬索桥是一种具有超大跨越能力的新型多塔悬索桥结构,其抗震特性备受关注。软钢阻尼器已被广泛应用于建筑结构的抗震加固中,但在桥梁工程中应用并不多见,为此,以泰州大桥为例,开展了软钢阻尼器应用于大跨度三塔悬索桥的减震控制研究;首先对软钢阻尼器参数进行敏感性分析,获得最优控制参数,据此分别研究一致激励和行波激励下软钢阻尼器的减震效果,并重点分析视波速对减震效果的影响。结果表明:设置软钢阻尼器可有效减小塔梁相对位移,但会使中塔底剪力和部分视波速下边塔底内力有所增大;在一定范围内的低视波速下近震源端结构内力减震效果优于远震源端,但在高视波速下远震源端减震效果明显大于近震源端。     

飞机抖振响应数据处理及分析方法

为了编制抖振疲劳谱、估算抖振疲劳寿命等,必须预先对时域的抖振响应数据进行处理与分析。考虑到抖振响应的随机特性,特别是其显著的分散性,建立了统计模型来对其分析处理。针对同一飞行状态下数据仓中的抖振响应数据,将其划分为若干子数据块,以子数据块中数据统计特征来描述对应子数据块均方根下的响应分布情况,而以对应飞行状态下各子数据块的均方根分布情况来描述该状态下抖振响应的总体分布趋势以及选择其关键响应状态水平。首先,采用威布尔分布假设,运用极大似然估计法对子数据块的数据进行分布参数估计,并给出了分布假设的检验方法;然后,采用“三步进”经验函数来描述抖振响应均方根的分布规律。在本文研究的基础上,根据给出的抖振数据处理与分析结果使用流程,即只需根据确定的几个关键均方根水平,定位到相应的子数据块,再结合子数据块数据的统计模型得到对应飞行状态下的响应分布,就可用于飞机设计与强度校核。由实际飞行试验抖振数据的处理与分析表明,此方法具备一定的合理性     

基于斜风分解的台风韦帕作用下润扬悬索桥抖振响应现场实测研究

以遭受2007年9月韦帕台风袭击的润扬长江大桥南汉悬索桥为例,利用该桥结构健康监测系统(SHMS)中加速度传感器实时采集的数据,结合台风期间专门增设的三维超声风速仪实测数据,采用时频分析和统计方法对大跨悬索桥的风特性及抖振响应进行了现场实测研究,主要研究内容包括桥址区的强风特性分析、主梁和缆索振动响应特性分析、振动与风速的相关性、斜风分解的影响等,并将其与台风麦莎期间的实测结果进行了对比分析.研究结果可用于验证现有抖振理论分析方法的可靠性,为大跨度悬索桥的抗风设计提供参考.     

柱面网壳结构风致抖振响应研究

基于刚性模型风洞试验,在时域上对一柱面网壳结构进行风振响应计算,并细致分析了网壳结构在风荷载作用下的节点位移、单元应力、阵风响应因子和响应谱。结果表明,对于柱面网壳结构,受斜风作用时的工况为最不利工况,并且迎风侧端部的位移及单元应力最大;多个高阶振型参与振动;共振响应一般不可忽略,但对于起控制作用的响应,背景分量的贡献大于共振分量。     

考虑多分量气动导纳的抖振响应敏感性

对于类流线型箱梁桥梁断面,采用抖振频域分析方法和气动弹性节段模型测振风洞试验,初步验证了互谱法识别的多分量气动导纳函数结果的正确性和工程适用性。结合可靠度理论敏感性算法,系统评价了来流风速参数、模型参数、静风力系数、导纳函数和颤振导数等对于二维节段模型抖振响应的贡献率分布关系,更正了工程应用中采用单一分量导纳函数假定带来的对抖振气动力表达式认识上偏差。     

台风气候大跨度桥梁风振响应研究

以中国东南部沿海台风多发区3类典型大跨度桥梁为例,即长江三角洲区域舟山群岛西堠门大桥,上海长江大桥和珠江三角洲区域广州新光大桥,运用Monte-Carlo随机模拟算法,结合大量台风历史实测数据.再现了台风气候条件下桥位工程场地风环境参数取值特点;考虑桥梁结构几何非线性效应、多种气动力荷载共同子孟均风及瞬时风攻角效应,由时域有限元计算方法比较了良态与台风气候条件下大跨度桥梁风振响应.利用大气边鹘绮惴缍幢欢闪鞣⑸爸?再现了台风条件下新光大桥全桥气弹模型流场特征和风振响应过程,基于中跨拱肋二维节段模型高频天平测力试验识别了台风强紊流条件下气动导纳函数,进一步精细化地分析了台风条件下新光拱桥风致振动响应特点.     

Microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响

研究了microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响。采用SST湍流模型对RANS方程进行封闭,以NACA0012翼型为对象,用CFD方法计算了在其后缘附近安装microtab后,翼型的跨音速流场。对比分析了在翼型后缘附近的上表面、下表面单独安装和上下表面对称安装microtab后,对翼型跨音速抖振始发特性的影响,并研究了microtab的高度和弦向安装位置对跨音速抖振边界的控制作用。结果表明：在翼型后缘附近的上表面加装microtab能够提高抖振始发攻角,并且随着microtab高度的增加,抖振始发攻角有增大的趋势。在翼型后缘附近的下表面加装microtab能够提高抖振始发时的升力系数,且抖振始发时的升力系数随着microtab高度的增加而增大。microtab的弦向安装位置的变化对于抖振始发攻角影响较小,但是对抖振始发时的升力系数有明显的影响。         

斜风作用下大跨度斜拉桥双悬臂状态抖振性能

通过气弹模型风洞试验对斜风作用下湛江海湾大桥施工阶段最长双悬臂状态的抖振性能进行了研究,结果显示:对于大跨度斜拉桥梁抖振响应法向风不一定是最不利的情况;抖振响应随风偏角呈非单调变化,最大值可能在0°~15°风偏角范围内发生;抖振响应随风速的增加近似地按两次曲线增加,并且基本固有模态对抖振响应的贡献占到了主要成份;最长双悬臂状态塔顶纵向抖振响应显著地大于裸塔塔顶纵向抖振响应,而两者随风偏角的变化形态也互不相同.试验和分析结果的比较表明,只要解决好诸如气动导纳等气动参数的取值问题,可以对大跨度桥梁抖振响应作出合理的理论预测.     

多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究

以六塔斜拉桥型的嘉绍大桥为工程背景,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,在此基础上研究了采用粘滞阻尼器的多塔斜拉桥结构减振控制效果。研究结果表明：1) 多塔斜拉桥主梁和桥塔风振控制存在最大减振率,阻尼指数α愈小,最大减振率对应的阻尼系数c也愈小;2) 嘉绍大桥主梁跨中处设置刚性铰使主梁横桥向抖振响应显著增大,设置粘滞阻尼器后主梁中跨横向位移的最大减振率达到近50%;3) 嘉绍大桥采用次边塔与主梁固结的部分约束体系,使得次边塔的塔底内力明显大于其余塔的塔底内力,设置粘滞阻尼器后次边塔塔底内力的最大减振率达到近55%;4) 设置粘滞阻尼器使得多塔斜拉桥各塔和各梁跨的风振响应幅值趋于一致。因此,对于抖振响应相对较小的塔和梁跨其减振效果相对较小。     

响应谱MC模拟的桥梁抖振首次超越研究

在桥梁耦合抖振谱分析的基础上,采用谐波合成技术,依据Monte Carlo思想大量模拟位移谱时程,由此便可以方便、快捷地计算桥梁抖振响应首次超越失效概率,克服传统Monte Carlo方法时域内再现桥梁抖振首次超越小失效概率事件效率偏低的问题。采用江阴长江大桥和上海杨浦大桥作为算例,比较了抖振首次超越响应谱Monte Carlo模拟结果与目前广泛使用的基于Poisson、Poisson包络、Markov过程三种假定的近似解析算法结果差异,表明由于考虑大气紊流环境下桥梁抖振背景分量,在较高阈值情况下,近似解析算法不再适用,而本文方法具有更高的精度。     

两种天线方案抖振位移响应的比较研究

本对置于某一超高层建筑顶部的钢质天线抖振响应进行了研究。对两种天线单体方案的抖振性能进行了气动弹性模型试验和理论计算和比较，最后分析了天线的鞭稍效应。计算和试验结果为天线结构的分析设计提供了依据。     

环境风场长期作用下某大跨悬索桥抖振疲劳寿命分析

为探讨环境风场长期作用下大跨悬索桥的抖振疲劳,基于东海某大跨度悬索桥的风场监测系统,对桥址处的平均风速进行了现场的连续观测,针对两年的实测结果,探讨了桥位处"疲劳风"的风速风向分布规律;同时基于风速分解,提出考虑风向影响的结构抖振疲劳时域分析方法,并以东海悬索桥为对象进行了探讨。结果表明,疲劳风速分布表现为正偏态,同时能很好地采用Weibull分布进行拟合;该桥加劲梁的风振疲劳损伤对风速的变化非常敏感,在运营过程中,强风作用下加劲梁损伤应受到重视;根据桥位处的疲劳风速风向分布,得到各风向风速的发生概率及持续时间,该桥加劲梁的风振疲劳寿命远大于桥梁结构的设计使用期100年。     

大跨度屋盖结构考虑模态耦合的抖振共振响应分析方法

提出了可考虑模态耦合效应的共振响应分量近似形式，并基于此得出用于计算风振响应共振分量的修正SRSS法。最后将该方法运用于上海南站工程屋面结构的共振响应分析以检验其正确性及精度。本方法为进一步建立复杂大跨度屋盖结构等效静力风荷载方法奠定了基础。     

基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测

传统大跨度桥梁抖振响应计算是基于颤抖振理论,并借助节段模型测压或测力试验进行,目前鲜有通过节段模型测振试验实现桥梁抖振响应预测的报道。基于抖振分析理论推导了考虑三维效应的两波数抖振力,并根据综合传递函数的概念提出了基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测方法。以某流线型箱梁悬索桥为例,通过节段模型及全桥气弹模型试验研究了该预测方法的精度及可行性。结果表明:结构展宽比对综合传递函数识别精度存在影响,展宽比越大,识别精度越高。即使在湍流积分尺度并未远大于结构宽度的前提下,增大模型展宽比可有效减弱三维效应的影响。基于节段模型测振试验识别综合传递函数的方法可用于大跨度桥梁抖振响应的预测,该方法预测结果偏于保守。     

弹性特征对跨声速抖振边界的影响研究

跨声速抖振直接影响飞机结构强度和疲劳寿命,易引发飞行事故。对于刚性静止翼型,其跨声速抖振特性仅与来流状态参数（马赫数、迎角和雷诺数）有关。该文通过释放翼型的俯仰自由度,采用非定常雷诺平均N-S方程建立了流场和结构的耦合求解方法,研究翼型结构弹性特征对跨声速抖振始发边界的影响。研究发现,结构固有频率对弹性支撑翼型的抖振边界影响较大,系统会在更小的来流迎角下失稳;而质量比对抖振边界影响较小。弹性支撑翼型的抖振始发迎角较刚性静止翼型的抖振起始迎角降低了近1°,因此翼型的弹性特征是跨声速抖振研究的重要因素。