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。     

考虑流动分离时薄膜结构的气弹稳定分析

研究均匀的理想来流作用下，小垂度矩形双曲抛物面薄膜结构的气弹失稳临界风速；考虑气流在薄膜结构前缘的分离形成漩涡，在风与薄膜结构之间以及尾流中引入无限薄的漩涡层；考虑风与结构之间存在的流固耦合作用，应用流体力学中的势流理论和空气动力学中的升力面理论确定作用于薄膜表面的气动力，从而建立起薄膜结构的气弹动力耦合作用方程。由于此耦合作用方程为带有积分的微分方程，很难得到解析解，利用Bubnov-Galerkin近似方法将其转化为一常系数二阶微分方程，根据Routh-Hurwitz稳定性准则确定薄膜的失稳临界风速。由临界风速公式可以看出，临界风速与膜材参数、薄膜结构的几何尺寸和形状以及两个方向上的预张力有关。最后，对临界风速的影响因素进行参数分析，得到一些结论。     

平坦二维薄膜结构的失稳临界风速

给出了一种利用稳定性理论确定薄膜结构颤振失稳临界风速的方法。首先 ,利用扁壳的无矩理论得到了平坦薄膜结构的基本力学方程。假设来流为均匀的理想势流 ,利用流体力学中的势流理论确定了薄膜结构上的气动力 ,从而得到风与薄膜结构的气动耦合作用方程。然后 ,采用Bubnov Galerkin法将复杂的耦合作用方程转换为一组具有常系数的二阶微分方程 ,最后采用Routh Hurwitz稳定性准则确定了薄膜结构的临界风速。     

改进多尺度法在膜屋盖静风稳定分析中的应用

屋盖薄膜由于刚度小、柔度大,在风荷载作用下容易发生大幅振动,当初始预张力不足或跨度比过大时会出现气弹失稳现象,因此气弹失稳的研究需要考虑薄膜振动的强非线性特性。基于此,本文对多尺度法进行改进,引入变换参数,对具有大参数的膜屋盖强非线性振动方程进行解析求解,得出强非线性振动的薄膜屋盖气弹失稳临界风速计算式,并进行参数影响分析。结果表明,失稳临界风速与薄膜振动过程中的幅值相关,且当风速较大时,几何非线性对膜屋盖气动稳定性的影响不容忽略。     

基于风洞试验的新型索梁结构应急桥颤振性能优化

应急桥梁装备结构特性不同于常规桥梁,因而其颤振性能值得研究。基于节段模型颤振风洞试验,对提出的新型索梁结构应急桥的颤振性能进行研究,为提高应急桥的颤振临界风速,提出4种气动优化方案,分析不同气动措施方案对应急桥颤振性能的影响。研究发现:应急桥原方案的颤振临界风速小于颤振检验风速,存在颤振失稳的可能;单独开槽方案的颤振临界风速最小,不利于颤振性能的提高;单独加装风嘴方案对颤振性能有一定提高,但还不能满足设计要求;封底板加装风嘴方案颤振临界风速大于检验风速,但安全系数小于1. 2;开槽和加装风嘴组合措施方案的颤振性能最优,在不同风攻角下颤振临界风速均大于颤振检验风速,安全系数大于1. 2,满足设计要求。     

封闭式单向张拉膜结构气弹失稳机理研究

在均匀流场中进行了封闭式单向张拉膜结构气弹模型风洞试验,考察了膜预张力和来流风速对结构振幅、振动模态和总阻尼比的影响,以及膜面位移与膜上方流场的频谱相关性,分析了封闭式膜结构的气弹失稳机理,给出了气弹失稳无量纲临界风速。研究结果表明：低风速下(无量纲风速小于1.2时),流场中的旋涡主频远低于结构基频,结构以受迫振动为主;随着风速增大,流场中出现与结构2阶反对称模态频率接近的旋涡,导致结构发生以2阶模态大幅振动为特征的涡激共振,且在无量纲风速不小于1.2 的风速范围内出现振动锁定现象,结构总阻尼比迅速衰减接近0。由此可认为,封闭式膜结构的气弹失稳由涡激共振引起,结构振幅的突然增大、主导振动模态的突然改变以及总阻尼比的突然减小为其主要特征;气弹失稳无量纲临界风速约为1.2。     

西堠门大桥成桥状态的非线性静风稳定性分析

根据国内外风洞模型试验成果,在强静风荷载作用下,大跨径桥梁静力失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速,因此对大跨悬索桥进行静风稳定性分析不可或缺。以西堠门大桥为工程背景,考虑静风荷载的非线性和悬索桥结构的几何非线性,然后运用增量和迭代相结合的计算方法,利用大型有限元ANSYS软件和现有的文献资料对该大桥成桥状态的静风稳定性进行分析,并与线性分析方法进行了比较,为大跨度悬索桥的抗风设计提供了一定的参考。     

稳定性动力准则的圆形洞室岩爆分析

本文根据一般稳定性理论,提出了洞室岩爆发生的扰动响应判别准则,得到了发生岩爆的洞室临界塑性区深度及临界作用应力。认为洞室失稳是其本身结构固有的性质,只要外界应力达到临界值,洞室就可能在扰动下失稳,并指出岩石弹性模量E和峰值后降模量λ之比E/λ是决定洞室稳定性的重要参数。     

大跨度悬索桥施工过程静力抗风稳定性分析研究

笔者以云南澜沧江悬索桥为工程背景,运用增量和迭代相结合的计算方法,对悬索桥加劲梁吊装期间结构静风效应进行非线性分析,得到各施工阶段静力失稳的临界风速和结构效应,研究了风速攻角对结构静力失稳临界风速和结构静风响应的影响,为施工期间静力抗风设计提供理论依据。供同类悬索桥施工期间静力抗风分析提供参考。     

稳定性动力准则的圆形洞室岩爆分析

本文根据一般稳定性理论,提出了洞室岩爆发生的扰动响应判别准则,得到了发生岩爆的洞室临界塑性区深度及临界作用应力。认为洞室失稳是其本身结构固有的性质,只要外界应力达到临界值,洞室就可能在扰动下失稳,并指出岩石弹性模量E和峰值后降模量λ之比E/λ是决定洞室稳定性的重要参数。     

单向张拉膜结构气弹模型试验研究

在均匀流场中进行开敞式单向张拉膜结构气弹模型风洞试验,研究膜结构的流固耦合机理。研究表明：膜的气弹失稳主要由涡激共振引起,膜结构在风荷载作用下变形到平衡位置并围绕该平衡位置进行振动,特定风速下,流体流经平衡位置会产生旋涡。低风速下,膜以一阶模态为主振动,流场中没有任何旋涡;超过一定风速后,振动中出现了某高阶模态的响应,流场中也出现了与该阶模态主频接近的旋涡;随着风速的增大,旋涡的主频与该阶模态频率的差别越来越小进而变化到相等,后又变化到差别越来越大,导致该阶模态的共振响应越来越弱直至消失;随着风速的继续增大,旋涡的频率会与膜的其他阶模态基频接近,导致结构发生其他阶模态的涡激共振。这种涡激共振是一种周期性振荡式失稳,结构的无量纲第一临界风速约为0.84,第二临界风速约为2.27。     

大跨度骨架式膜结构风振响应分析

介绍了达州体育场大跨度骨架式膜结构工程的抗风设计及风洞试验研究,给出了该结构的平均风压系数参考值。在抗风设计中,运用ANSYS有限元程序,采用体型系数表达的空气动力模型,对结构进行了横向风振响应时程的非线性分析,根据得出的整个风振响应时程曲线,得到该结构产生驰振失稳时的临界风速,通过与设计风速的比较,表明在风荷载作用下,该结构是安全的。     

张拉膜建筑设计初探

张拉膜结构与传统结构形式有着本质的不同,从而使它在建筑造型、空间等方面的设计手法也有着其特殊性。本文从建筑师的角度出发,简述了张拉膜建筑的发展历程和建筑优势,介绍了张拉膜结构的概念和原理,对张拉膜建筑的空间设计方法进行了探讨。     

Vibrations and aerodynamic stability of a prestressed pipeline cable bridge

A method is presented for analysing the vibrations and aerodynamic stability of a prestressed pipeline cable bridge structure. The structure of the bridge and the method for calculation of the natural vibration frequencies are described. Some of the natural vibration frequencies were tested by measuring dynamic quantities on a bridge structure in situ.A sectional model was designed for testing in a wind tunnel of diameter 1.8 m; the model was investigated by means of a drag balance, and the aerodynamic coefficients C_L, C_D and C_M were determined. The same model was suspended elastically in a wind tunnel and its response to an airstream studied. The results of the measurements for the rigidly and elastically suspended model are used in calculating the critical flutter velocity and in analysing the model's aerodynamic stability.     

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。     

Simplified prediction of wind-induced response and stability limit of slender long-span suspension bridges, based on modified quasi-steady theory: A case study

The Hardanger Bridge is currently under construction in Norway. It will have a main span of 1310 m and a girder that is only 18.3 m wide, which implies that wind-induced vibration is a major concern in the design. Buffeting response and flutter analysis of the Hardanger Bridge are treated in this paper. The self-excited forces are modelled using aerodynamic derivatives obtained from free vibration tests, quasi-steady theory, and a suggested modified quasi-steady theory. The stability limit predicted using aerodynamic derivatives corresponded well with the wind tunnel results, while the quasi-steady theory severely underestimated the critical mean wind velocity for the section model used in the wind tunnel tests. A new set of modified quasi-steady coefficients are suggested, where the experimental results of the aerodynamic derivatives are used to obtain frequency-independent model coefficients. The critical velocities predicted by the modified quasi-steady coefficients differ only by 4-5% from estimates based on the aerodynamic derivatives. The response predicted by the suggested simplified aerodynamic model is also presented, and the results indicate that adequate estimates are achieved.     

膜结构风振响应的二维数值模拟研究

结合膜结构的风振响应特点,采用流固耦合问题数值计算方法,实现了二维情况下膜结构风场的数值模拟。阐述了膜结构流固耦合计算中的结构域与流体域的网格关系和流固耦合边界的控制条件。选择大涡模拟作为湍流模型,并采用隐式时间积分TR-BDF法对流体域的Navier-Stokes方程进行时间域的离散。对耦合系统的有限元方程组采用Newton-Raphson法进行求解。计算结果表明,湍流模型选择大涡模拟可以较好模拟二维情况下膜结构在流场中的脉动反应。对于一般性的算例,瞬态流场中膜的应力增加较为明显。合理选择膜结构体型可以减小膜结构风振响应的脉动幅度。