桥梁气动自激力时域表达式的瞬态与极限特性

该文详细介绍了有理函数与阶跃函数在桥梁气动自激力时域模拟中的应用.分别对两种表达式的极限特性与瞬态特性进行了分析.理论分析与数值结果表明:阶跃函数的极限特性独立于识别参数而与桥梁断面的准定常风荷载特性相一致,经参数识别后的阶跃函数自激力表达式是准定常风荷载模型与基于颤振导数表达的自激力模型两者的统一.因此,阶跃函数自激...     

双边肋桥梁断面软颤振非线性自激力模型

采用弹簧悬挂节段模型测振的方法,研究了双边肋桥梁断面的软颤振响应。试验中观察到明显的软颤振现象,软颤振发生在扭转模态内,以单自由度的扭转振动为主,弯扭耦合效应比较微弱。将颤振导数拓展为瞬时扭转振幅的函数,以计入自激力的非线性效应。参数识别结果表明,自激力的非线性主要体现为气动阻尼的非线性效应,气动刚度的非线性较弱。通过对比软颤振响应的计算值和试验值,初步验证了该自激力模型和参数识别结果的可靠性。根据气动阻尼和结构阻尼随瞬时振幅的变化关系,对软颤振的机理进行了探讨。     

流线型箱梁断面的非线性颤振幅值特性研究

流线型箱梁断面的自激气动力与振幅非线性相关。为更加准确地预测颤振临界风速,同时探索大振幅振动下的颤振后状态,建立数值风洞模型识别出随折算风速与振幅变化的气动自激力,并计算出相应的非线性颤振导数。在经典的颤振理论基础上,提出更加精细的考虑颤振幅值因素的二自由度复模态特征值求解方法。基于此方法,编制了非线性颤振幅值幅响应搜索程序,并对颤振后幅值特性进行研究。研究表明:单频单自由度振动下,随着幅值增大,桥梁断面气动力非线性成分比重扩大,单频单一扭转运动下尤其明显;所建立的颤振求解方法能准确预测颤振临界风速;流线型箱梁发生颤振后,振幅会出现阶跃性增长,达到某一大幅值后,又基本处于振幅缓增的振动状态。     

基于ANSYS的桥梁颤振时域分析及程序实现

为避免MATRIX27矩阵单元输入振动频率的误差干扰,同时简化计算时步内的自激力反复迭代确定的重复过程,以自激力脉冲响应函数表达式为基础,对比研究不同优化算法在颤振导数拟合过程中的效果,推导自激力有理函数表达式中非线性项的计算迭代形式,提出了一种基于MATRIX27矩阵单元的桥梁颤振时域分析模型和求解方法,采用MATLAB和ANSYS混合编程技术实现桥梁颤振临界状态的程序求解,通过具有理想平板的简支梁模型和某大跨桥梁风致颤振分析验证所提方法。结果表明：所提桥梁颤振时域分析方法的计算值与理论值吻合很好,误差不足1%,计算结果对时间步长的选取不具备依赖性,可为需借助ANSYS进行复杂非线性颤振问题的求解提供参考。     

桥梁颤振稳定峡谷效应时域分析

以地形模型风场测试为手段,测试了山区峡谷桥址的平均风水平分布特性。在风洞试验所得颤振导数的基础上,采用阶跃函数对桥梁断面自激力进行模拟,并对模拟准确性进行了分析与校核,继而推出时域颤振动力有限元分析过程中桥梁断面自激力的递推表达式。在此基础上,最后考虑峡谷桥梁桥面处平均风速的水平分布,对大跨度悬索桥颤振稳定性进行了数值分析。分析结果表明:考虑峡谷平均风速沿加劲梁展向不均匀分布后对桥梁颤振临界风速值有明显的影响,较大幅度地提高了临界风速值。相比之下,按目前我国公路桥梁抗风设计规范取水平向均匀分布风速进行山区峡谷桥梁进行颤振稳定性验算会得到偏于保守的结果。     

大跨度桥梁主梁节段模型非平稳抖振时域模拟与分析

针对台风非平稳性显著的特征,开展大跨度桥梁主梁节段模型非平稳抖振时域模拟与分析。基于准定常理论,拓展了桥梁非平稳气动力模型,并通过阶跃函数进行了非平稳自激力的时域化。在此基础上,采用谐波合成法模拟了台风非平稳脉动风场,从而进一步开展了主梁节段模型的非平稳抖振响应时域分析,并与平稳理论分析结果进行了对比。研究结果表明:非平稳气动自激力可采用二维阶跃函数法进行时域化,并通过时变平均风速反映流体记忆效应的强度;桥梁非平稳静风位移与抖振位移RMS值均明显大于平稳抖振分析结果。因此,台风作用下大跨度桥梁的抖振响应分析有必要充分考虑非平稳特征的影响。     

π型叠合梁颤振试验及数值研究

基于某π型叠合梁断面进行了颤振试验及颤振导数试验,试验结果表明断面的颤振形式是极限环振动(LCO)而非发散振动;分析了断面的后颤振极限环及频率演变特性;采用了基于阶跃函数的后颤振自激力模型并通过试验验证了其在计算颤振临界风速及后颤振幅值方面的精度及可靠性,进一步分析了数值计算和试验两者之间产生误差的成因;对比分析了几何...     

变槽宽比双主梁断面悬索桥抖振响应特性

为了研究变槽宽比双主梁断面悬索桥抖振响应,提出考虑自激力和抖振力沿展向变化的频域和时域抖振计算方法,对某景观大桥进行抖振分析。频域法研究了气动导纳函数、平均风速、脉动风交叉谱对抖振响应的影响,分析不同类型气动导纳函数对抖振响应的影响差异及原因。时域法通过在每个荷载步更新三分力系数进而更新气动力,并考虑结构的几何非线性效应。计算结果表明:考虑气动力展向变化的时域法能够捕捉到跨中单索面位置的局部峰值;时域抖振响应计算值在竖向大于频域计算值,在扭转方向要小于频域计算值;考虑气动力展向变化计算的抖振响应要大于采用跨中断面气动参数计算的抖振响应,其主要由抖振力的展向变化产生,自激力的展向变化对其影响较小,在实际工程中考虑气动力展向变化进行抖振分析更加安全。     

时域自适应精细算法求解自激振动问题

应用时域自适应精细算法求解自激振动问题,将各物理量在离散时段内展开,可进行自适应递推计算,对非线性计算不做附加假设,避免了非线性迭代。数值分析表明,时域自适应精细算法可有效地用于自激振动问题的求解。     

大跨度桥梁非线性颤振理论与试验研究

目前,在线性颤振设防标准下,大跨桥梁的设计与建设成本巨幅增加,严重阻碍了大跨度桥梁的进一步发展,亟需研究大跨度桥梁的非线性颤振特性并构建相关非线性颤振分析理论,为后颤振设防标准的构建提供理论依据。该研究发展了基于自由振动风洞试验识别幅变颤振导数的方法,建立了多/全模态耦合三维非线性颤振频域快速分析方法和能够考虑气动与结构双重非线性效应的三维时域分析方法,拓展了桥梁断面节段模型大振幅非线性颤振研究的风洞试验技术。基于发展的非线性颤振分析方法,以国内某四主缆双层桁架主梁断面悬索桥为背景,研究了该桥主梁断面的非线性颤振特性,量化了竖向自由度对该断面非线性颤振的影响,探究了多模态耦合效应对该桥非线性颤振的影响规律,发现了几何非线性效应诱发的超谐共振行为,并据此揭示了几何非线性效应对该桥非线性颤振的影响机制。该文方便读者对非线性颤振理论与分析方法有比较全面的了解,研究可为今后建立大跨桥梁的韧性抗风设计标准提供理论支撑和技术保障。     

主梁上方安装固定风板抑制悬索桥颤振的研究

推演了主梁上方安装固定风板后整个桥梁主梁气动截面的自激力表达式及主梁单元气动刚度和气动阻尼矩阵的表达式。以某悬索桥设计方案为工程背景,应用多模态颤振分析方法,研究了在主梁上方安装固定风板这种控制措施对改善系统颤振稳定性的效果。分析结果表明,主梁上方安装固定风板对悬索桥颤振是一种有效的气动控制措施。     

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.     

基于Floquet理论的旋转风机叶片动力失速气弹稳定性研究

研究旋转风力机叶片动力失速气弹稳定性问题。叶片结构采用标量化的挥舞和扭转自由度耦合的振动运动模型,旋转风机叶片的气动力由Beddoes-Leishman失速模型来模拟,通过攻角在深度失速区域内的变化来计算出周期时变的非线性气动失速负载。在系统静平衡点附近对非线性气弹系统进行线性化,采用Floquet理论分析旋转叶片动力失速气弹稳定性,其结果得到系统时域响的验证。通过数值分析,揭示了挥舞扭转固有频率比和结构阻尼对颤振边界的影响。     

扁平箱梁涡激共振阻塞效应及振幅修正

风洞试验是涡激振动研究最为重要的手段之一。由于风洞尺寸的限制,涡激共振试验中存在一定的阻塞效应,然而已有关于涡激振动阻塞比效应的研究较为少见。数值风洞模拟方法可以自定义尺寸大小,从而避免实际风洞尺寸的限制。该文采用数值风洞方法,针对大跨度桥梁扁平箱梁,在阻塞比为1%、2.5%、3.89%、5%和8.75%下进行了竖向涡激共振分析,主要研究阻塞效应对扁平箱梁的气动力、涡激力及其分量、涡振振幅和流场等的影响。结果表明:随着阻塞比的增大,扁平箱梁的静力三分力系数、涡激升力、涡振振幅和受箱梁影响的流场范围均增大;涡激升力各分量的变化趋势各不相同,其中做正功的线性气动阻尼力先略减小后增大,做负功的非线性气动阻尼力持续减小;在2.5%阻塞比以内,上述各项的变化幅度几乎都在5%以内。最后,基于数值结果,该文给出了扁平箱梁涡振振幅的阻塞效应修正系数。     

桥梁颤振气动导数识别的ERA算法及其仿真实现

颤振气动导数识别是桥梁颤振理论研究的核心与关键问题,现有文献的主要方法是基于对系统自由振动响应数据的拟合,通过时域模态分析方法识别颤振气动导数.针对均匀流场中桥梁气动弹性的非经典线性动力系统,运用基于相关函数矩阵的特征系统实现法,通过分析系统在不可测量的白噪声激励下的响应,辨识出桥梁非经典模型的特征参数,并利用这些参数恢复模型的系统矩阵进而实现最终的颤振气动导数的识别.数值仿真算例表明本文的方法具有较高的数值稳定性和辨识精度.     

周期荷载激励下覆冰输电线的舞动特征研究

为了分析覆冰输电线舞动的非线性特征,在原有气动荷载的基础上添加周期荷载激励来模拟动态风和相邻档周期激励的作用.运用Galerkin法处理非线性偏微分舞动方程得到常微分方程,运用多尺度法求解强激励下的自激系统(自激-受迫系统)得到振幅表达式,接着求解弱激励下的自激-受迫系统得到幅频响应函数.结果表明在自激-受迫系统中,当...     

典型流线桥梁断面缩阶微分方程抖振气动力模型

目前的桥梁断面气动力理论框架中,气动力通常采用Scanlan线性准定常公式和Davenport气动导纳概念对准定常抖振力进行修正。已有的研究表明,导纳函数随来流特性变化较为明显,对同一桥梁断面也没有统一适用的导纳函数表达。除此之外,抖振力非线性特性方面的理论研究亦为国际风工程前沿热点问题。结合上述两方面,以桥梁抖振分析的关键问题抖振气动力合理建模为出发点,建立了基于状态空间方程的非定常、非线性时域抖振力模型。提出了能同时准确模拟非定常、非线性效应的纯时域气动力模型——缩阶微分方程抖振气动力模型。利用主动控制风洞试验技术进行桥梁节段模型抖振力荷载测量试验,对比研究了窄带和宽带谐波来流条件下的桥梁断面气动力荷载的非定常、非线性特性。     

千米级斜拉桥空气动力学问题

以苏通大桥为背景,对超大跨径斜拉桥的空气动力学问题进行了研究,着重讨论了超大跨径斜拉桥的动力特性、风荷载、基于气弹模型的颇振导数识别、结构体系以及涡激振动特性等一系列问题.研究结果表明,考虑侧向风荷载作用下斜拉索的非线性效应之后,全桥结构的竖向刚度有折减现象.同时发现Fixed-Fixed体系是解决顺桥向风荷载的有效途径,还提出了基于气弹模型的颤振导数识别方法,并就斜拉桥的涡激振动和雷诺数效应进行了探讨.     

苏通大桥三维颤振分析

基于结构有限元模型,给出了大跨度缆索承重桥梁三维颤振分析方法。该方法能够考虑静风作用、主梁附加攻角、拉索自激力和振型参与影响,同时迭代搜索侧弯、竖弯和扭转三种振动频率。采用该方法对苏通大桥进行了三维颤振分析,该方法的可靠性和实用性得到证实。结果表明:对于苏通大桥而言,不考虑静风作用和主梁附加攻角影响会高估颤振临界风速;不考虑拉索自激力作用和拉索振型参与,相当于忽略了系统气动正阻尼,会低估颤振临界风速;颤振临界风速颤振分析计算结果与风洞试验结果之间存在差异。     

风荷载作用下大跨度悬索桥的动力响应及列车运行安全分析

建立了风-列车-桥梁体系动力分析模型,根据实测空气动力参数和颤振导数模拟产生抖振力和自激力时域随机风荷载作为输入激励,以一座大跨度悬索桥方案为例,分析了风作用下桥梁和车辆的动力响应。结果表明:悬索桥的横向、扭转位移由风力控制,竖向位移主要由列车重力加载引起。风对桥上列车的运行安全有很大影响:在平均风速为30~40m/s的脉动风作用下,车辆的轮重减载率、脱轨系数和倾覆系数超标,必须给予足够的重视。