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。     

非均匀风下流线型箱梁悬索桥静风稳定性分析

大跨度悬索桥结构轻柔,风致响应明显。借助有限元方法,考虑悬索桥的几何非线性和位移荷载非线性,对非均风攻角来流沿主梁对称分布和非对称分布以及非均匀风速来流沿主梁对称分布和非对称分布时悬索桥的非线性静风稳定性展开研究。结果表明:正攻角来流会降低桥梁的静风失稳临界风速,负攻角来流有利于桥梁抵抗静风失稳,且负攻角来流对桥梁的静风稳定性影响程度比正攻角来流影响程度大;非均匀风攻角来流非对称分布时,可由小风攻角来流确定的静风失稳临界风速作为稳定性判断依据,非均匀风攻角来流对称分布时,可以选择平均攻角来流衡量桥梁的静风稳定性。非均匀风速来流对桥梁的静风稳定性有不利影响,且非均匀风速来流对称分布时的影响比非均匀风速来流非对称分布时的影响更大。在不同初始攻角下,这类来流对桥梁静风稳定性有着相似的影响,桥梁的静风失稳临界风速均随着风速非均匀程度增大而减小。     

双主跨悬索桥静风失稳模式及其机理分析

随着双主跨悬索桥的广泛应用和跨度的增大,需要研究其静风稳定性能,以确保桥梁的安全稳定运营．采用风荷载增量与内外迭代方法,编制相应分析程序,对三座结构体系不同的双主跨悬索桥静风稳定性进行非线性全过程分析．通过与单主跨悬索桥静风失稳形态及双主跨悬索桥自身失稳形态的比较,得到了双主跨悬索桥静风失稳形态的典型特征,重点提出并阐述了双主跨悬索桥的两种静风失稳模式——双侧反对称失稳模式和单侧非对称失稳模式,并详细探讨了这两种失稳模式的产生机理．     

风障对大跨度悬索桥抗风性能的影响

以主跨1 650 m中央开槽钢箱梁悬索桥为对象,进行了主梁的有风障和无风障节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究了风障时颤振临界风速和气动三分力系数的影响,并利用测力试验获得的三分力系数计算分析了风障对静风稳定性的影响.结果表明:风障不会降低大跨度悬索桥的颤振稳定性;风障增大了阻力系数,减小了升力系数,在-6°-12°范围内风障使升力矩系数减小,在-12°-7°范围内,风障使升力矩系数增大;风障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.     

大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响因素研究

随着悬索桥跨径的增大，缆索直径以及作用在其上的风荷载、静风效应以及风速空间分布的非均匀性都将随之增强，对大跨径悬索桥的空气动力稳定性将可能带来不容忽视的影响．以润扬长江大桥为例，通过分析揭示了静风效应、风速空间分布的非均匀性以及缆索风荷载等因素对大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响．结果表明：静风效应对大跨径悬索桥空气动力稳定性的影响比较重要，但是风速空间非均匀分布和缆索风荷载等因素对大跨径悬索桥的空气动力稳定性基本没有影响．     

大跨度悬索桥施工阶段静风稳定性精细化分析

大跨度悬索桥施工期结构柔性大,静风作用下结构大变形和刚度变化以及桥址区域内风速空间分布的非均匀性可能会对其静风稳定性造成影响。考虑结构非线性、静风效应和风速空间非均匀分布等因素,建立了精细化的大跨度桥梁三维非线性静风分析方法,并编制了相应的计算分析程序。以润扬长江大桥南汊悬索桥为例,模拟加劲梁从跨中向两侧桥塔和由两侧桥塔向跨中对称拼装两种主梁架设顺序,分析了施工全过程悬索桥静风稳定性的变化趋势,并探明了风速空间分布非均匀性对成桥和施工状态悬索桥静风稳定性的影响。结果表明:加劲梁采用从两侧桥塔向跨中对称架设时,悬索桥可以获得较好的静风稳定性,尤其在施工初期;风速沿竖向高度变化和风速空间分布宽度对成桥和施工状态悬索桥的静风稳定性影响不大,但风速非对称分布因素影响则比较显著,须在分析中重视和考虑。     

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汉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,对右汉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。     

大跨度悬索桥非线性静风稳定性全过程分析

大跨度悬索桥具有大跨度、纤细、轻柔的特点,其静风稳定性问题较为突出。基于增量内外迭代混合法求解非线性空气静力问题的原理,使用ANSYS/APDL语言编制了大跨度桥梁非线性空气静力分析程序,并运用该程序实现了大跨度悬索桥的非线性静风稳定性全过程分析,探讨了大跨度悬索桥的静风失稳过程和机理。     

大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性。引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能。综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理。     

大跨度三塔悬索桥非线性静风稳定分析

随着跨径的不断增大,缆索承重桥梁存在静风失稳的可能性.引用大跨度桥梁非线性空气静力稳定分析理论,采用荷载增量与内外两重迭代相结合的方法,在通用软件ANSYS中实现了对大跨度缆索承重桥梁进行非线性静风稳定分析功能.综合考虑几何非线性和静风荷载非线性,对某三塔双主跨悬索桥在不同风攻角下进行了非线性静风稳定全过程分析,分析了结构失稳形态,并探明了其失稳机理.     

大跨度碳纤维复合材料主缆悬索桥的抗风性能研究

为了探讨碳纤维复合材料缆索在大跨度悬索桥中应用的可能性，以主缆等轴向刚度为原则，拟定了一座主跨为1490m的碳纤维复合材料主缆悬索桥，并运用三维非线性计算理论进行了动力特性、静风和空气动力稳定性的分析．通过与同跨度钢主缆悬索桥的比较，讨论了不同主缆材料对大跨度悬索桥抗风性能的影响．分析结果表明大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后：（1）结构的自振频率特别是扭转频率有显著的提高；（2）静风作用下结构变形增大，但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近；（3）空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好．因此从抗风性能角度而言，大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆是可行的，但是主缆截面尺寸的确定应采用等轴向刚度为原则．     

大跨度斜拉桥侧风非线性分析

考虑静风荷载非线性和结构几何非线性因素的影响,计及风速沿桥梁结构高度变化,采用增量双重迭代搜索法进行了斜拉桥静风非线性稳定分析,并编制了相应的计算程序。以湛江海湾大桥为例,探讨了静风荷载非线性、风速空间分布非均匀性等因素对斜拉桥静风失稳临界速度的影响。分析结果表明,主梁扭转变形、索和塔柱上的静风载荷对斜拉桥的抗静风稳定性影响较大。     

山区大跨度钢桁梁斜拉桥极限承载力分析

山区大跨度斜拉桥结构组成复杂，在活载作用下整体结构的静力行为呈现明显的非线性，结构稳定问题突出，为此，以主跨为930 m在建的云南山区大跨度钢桁梁斜拉桥为背景，基于极值点失稳理论，考虑结构几何与材料双重非线性，进行稳定极限承载力分析，研究大桥在活载作用下的非线性行为和失效机制。鉴于山区风存在明显的“峡谷效应”,桥梁在施工中易受风荷载的影响，进行了最大悬臂施工状态的静风荷载的极限承载力分析。结果表明：几何非线性效应对结构性能的影响较材料非线性要小，大跨度斜拉桥整体的极限承载力由斜拉索的材料破坏控制；随着活荷载的增加，主梁弹塑性区逐渐发展，先后出现了受拉、受压塑性区，形成了4条屈服路径；在结构最大悬臂施工状态下，计算获得的桥梁横向静力极限承载力远大于十二级风速时对应的静风荷载。     

覆冰荷载下的架空输电线气动稳定性分析

偏心覆冰导线在风激励下极易诱发舞动,研究架空输电线在覆冰荷载下的气动稳定性具有重要意义.传统Den Hartog判别准则求出的是一种近似解,仅适用于攻角较小的情况。在该基础上,更为精确地推导了舞动临界风速与相应来流攻角的关系.算例结果表明,对于重覆冰地区的架空输电导线,在风荷载作用下,极易引起导线的动力失稳,进而引起整个塔线体系的动力失稳甚至倒塌.该气动稳定性分析结果将为线路设计提供技术支持.     

抗风缆对大跨度悬索桥的抗风静力效果研究

在悬索桥有限元模型上加抗风缆,施加风荷载,用二维线性方法计算桥梁临界失稳风速,计算在不同风荷载下跨中节点的横向、竖向和扭转位移．通过比较施加抗风缆前后桥梁跨中的响应表明：侧向位移显著减小,横向屈曲临界风速有所提高,表明侧向刚度增加;但竖向位移增大,通过比较加缆前后跨中节点的位移,加缆后扭转失稳有所提前,扭转发散临界风速有所降低．     

特大跨径地锚式悬索桥静力稳定性分析

为了解悬索桥在不同简化模型下的静力稳定性,全面分析其整体失稳过程及最终失稳模态,基于地锚式悬索桥主塔失稳导致全桥失稳的受力特点,以在建的南京仙新路长江大桥为工程背景,采用大型有限元分析软件ABAQUS建立了全桥多尺度模型和独塔实体模型,分析对比了线性稳定系数、双重非线性荷载系数、线性失稳模态以及最终破坏形态.分析结果表明:双重非线性稳定安全系数相比于线性有较大降低,非线性稳定计算对于特大跨径地锚式悬索桥应成为必需;全桥多尺度模型的线性稳定系数略大于独塔模型,而全桥多尺度模型的非线性荷载系数则反之,简化的独塔模型仅能在一定程度上代表全桥结构计算结果;主塔发生非线性失稳时塔底附近的混凝土主压应力和钢筋应力均达到抗压强度标准值,材料发生屈服导致结构发生失稳;背风侧主塔下塔柱失稳破坏时呈现出典型的压弯破坏形态,迎风侧塔柱失稳破坏时呈现出混凝土压碎区交叉的压弯扭复合受力破坏形态,随着结构薄壁化趋势的发展,工程设计在满足强度要求的同时应更关注稳定性要求.研究结果可为未来特大跨径地锚式悬索桥的设计计算以及简化模型的选取提供参考.     

山区输电线路跳线风偏状态方程及临界风速研究

为研究山区微地形中的竖向风速对跳线风偏的影响,基于刚性直棒法对导线、跳线及绝缘子串增加竖向风荷载分析,确定跳线处最大风偏位移值作为风偏指标,建立风荷载作用前后跳线静力平衡平面的几何变换关系,提出了考虑竖向风速影响的跳线风偏状态方程。建立半径5 km的地形模型,包含跳线风偏事故地点与微气象站点,采用数值模拟方法将微气象站点风速推演到事故地点风速,获得了考虑微地形影响的跳线风偏闪络事故风速。将事故线路参数及竖向风速代入跳线风偏状态方程,得到跳线风偏临界水平风速,通过与事故风速进行比较验证了跳线风偏状态方程的可靠性。最后根据风偏状态方程分析竖向风速的变化对跳线风偏临界水平风速的影响。结果表明:随着竖向风速的增大,跳线风偏临界水平风速线性减小,当风攻角为20°时临界水平风速可降低16%。考虑竖向风速影响的跳线风偏临界水平风速取值较为安全,建议在山区输电线路跳线设计过程中加以考虑。     

深切峡谷底斜拉桥颤振稳定性能研究

以峡谷底斜拉桥——迫龙沟大桥为工程背景,结合地形试验结果和大桥具体位置确定了桥位处的设计风参数;分别检验了小风攻角和大风攻角下颤振稳定性能,阐明了颤振临界风速随风攻角改变的变化规律;分析了颤振导数和系统阻尼的变化特征,获得了不同结构状态下主梁断面颤振驱动机理。结果表明:峡谷底桥梁的设计基准高度可参照跨中位置确定,颤振检验风速可按不同风攻角区间分别确定;颤振临界风速和颤振检验风速随风攻角的增大均呈降低趋势,但由于下降速率不同有可能出现小风攻角下颤振不失稳而大风攻角下颤振失稳的现象;不同风攻角状态下或施加气动措施前后,颤振导数和系统阻尼与折减风速的变化特征相似,表明颤振驱动机理和颤振形态均保持不变。     

车桥耦合在稳定型悬索桥上的性能

稳定型悬索桥是在普通悬索桥桥的基础上增加了反张索结构,以增加桥整体的稳定性。运用有限元软件分别在稳定型悬索桥和普通悬索桥中,进行移动力、移动荷载质量作用下和1/4弹簧质量车辆模型作用下3种车桥耦合的有限元分析,得出相应的位移响应图和加速度响应图。得出稳定型悬索桥在刚度和稳定性方面更加优于普通悬索桥,为稳定性悬索桥的分析研究提供一定的参考价值。     

双主跨悬索桥颤振节段模型试验模态匹配问题

多主跨悬索桥颤振节段模型风洞试验存在模态匹配问题,为了明确该类试验如何匹配竖弯模态与扭转模态以及哪种弯扭模态组合的颤振临界风速最低,以马鞍山大桥为工程背景,根据模态相似性匹配出3种弯扭模态组合,在节段模型风洞试验中测试了各组合的颤振临界风速,并对结果进行比较分析．结果表明:相同攻角下,一阶反对称竖弯与一阶反对称扭转模态组合的颤振临界风速最低,因此该组合是双主跨悬索桥二维颤振的控制组合;相同攻角下,一阶对称竖弯与一阶对称扭转模态组合的颤振临界风速略高于一阶反对称竖弯与一阶对称扭转模态组合的颤振临界风速;古典耦合颤振的Van der Put公式和Selberg公式能够预测各组合的颤振临界风速相对大小关系,但不能准确预测颤振临界风速数值．