考虑桥塔风效应的多塔斜拉桥抖振响应分析

该文以6塔斜拉桥——嘉绍大桥为研究对象,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,研究了多塔斜拉桥主梁和桥塔在强风作用下的抖振响应特性,并详细考察了自激力和桥塔风效应对主梁和桥塔抖振响应的影响。分析结果表明：1) 主梁与桥塔的风致抖振响应与结构的振动特性联系紧密,其抖振响应由于主梁与桥塔的动力耦合作用呈现出一定的独特性;2) 考虑自激力后主梁竖向抖振响应明显减小,而对主梁横桥向和扭转抖振响应影响相对较小。同时,自激力对桥塔的横桥向抖振响应基本没有影响,但对桥塔的顺桥向抖振响应起到了明显的抑制作用;3) 桥塔风效应对主梁的竖向和扭转抖振响应以及桥塔的顺桥向抖振响应基本没有影响,但会对主梁和桥塔的横桥向抖振响应产生较大影响。     

桥塔风效应对大跨度悬索桥抖振响应的影响

以润扬长江公路大桥南汊悬索桥(润扬悬索桥)为研究对象,首先基于ANSYS建立了该桥的三维有限元计算模型,同时基于桥址区实测风特性建立了该桥考虑桥塔风效应的三维脉动风场,在此基础上进行了该桥非线性抖振响应时域分析,重点研究了桥塔风效应对大跨度悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,主塔风效应对大跨度悬索桥主梁抖振响应的影响很小。就主塔而言,其顺桥向抖振响应受桥塔风效应的影响也很小,但横桥向抖振响应在考虑桥塔风效应时显著增加,在进行抖振响应分析时不容忽视。研究结果对大跨度悬索桥的风致抖振分析具有参考价值。     

大跨索承桥梁流线型钢箱梁抖振响应流固耦合数值模拟EI北大核心CSCD

大跨索承桥梁抖振性能评估是桥梁抗风安全设计的重要环节。但当前抖振分析理论在揭示抖振基本物理成因时的“描述性”强于“解释性”,且风洞试验难以重现抖振过程中的流固耦合细节。对此,以苏通大桥标准主梁节段为研究对象,在Fluent软件中开展了模型抖振响应数值模拟,并将抖振响应数值解与理论解进行对比。结果表明,对高湍流度风场而言,模型风振以湍流引起的强迫振动为主,考虑流固耦合效应的抖振响应理论解与数值解的RMS较为接近,模型上、下方涡核发展交替进行,特征湍流对模型抖振响应的影响较小。     

紊流空间相关系数对大跨度三塔悬索桥抖振响应的影响

鉴于紊流空间相关系数尚难以准确获取的现状,以泰州长江公路大桥为研究对象,采用谐波合成法模拟了该桥的三维脉动风场,并基于ANSYS平台进行了该桥非线性抖振响应时域分析。在研究过程中,以Davenport相干函数中的无量纲衰减因子λ为控制参数,重点分析了紊流空间相关系数对大跨度三塔悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,紊流空间相关系数对桥梁抖振响应影响较大,主梁跨中侧向与扭转位移响应随着衰减因子的增大而减小,竖向抖振位移响应随着衰减因子的增大而略有增加,且不同的衰减因子λ所造成的抖振响应计算值的差值可达50%以上。结论可供大跨度三塔悬索桥的风致抖振研究参考。     

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。     

紊流积分尺度对桥梁抖振响应作用效应分析

紊流积分尺度的大小决定了脉动风对结构的影响范围,在结构风振响应分析中具有不可忽略的意义。通常在被动发生紊流风洞试验中,来流积分尺度难于有效模拟,紊流积分尺度对于结构风振响应作用效应缺少合理评价。针对我国已建成的几座大跨度桥梁,利用桥梁二维抖振频域分析方法,结合主梁节段模型风洞试验气动力参数识别结果,对不同紊流积分尺度下的桥梁抖振响应进行对比分析,研究了不同紊流积分尺度脉动风作用下,桥梁结构基频对应风谱能量和抖振响应的差别。分析表明,通常情况下,小比例模型(缩尺比1:400-1:600)紊流积分尺度能够较好的满足相似比要求,往往使得风洞试验的抖振计算结果更接近真实值。大比例模型(缩尺比1:20-1:40)的紊流积分尺度相似性严重偏离,需要对风洞试验结果进行修正。     

桥梁抖振时域和频域分析的一致性研究

为考查时域分析方法用于桥梁抖振分析的可行性和可靠性,基于相同的分析参数,分别采用时域和频域分析方法对一斜拉桥的抖振响应进行分析,并从结构振动型态、抖振响应均方根及抖振响应功率谱密度函数三个方面对时域和频域分析结果的一致性进行了较详细的比较。时域抖振响应分析中,采用谱解法模拟了斜拉桥的脉动风场,抖振力采用准定常表达形式,自激力采用Y.K. Lin 表达形式。由于自激力的存在,结构的运动方程为非线性,提出了一种迭代方法来考虑自激力引起的非线性。采用Newmark-β方法进行积分计算。频域抖振分析采用多模态耦合分析方法。时域及频域抖振响应分析结果的一致性较好,这表明了大跨度斜拉桥时域抖振响应分析的可行性和可靠性。     

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。     

基于斜风分解的台风韦帕作用下润扬悬索桥抖振响应现场实测研究

以遭受2007年9月韦帕台风袭击的润扬长江大桥南汉悬索桥为例,利用该桥结构健康监测系统(SHMS)中加速度传感器实时采集的数据,结合台风期间专门增设的三维超声风速仪实测数据,采用时频分析和统计方法对大跨悬索桥的风特性及抖振响应进行了现场实测研究,主要研究内容包括桥址区的强风特性分析、主梁和缆索振动响应特性分析、振动与风速的相关性、斜风分解的影响等,并将其与台风麦莎期间的实测结果进行了对比分析.研究结果可用于验证现有抖振理论分析方法的可靠性,为大跨度悬索桥的抗风设计提供参考.     

大跨度桥梁考虑桥塔风效应的随机风场模拟

将谐波合成法与修正的谱描述法结合用于大跨度桥梁主梁及桥塔上的随机风场模拟。论述了利用谐波合成法对桥梁上顺风向风场的模拟过程,其中考虑了风谱沿高度的变化、由不对称互相关函数引起的重谱以及与频率有关的相位关系,对涉及的复数形式的目标谱密度阵给出了实用的分解方法。文中对用上述理论模拟出的风场样本进行了风谱的相关性检验,计算结果与目标值吻合良好,证明了所用模拟方法的可靠性。最后,使用该方法模拟生成了一座大跨度斜拉桥上随机风场的样本。     

苏通大桥静风响应分析

给出了大跨度缆索承重桥梁静风响应的分析步骤;全面研究了苏通大桥在静风作用下,桩基础刚度、拉索分段、风速剖面、主梁初始攻角和附加攻角等对主梁和桥塔静风位移、静风失稳风速及结构振动频率的影响,并与风洞试验结果进行对比分析。结果表明:静风位移计算值低于风洞试验实测值,雷诺数是其主要原因;如果不考虑桩基础刚度影响,结构侧向位移响应会被严重低估;斜拉索横向风荷载在总体风荷载中所占比例超过40%;不考虑主梁附加攻角会高估静风失稳风速约20%;静风作用下一阶对称竖弯、侧弯和扭转模态频率计算结果与全桥气弹模型风洞试验结果特点相似。     

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.     

某大跨悬索桥风振响应的现场实测与理论对比分析

结合东海某大跨悬索桥的健康监测系统,同步实测了桥面处的风速以及加劲梁和吊索的风振加速度响应,采用统计方法及频谱分析对结构响应的长期实测数据进行了分析,探讨了结构构件风振响应的实际特性;同时将强风作用下加劲梁响应的实测值与抖振分析的理论结果进行了对比研究。结果表明,加劲梁的RMS响应与垂直桥面平均风速基本呈线性关系,加劲梁的响应以低频为主,其动力特性随风速的增大变化不大;吊索的振动主要是高频的涡激振动,同时迎风侧的吊索响应要明显高于背风侧吊索响应;由于大跨度悬索桥抖振响应计算和实测过程受大量复杂和不确定因素的影响,理论分析结果要明显大于实测值。     

大跨度斜拉桥风洞试验和计算分析的一致性研究

为考查大跨度斜拉桥风洞试验和计算分析两种研究方法间的一致性,以宜宾长江大桥为工程背景,针对该桥最大单悬臂状态,采用有限元方法分析结构静风响应,采用频域随机振动分析方法计算结构的抖振响应,并将计算分析得到的静风响应和抖振响应与气弹模型风洞试验结果进行对比分析,讨论了计算分析和风洞试验两种研究方法各自的精度以及两者间存在差异的原因。研究表明:对于较为显著的响应,两种方法的分析结果在总体上是一致的。     

流线型闭口箱梁断面风荷载空间相关性试验研究

对典型流线型闭口箱梁断面的风荷载效应进行同步测压风洞试验,比较了来流平均风速、湍流度、风攻角、展向间距等不同参数条件下风荷载在空间分布状况,对风速及其荷载效应的空间相关性进行深入研究,从时、频域两个方面来尝试分析现象及原因,探讨影响因素,证实升力、扭矩的展向相关性远大于风速、阻力的相关性,并发现升力与扭矩的相关性规律相似,风速与阻力相关性规律相似;验证了传统随机抖振动气动力理论所存在的不足     

薄膜结构随机风场模拟和耦合风振响应分析

发展了一种以脉动风速曲线的人工模拟为基础的非线性随机振动的时域分析方法。应用自回归滑动平均(ARMA)模型对大跨度薄膜结构随机风场进行了数值仿真;采用Wilson-θ逐步积分法和Newton-Raphson迭代法推导了薄膜结构在抖振力作用下的非线性动力增量平衡方程,可考虑风与结构物的耦合作用,进一步求出结构的时程响应曲线和统计特性;对参数变化对结构抖振响应的影响进行了分析,从而分析索膜结构的抖振响应特性。     

风障对桥塔附近桥面汽车气动力特性的影响

强横风下大跨缆索承重桥梁的桥塔附近桥面风环境交替变化显著,极易导致汽车侧向失稳事故,针对途经桥塔附近桥面汽车气动力特性的研究对评价汽车侧向操纵稳定性尤为重要。该文进行了某分离钢箱梁斜拉桥独柱式桥塔附近桥面汽车模型测力风洞试验,获得了横风下汽车途经桥面不同位置时气动力特性的一般规律。设置风障前后桥塔附近桥面汽车气动力系数对比分析表明：风障可显著减小该类桥型塔区桥面汽车的侧力系数和横摆力矩系数,可减小大体量汽车的侧倾力矩系数和中、小体量汽车横摆力矩系数的变化幅值,风障对提高大风天途经桥塔附近桥面汽车的侧向稳定性作用明显。     

西部河谷地区三水河桥址风场特性试验研究

以三水河特大桥为工程背景,通过风洞试验研究了西部河谷地区桥址处风场特性,分析了西部河谷地区不同风向来流时桥址处风剖面、湍流强度、积分尺度及脉动风功率谱变化情况。通过梯度风速相似关系,结合规范梯度风速,提出由风洞试验实测桥址处风剖面指数及梯度风高度反算桥梁设计基准风速的方法。试验结果表明:当来流与河谷走向一致时风剖面接近幂指数分布,其他风向角风剖面不能用统一的幂指数分布表示,河谷风平均风剖面指数较其他风向小,拟合得到指数为0.142;河谷内的湍流度比较大,特别是在接近边坡的位置,桥面高度跨中的湍流度大于15%;由于桥梁结构位于河谷内,平均风速在来流风速的基础上被衰减而非放大,桥址处无明显的峡谷风效应;湍流积分尺度与脉动风功率谱的变化需要考虑周围山地的影响。     

台湾后龙溪桥风洞试验研究与静风响应分析

摘 要：通过风洞试验研究了台湾后龙溪桥气动稳定性;获得了混凝土梁和钢梁两种断面发生涡振的条件、涡振锁定风速范围及涡振振幅;对自然界和风洞中的风轴和体轴异同进行了区分;实测了两种断面的静气动力系数;最后进行了非线性静风荷载响应分析。研究结果表明：实桥风速达到135m/s,不会发生气动失稳;钢梁和混凝土梁断面+3°攻角时在均匀流场中会发生竖向和扭转涡振,扭转涡振风速锁定风速很高,而且范围很宽;在紊流度约为10％风场中,攻角在-3°～+3°范围内,未观测到明显涡振;由静风荷载引起的主梁附加攻角很小,风荷载非线性对主梁扭转位移和侧向位移影响很小,而对竖向位移影响相对较大,原因是竖向风荷载引起主缆刚度改变。