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.     

大跨度悬索桥颤振可靠度分析的改进响应面法

介绍一种新的计算悬索桥颤振可靠度方法——改进响应面法。该方法利用传统响应面法将极限状态方程近似表达为简单的多项式形式,有效地解决FORM和SORM无法求解隐式极限状态方程的可靠度问题。另外,改进响应面法的使用还能有效地利用现有的确定性颤振分析软件。通过引入有限元方法,改进响应面法可应用于悬索桥颤振可靠度问题。通过使用重要抽样技术,提高改进响应面法的计算效率和计算精度,有效地解决传统响应面法在结构可靠度较大或失效概率较低时出现的迭代不收敛问题。数值算例验证该方法的效率和精度。最后,用该方法计算江阴长江大桥的颤振可靠度,结果表明基于经验公式的改进响应面法会过高地估计大跨度悬索桥的颤振可靠度。实际的悬索桥颤振可靠度应该采用基于有限元法的改进响应面法进行计算。     

风雨联合作用下大跨桥梁颤振稳定性试验研究

针对风雨联合作用下的大跨桥梁颤振稳定性,以一开槽双箱梁桥梁为研究对象,通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,完成基于自由振动法的节段模型颤振试验。通过分析不同雨强下该桥梁主梁的颤振导数以及颤振临界风速,进而获取降雨对大跨桥梁颤振稳定性的影响规律。试验结果显示:颤振导数随雨强变化而变化,其中体现扭转气动阻尼特性的颤振导数变化较为显著,随雨强增大,颤振临界风速先增大后减小。试验结果表明:降雨对大跨桥梁的颤振导数以及颤振临界风速均有一定影响。     

应用碳纤维缆索的大跨度悬索桥抗风稳定性研究

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空气静力和动力稳定性分析。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稳定性的影响。分析结果表明:大跨度悬索桥采用碳纤维复合材料主缆后,静风作用下结构的变形增大,但其静风稳定性却与钢主缆悬索桥基本接近;由于结构自振频率特别是扭转频率有显著的提高,使得其空气动力稳定性要比钢主缆悬索桥好。因此从抗风稳定性角度而言,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的准则。     

非一致地震激励下大跨度桥梁随机振动时域显式法#br#

对于大跨度桥梁结构,地震激励的空间效应不应忽略。考虑到随机地震激励的非平稳特性,为提高计算效率,有必要在时域内直接开展非一致地震激励下大跨度桥梁的随机振动分析。基于相对运动法,推导非一致地震激励下结构动力响应的时域显式表达式,提出可考虑非一致地震激励的时域显式直接法,可快速获取结构响应的统计矩;同时提出高效的时域显式随机模拟法,可进一步获取非一致地震激励下结构响应的平均峰值等更全面的统计信息,并可有效实现结构的动力可靠度分析。以某主跨1200m悬索桥为工程实例,开展顺桥向非一致地震激励下的随机振动分析,分别研究地震激励的行波效应、失相干效应和局部场地效应对桥梁关键响应标准差、平均峰值和结构抗震动力可靠度的影响。研究结果表明,对于该桥主梁跨中和主塔塔顶顺桥向位移,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值均小于一致地震激励下的结果;而对于该桥主塔塔底内力,非一致地震激励下的响应标准差和平均峰值有可能大于一致地震激励下的结果,其中弯矩和剪力的平均峰值增幅分别可达21.6%和19.5%;此外,地震激励的空间效应对该桥的体系失效概率也有较大影响。     

Investigation on aerodynamic stability of long-span suspension bridges under erection

The aerodynamic stability of long-span suspension bridge under erection, particularly at early erection stage, is more problematic than in the final state. It is influenced by the deck erection sequence and the nonlinear effects of wind-structure interactions. Considering the geometric nonlinearity of bridge structures and the nonlinear effects of wind-structure interactions, a method of nonlinear aerodynamic stability analysis is presented to predicate the aerodynamic stability limit (flutter speed) of long-span suspension bridges during erection. Taking the Yichang Bridge over the Yangtze River as example, evolutions of flutter speeds with the deck erected by different sequences are numerically generated. The sequences of pylons to midspan and the non-symmetrical deck erection are confirmed analytically to be aerodynamically favorable for the deck erection of long-span suspension bridges, particularly at early erection stages. The flutter speeds of long-span suspension bridges under erection are greatly decreased by the nonlinear effects of wind-structure interactions.     

空间缆索体系悬索桥的抗风稳定性研究

为了探索理想的大跨度悬索桥的缆索体系以提高其横向及扭转刚度,以大跨度地锚式悬索桥——润扬长江公路大桥南汊桥为工程背景,采用不同缆索空间布置形式试设计三座具有空间缆索体系的方案桥,采用三维非线性空气静力和动力稳定性分析方法,分别对其动力特性、空气静力和动力稳定性进行分析和比较,并探讨具有良好抗风稳定性的大跨度悬索桥的合理缆索体系。结果表明:悬索桥采用内倾式空间缆索体系后,结构的侧弯及扭转频率增大,结构的空气动力稳定性增强;而采用外倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率减小,但结构的静风稳定性增强;考虑到悬索桥的空气动力稳定性一般比静风稳定性差,因此从总体抗风稳定性考虑,大跨度悬索桥采用内倾式空间缆索体系则比较有利。     

Influence of some factors on the aerodynamic behavior of long-span suspension bridges

As the span length of suspension bridges increases, the diameter of cables and thus the wind load acting on them, the nonlinear wind-structure interaction and the spatial non-uniformity of wind speed (including the vertical and horizontal variations) all increase consequently, which may have unnegligible influence on the aerostatic and aerodynamic behavior of long-span suspension bridges. In this paper, the models of aerostatic and aerodynamic forces are established, in which the nonlinear wind-structure interaction and the spatial non-uniformity of wind speed are both considered. By taking the Runyang Bridge over the Yangtze River as example, effects of the nonlinear wind-structure interaction, wind speed spatial non-uniformity, and the cable's wind load on the aerostatic and aerodynamic behavior of the bridge are investigated analytically. The results show that the aerostatic behavior is significantly influenced by these factors, but for the aerodynamic stability, it is greatly influenced by the nonlinear wind-structure interaction and the horizontal variation of wind speed, and the other factors have no influence on it.     

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。