索膜结构风振气弹效应的风洞实验研究

提出一种可以考虑索膜结构与风荷载动力耦合作用的简化气弹力学模型方法。以该方法为理论基础,进行了多个鞍形索网和鞍形膜结构的缩尺模型风洞气弹实验。研究内容包括:1)通过对形状相同的刚性模型和弹性模型表面的脉动风压与结构响应观测,探讨了附加气动力对结构响应的影响;2)利用随机减量技术对实验数据进行处理,实现了对气动阻尼、附加质量等参数的识别;3)通过对大量试验数据分析,得到了附加质量和气动阻尼随来流风速、风向、结构刚度和结构振动模态的变化规律。实验结果表明:气动阻尼对结构振动的影响较为显著,特别是对结构的低阶模态,气动阻尼比可达到15%左右;附加质量对结构振动的影响较小,其量级仅为结构质量的1倍―2倍左右。该试验过程中未发现结构出现整体气弹失稳现象,但在某些工况下,在结构局部测点出现气动负阻尼。     

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.     

某机场航站楼屋面风荷载特性研究

基于风洞试验的结果分析了某机场航站楼屋面风压系数的特性,该机场航站楼屋盖表面以负压为主,大部分区域负压绝对值较小且分布均匀,迎风边缘部分负压绝对值及负压梯度均较大。接着结合计算流体动力学方法模拟了主要风向角下风速矢量的分布特性,进一步阐释了屋面风压分布形成的机理。     

桥梁风工程研究的若干新进展

介绍我们近年来结合桥梁抗风实际需要的4项研究成果。(1)桥梁节段模型强迫振动风洞实验方法与相应的颤振导数时域识别法与频域识别法,用同一批实验数据作了两种方法的对比研究。频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动。(2)以佛山平胜大桥为工程背景,研究了上下行车道主梁相互独立并行带来的双幅桥面的气动干扰及串列双主缆的气动干扰问题。(3)拉索风雨振现场观测与振动控制研究。在岳阳洞庭湖大桥建立了风雨振观测系统,并连续四年进行了长时间现场观测,在风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律与拉索风雨振振动形态方面有新的发现。开发了一套磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施,三年来显示了良好的减振效果。(4)针对城市桥梁磁流变减振系统的低压供电线路最易受到人为的破坏的问题,设计开发了一种永磁调节装配式磁流变阻尼器(PMAA-MR),并将其成功应用于长沙洪山大桥的拉索减振。     

21世纪的工程教育

现在经济、国家安全以及我们的日常生活都越来越依赖科技创新。而工程教育质量会直接影响各国在21世纪更加国际化环境下的竞争力。美国国家科学基金在2007年10月份称,工程教育必须马上应对3个挑战适应工程领域不断变化的国际环境,改变公众对工程的看法以及吸引优秀学生投身工程领域。此外美国国家科学基金会还称,从目前劳动力的变化和需     

一种半隐式的气动弹性时域求解方法

针对结构小幅运动、流动强非线性的气动弹性问题,基于Adams 隐式方法发展了一种半隐式的线性多步法(SILMS)。将隐式的广义气动力项采用显式插值求解,结构项仍采用隐式格式计算,该方法融合了显式方法耦合简单和隐式方法稳定性好的特点。结构运动采用模态坐标描述,流动方程应用计算流体力学(CFD)技术求解,二者采用松耦合方法进行时域推进。算例计算了一个标准气动弹性模型(Isogai wing)的颤振结果,并与几种经典的时域模拟方法进行了比较,证明该方法具有效率高、稳定性好、精度高的优点。     

桥梁气动力CFD模拟中湍流模型的应用现状

近年来,计算流体动力学(CFD)在桥梁风工程中得到了越来越多的尝试与应用。CFD的应用不仅仅是顺应了计算机硬件浮点运算速度的快速发展,而且在处理复杂问题、时间及经济成本方面与风洞试验相比具有巨大的优越性。但是,这一优越性是建立在CFD求解结果具有实用精度的假设前提下的。该文综述了桥梁气动力CFD数值模拟中湍流问题的起源、各类湍流模型的本质特征及其适用范围与局限性。在此基础上,广泛调研了CFD在国内外桥梁气动力数值模拟中的应用,分别按静气动力与气弹两大类问题统计分析了目前CFD模拟与风洞试验结果之间的差距。结果表明,对于静气动力问题,CFD模拟的误差普遍在10%~40%之间;对于气弹问题,CFD模拟的误差普遍介于20%~300%。这一现实表明,以目前的水平,CFD尚无法独立于风洞试验而对桥梁气弹问题给出可靠的评估。要充分发挥计算流体动力学的优势,则必须结合湍流理论,加强各种湍流模型在各类桥梁气动问题中的应用基础研究。     

分体箱梁中央隔涡板涡激振动抑制机理研究

借助风洞试验和计算流体力学对分体钢箱梁的涡激振动性能及中央隔涡板的抑振效果与机理开展研究,对比不同形式(水平隔涡板、一道竖向隔涡板、两道竖向隔涡板)和尺寸中央隔涡板的抑振效果,并根据流迹与速度云图对不同形式中央隔涡板的抑振机理进行分析。结果表明：开槽顶部水平隔涡板能够阻碍开槽处的气体对流,降低开槽内部及断面周围气流速度,增加旋涡移动和脱落难度,从而在一定程度上抑制涡激振动,抑振效果随隔涡板宽度增大而增加;开槽内部竖向隔涡板能够将旋涡稳定在隔板分隔出的几个小区域内,避免产生稳定的旋涡脱落,进而有效抑制涡激振动,设置两道半高竖向隔涡板比设置一道全高竖向隔涡板效果更好,但需对两板间距进行优化。     

公路风屏障流场特性及自身风荷载的足尺模型风洞试验研究

为探究公路风屏障后方流场分布特性及自身风荷载,针对6种不同板形,通过足尺节段模型风洞试验测试了各风屏障后方不同车道处的流场分布及距离地面不同高度处障条的风荷载,在此基础上对比分析屏障孔隙尺寸和开孔形式对其后方流场分布的影响,求得了不同风屏障整体的阻力系数、力矩系数以及风速折减系数。研究结果表明,孔隙尺寸对风屏障后方流场影响较为有限,开孔形式对屏障前方流场影响较为有限,但是对其后方的流场分布影响较为明显。由于受到盖梁的影响,位于最顶部的障条阻力系数较其他位置处障条阻力系数偏低。屏障整体风荷载系数可为日后该类风屏障设计提供一定的参考。     

复杂体型大跨建筑的风荷载预测与抗风设计

该文针对防城港文化艺术中心项目在抗风设计中的相关问题,综合运用CFD数值模拟方法、刚性模型测压试验和动态风振计算等研究手段,深入分析了该大型复杂体型大跨建筑屋盖表面的风荷载,为结构设计提供了详尽的风荷载数值依据。即在建筑方案阶段,采用CFD数值模拟对屋盖风压进行初步研究,将得到的平均体型系数作为初步设计的依据;确定建筑...     

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.     

地表粗糙度对山区峡谷地形桥址区风场影响研究

为研究地表粗糙度对山区峡谷地形桥址区风环境的影响,通过计算流体力学数值模拟的方法,对不同粗糙度下理想峡谷与真实峡谷模型中主梁跨中位置的风剖面进行了研究。通过理想模型的计算分析,确定了不同风向角下主梁跨中风剖面随粗糙度变化的一般规律,结合对峡谷内流场特点的分析,揭示了粗糙度对峡谷内风速造成影响的原因,并在真实地形模型中进行了验证,根据地表种类细化了粗糙度设置方案。研究表明,在峡谷地形条件下,粗糙度对风速的影响与常规地形有明显差异,在主梁高度处,随着粗糙度的增加,主梁跨中风速可能会有不同程度的增加。研究结论为山区峡谷地形处桥梁设计风速确定提供了依据。     

六线双层铁路钢桁桥车桥系统气动特性风洞试验研究

为研究多线双层铁路桥梁车辆与桥梁的气动特性,利用三分力分离装置-交叉滑槽系统,对某六线双层大跨铁路斜拉桥进行节段模型风洞试验。测试了不同车桥组合下车辆与桥梁各自的气动力,研究了单列车的位置、双车同层交会、双车上下层共存时车辆和桥梁气动特性的相互影响,并讨论了风攻角对上层车辆气动力的影响。试验结果表明,当车辆位于桥梁断面不同位置时,车辆气动力差异较大;由于上层桥面宽度较大,气流经过桥梁断面前缘分离后,再附着于较靠后的背风侧车辆,导致背风侧车辆的阻力系数更大;双层车辆共存时,当两者同处于迎风侧,气动力有明显的相互影响;风攻角对背风侧车辆的气动力影响显著。     

新型斜拉桥与摩天轮复合结构流场数值模拟与风洞试验研究

为研究天津慈海桥的压强分布系数,建立了新型斜拉桥与摩天轮复合结构有限元模型,采用了RANS的RNGk-ε模型作为慈海桥进行数值分析的湍流模型,采用非平衡壁面函数模拟壁面附近复杂的流动现象。运用数值风洞法对斜拉桥部分周围流场进行数值模拟,得到斜拉桥周围流场的速度分布和斜拉桥表面的压强系数。通过风洞试验进行测量,介绍了风洞试验的风洞和试验模型,得出了32个测点不同方向的压强系数。把其中具有代表性的测点数值风洞理论值与风洞试验结果进行比较分析,结果对比说明:理论与试验数据一致,所得到的压强分布系数可以用于工程实际。同时证明该文所采用的数值模拟方法来预测斜拉桥表面的平均压强分布情况可以推广应用。     

钢管混凝土桁架拱桥模型试验研究

淳安南浦大桥为一净跨径308m中承式钢管混凝土桁式拱桥,宽跨比较小,该桥拱肋的横向稳定是桥梁安全性的关键,介绍了该桥整桥模型试验的主要过程,包括试验模型的设计、加载系统,给出了全桥、半跨、水平加载等六种工况下模型试验的主要结果,得出的结论可供该类桥梁设计和施工参考。     

某大跨度公铁两用桁架斜拉桥车桥系统三分力系数风洞试验研究

为研究复杂交通状态下车桥系统的气动特性,对某大跨度公铁两用桁架斜拉桥进行了节段模型风洞试验.测试了不同风攻角下单列车、两列车、三列车通过时车桥系统的三分力.研究了线路位置、桥塔、公路车流、双车及三车交会对车辆和桁梁三分力系数的影响.结果 表明:当单列车从迎风侧线路向背风侧线路移动时,车辆和桁梁的阻力系数逐渐减小,但车辆...     

桥梁颤振导数识别的时域法与频域法对比研究

同时提出了基于桥梁节段模型强迫振动风洞实验的颤振导数时域识别法与频域识别法.开发了一套两自由度强迫振动装置,用它进行了三种节段模型的强迫振动法风洞试验.用这同一批实验数据作了两种方法的对比研究.采用两种或多种数据处理方法,可以提高颤振导数识别结果的可信度.频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动.     

确定桥梁模型颤振临界风速的实用方法

建立了根据18个颤振导数求解三自由度颤振方程,搜索颤振临界风速的双参数优化模型;将苏通大桥、荆沙大桥和苏拉马都大桥主梁颤振导数代入该优化模型,搜索得到了各自颤振临界风速,并与风洞试验实测及复模态颤振分析结果进行对比,分析了引起差异的主要原因.分析了系统质量、质量惯矩和阻尼对荆沙大桥颤振临界风速的影响;分析了18个颤振导数对苏拉马都大桥颤振临界风速的影响.分析结果表明:双参数优化模型为评价颤振导数的识别精度和定性分析颤振临界风速对颤振导数的敏感性提供了一种有效途径,颤振导鼿*3,A*1,A*2对苏拉马都大桥颤振风速影响较为显著, P*1(I=1～6)对颤振风速影响不明显.