基于可调姿态气动翼板的大跨度悬索桥颤振主动抑振方法

针对传统被动气动措施难以满足超大跨度悬索桥颤振设防需求的问题,提出一种基于可调姿态气动翼板的颤振主动抑振方法。该方法首先基于Roger颤振自激力时域模型建立主梁-翼板动力系统的状态空间表达,并通过系统重构优化使该表达能更加合理、有效地反应翼板姿态调节机制。此后通过引入基于主梁-翼板系统振幅控制权重的线性二次型指标,建立从桥梁振动状态监测到翼板姿态控制的颤振稳定性实时调节方法。为验证该方法的有效性和鲁棒性,研发针对桥梁节段模型风洞试验的反馈控制系统。研究发现,作用于两侧翼板上的反相气动升力在翼板间距的放大作用下形成的力偶是颤振控制力的主要成分,当迎风侧翼板振动相位滞后于主梁扭转振动约90°、背风侧翼板振动相位超前于主梁扭转振动约90°时有最优抑振效果;调节主梁控制权重至翼板控制权重的2倍时,可以提高颤振临界风速33%。     

人行悬索桥颤振性能风洞试验及气动稳定措施

以某景区大跨度人行悬索桥为背景,采用节段模型风洞试验,分别研究了原设计断面和四类气动措施方案的风致振动性能.结果表明:采用下中央稳定板可以有效提高板式加劲梁人行悬索桥的颤振稳定性,可为类似桥梁断面的设计提供参考.     

流线箱梁风嘴侧主动气动翼板的颤振控制试验研究

基于气动外形优化的传统被动气动措施难以满足跨度不断增大带来的抗风性能新挑战,主动气动措施被寄予期望。结合现实需求,基于主动翼板提出新型桥梁颤振控制方法,设计并制作主梁 主动翼板缩尺检验模型。在箱梁两侧设置一对水平翼板,通过传感器感知主梁的运动行为,对其施加相对主梁振幅的特定放大倍数(增益系数)的反制运动,借助翼板的运动来影响主梁周围的流场,从而提高主梁的颤振稳定性,实现完整的闭环反馈控制系统。在均匀流条件下,通过调整翼板运动函数中的增益系数和翼板与主梁的相位差组合,揭示颤振临界风速的变化规律。研究发现,两侧翼板的相位差组合与增益系数均显著影响系统的颤振性能,当迎风侧翼板与主梁的运动保持相位差180°～360°,背风侧翼板与主梁的运动保持相位差0°～180°时,可以提高系统的颤振性能。当增益系数介于1～9时,过小的增益系数对系统颤振性能改善有限,过大的增益系数会恶化系统的颤振性能,当增益系数介于3～4时存在最佳控制效果。     

大跨度悬索桥三维颤振的非线性分析

基于PK—F法 ,考虑结构以及气动力随结构变形的非线性变化影响因素 ,提出了大跨度桥梁三维非线性颤振频域分析方法。该方法能预测出结构在颤振前后整个过程的振动特性以及颤振临界状态。最后 ,运用该方法对江阴长江大桥和跨度为 2 0 0 0m的超大跨度悬索桥进行了非线性颤振分析 ,揭示了非线性因素对大跨度悬索桥颤振特性影响的机理和规律     

中央稳定板对大跨度开槽桁架梁悬索桥颤振稳定性的影响

以坝陵河大桥为背景,通过节段模型风洞试验研究了上下中央稳定板对具有中央开槽桥面板的大跨度桁架加劲梁悬索桥颤振性能的影响。结果表明,在桁架加劲梁横梁上弦杆上侧设置适当高度的上中央稳定板可以较大幅度地提高桥梁的颤振临界风速,并且在常规的稳定板高度范围,颤振临界风速基本上随上稳定板高度的增加而提高;在横梁上弦杆下侧的主桁架内设置适当高度的下中央稳定板也能在一定程度上改善桥梁颤振稳定性,但效果明显不如上稳定板,在某些高度情况下甚至会降低桥梁的颤振临界风速。     

斜风下大跨度悬索桥颤振稳定性研究

为确保斜风作用下大跨度悬索桥的抗风稳定性,采用考虑静风效应和全模态耦合影响的斜风下大跨度桥梁三维精细化颤振分析程序,以润扬长江大桥南汊悬索桥为工程背景,在0°和±3°初始风攻角下,分析了斜风下成桥状态和加劲梁从跨中向两侧桥塔对称架设全过程的颤振稳定性,并揭示了斜风作用和静风效应对成桥和施工状态大跨度悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：悬索桥成桥和施工状态的颤振临界风速随着风偏角的增加呈现波动起伏变化特征,且主要在斜风情况下达到最低值;斜风作用和静风效应不会影响悬索桥施工期颤振稳定性的演变规律,但会显著降低悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性;斜风作用使得成桥和施工状态颤振临界风速的最大降幅平均值分别达到了8.0%和19.6%,而斜风和静风的综合效应则进一步劣化悬索桥成桥和施工状态的颤振稳定性,最大降幅平均值分别达到了11.5%和22.4%,因此大跨度悬索桥成桥尤其是施工状态的颤振稳定性分析必须考虑静风和斜风综合效应的不利影响。     

山区大跨钢桁梁悬索桥颤振性能及控制措施研究

根据山区桥梁的特点,首先利用CFD数值模拟对某山区大跨桥梁桥址处的风场特性进行了分析,得到了桥址处的风速放大系数和攻角变化范围,指出山区桥梁做抗风设计时必须考虑的攻角范围。对山区大跨桥梁经常采用的桁架梁主梁断面通过风洞试验进行了气动优化,研究得出利用气动翼板提高主梁颤振临界风速的方法。根据山区的风参数特征,指出了山区桥梁气动翼板的安装角度。     

超大跨度悬索桥抖振特性的全桥模型风洞试验

以主跨1650m的某超大跨度悬索桥为研究背景，介绍了大跨度悬索桥全桥气动弹性模型设计和制作中的一些技术特点，并以风洞试验为手段，研究了超大跨度悬索桥在紊流作用下的抖振特点，可以作为大跨度悬索桥初步设计时参考。     

大跨度非对称悬索桥的颤振稳定性研究

为了研究大跨度非对称悬索桥在不同非对称类型下的颤振稳定性,以主跨为628 m的某主缆不等高支承悬索桥为工程背景,基于全模态的三维频域颤振分析方法对悬索桥进行颤振稳定性分析。利用ANSYS建立了主缆不等高支承(支承高差0～40 m)和边跨跨度非对称(边跨跨度差0～40 m)悬索桥有限元分析模型,并编制相应双参数搜索迭代的APDL计算程序进行三维颤振稳定性分析。结果表明:在构造不等高支承悬索桥时,随着支承高差的增大,低阶模态频率变化较小,高阶模态范围逐渐减小; 弯扭频率比随着支承高差增加而不断减少,高差越大弯扭频率比降低越快; 桥梁颤振临界风速随着支承高差增大而不断降低,使得由于主缆不等高支承高差所引起的非对称结构形式对大跨度悬索桥梁结构的颤振稳定性有所降低; 在构造边跨跨度非对称悬索桥时,弯扭频率比随着边跨跨度差增加而减小; 随着支承跨度差的不断增大,悬索桥梁结构的颤振临界风速不断减小,但减小幅度很小,影响不大,在边跨跨度差较小时几乎可以不考虑对悬索结构的颤振稳定性影响。     

提高大跨悬索桥颤振临界风速的气动措施研究

指出了提高大跨悬索桥颤振临界风速的措施有很多,而气动措施常为研究考虑的重点.通过对一主跨1 280 m的悬索桥的风洞模型抗风试验,对此进行了研究探索,结果表明,在主梁上增加风嘴可作为一种有效措施加以实施.     

覆冰导线三自由度耦合舞动稳定性判定及气动阻尼研究

利用风洞内支架式三自由度频率可调的弹簧悬挂装置对D形覆冰六分裂导线节段气弹模型进行舞动试验,在不同气动力特性的风攻角下调整竖/扭自振频率比及风速,激发并记录纯竖向、纯扭转、竖扭耦合和扭转水平耦合等失稳舞动。分别基于实测响应和三自由度舞动响应非线性数值模拟结果识别导线的竖向和扭转气动阻尼并与Den Hartog或Nigol舞动理论计算值进行对比,研究导线气动阻尼与气动特性、自振特性及风速之间的关系。试验结果发现：由于Den Hartog或Nigol系数正负不同以及竖/扭频率比不同,导线气动负阻尼绝对值会随风速提高以指数形式增大或者是随风速提高先增大后减小至小于结构阻尼;用单自由度舞动理论来预测三自由度舞动存在较大缺陷且偏于不安全。基于特征值摄动法提出覆冰分裂导线竖向-水平-扭转三自由度耦合的舞动稳定性判断条件式,解释了无法用Den Hartog或Nigol单自由度稳定性判断条件式说明的舞动现象,并得到试验结果的验证。     

Investigation of the vibrational behaviour of a cable-stayed bridge under wind loads

During the design stage of a new traffic bridge of the cable-stayed type an investigation has been carried out to determine the vibrational behaviour of the structure under wind loads. On a two-dimensional model wind tunnel experiments were carried out to establish the flutter stability of the bridge and to determine resonance vibrations due to vortex shedding.During construction of the actual bridge vibration measurements were performed and the wind-induced vibrational behaviour of the structure was observed.     

大跨径桥梁风洞试验技术探讨

对桥梁结构风洞试验的用途、主要试验与测振设备及其数值分析系统的研究现状进行了阐述,对风洞试验新技术与研究课题进行了展望,以期促进大跨度桥梁风洞试验的进一步发展。     

柔性光伏系统颤振性能的节段模型试验研究

柔性光伏支架的频率低、质量轻,极易在风荷载作用下发生大幅振动.以某实际柔性光伏项目为工程背景,借鉴桥梁抗风的研究经验,对该柔性光伏支架的颤振性能进行研究.首先,考虑严格的相似比关系,设计并制作了弹性悬挂节段模型系统,并对其动力特性进行了测试;然后,进行不同光伏组件倾角(-39°～+39°)下的弹性悬挂节段模型测振风洞试验,研究光伏组件风致响应随风速的变化规律,得到各倾角下柔性光伏节段模型的颤振临界风速值,探讨2种气动措施对提高柔性光伏支架颤振稳定性的效果.结果表明:在0°～39°的正倾角工况下,柔性光伏支架的颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在12°～21°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为9.6m/s;在-39°～0°的负倾角工况下,颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,也呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在-21°～-12°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为10.lm/s;设置中央稳定板的气动措施难以有效提高柔性光伏支架的颤振临界风速.     

三塔悬索桥施工全过程空气动力稳定性研究

采用三维非线性空气动力稳定性分析程序,分析三塔悬索桥施工全过程空气动力稳定性的变化规律,揭示了不同主梁施工顺序对三塔悬索桥施工过程空气动力稳定性的影响,并探讨具有良好空气动力稳定性的主梁施工顺序。     

猫道对大尺寸主缆气动干扰效应风洞试验研究

悬索桥施工期猫道对主缆存在气动干扰效应,从而可能对主缆的驰振性能产生一定影响。文章选取某大跨悬索桥施工期主缆尖顶型和平顶型两种施工方案中共五种工况进行研究。首先,采用3D打印技术制作主缆模型,利用风洞试验方法分别得到不考虑猫道气动干扰影响及考虑猫道气动干扰影响下五种工况的气动力系数,并进行对比分析|然后根据登哈托判据对主缆在-3°～3°风攻角范围内的驰振性能进行分析和对比。结果表明：猫道的气动干扰效应使主缆的阻力系数有所减小,升力系数也发生了明显改变|猫道对0°风攻角时主缆1#和4#驰振性能影响较大,在分析施工期主缆的驰振现象时,猫道的气动干扰效应不能忽略。     

悬索桥跨径的空气动力极限

桥梁建设已经进入了一个建造跨海大桥的新时代。在跨海大桥工程的可行性研究中存在许多技术方面的挑战 ,对于桥梁设计者来说 ,超大跨径悬索桥的气动稳定问题始终是必须十分关注的问题。本文首先研究超大跨径悬索桥的技术可行性及潜在的要求 ,然后讨论各种气动措施的性能 ,其中包括缆索系统的调整、中央开槽方案、垂直及水平稳定板以及振动控制措施等。从技术及航运要求出发 ,设计了一个接近极限跨径的主跨为5 0 0 0m的悬索桥方案 ,以此为基础研究并阐述解决其空气静动力稳定性的方法