主跨420m人行悬索桥非线性静风稳定影响参数分析

为了研究大跨度人行悬索桥非线性静风稳定相关参数的影响规律,采用内外两重迭代数值算法对一座420 m主跨人行悬索桥,进行了结构附加风攻角、来流初始风攻角、非主梁结构风荷载、抗风缆与中央扣结构措施等影响参数分析。分析结果表明:不计结构附加风攻角会放大静风失稳临界风速,由于正负不同初始攻角下静风荷载的不同发展路径,使得正攻角会恶化静风稳定性,负攻角会提高静风稳定性;非主梁结构风荷载对静风失稳临界风速影响很小,但是抗风缆风荷载对主梁静风位移影响很大,主塔风荷载对主梁静风位移影响最小;抗风缆会改变大跨人行悬索桥的静风失稳形态和大幅提高静风稳定性,对于420 m主跨量级的人行悬索桥,仅依赖中央扣措施很难使无抗风缆设计方案获得足够的静风稳定能力。     

大跨人行悬索桥非线性静风稳定性分析

基于风洞试验所测加劲梁静力三分力系数,在综合考虑静风荷载非线性、结构几何非线性基础上,采用双重迭代计算分析方法对主跨420 m大跨窄人行悬索桥进行静风稳定性全过程分析。结果表明,结构变形随风速变化呈明显非线性,静风失稳形态弯曲扭转空间耦合变形特征显著;较公路桥大跨人行悬索桥主缆提供的扭转刚度比重更大,跟踪两主缆跨中应力随风速变化情况可定义静风失稳临界风速及与分析静风失稳原因;非零初始风攻角会降低静风失稳临界风速;中央扣及抗风缆均能提高静风失稳临界风速。施加中央扣措施,失稳形态为主梁结构弯扭失稳;施加抗风缆措施,失稳形态为抗风拉索、抗风缆应力松弛导致局部结构失稳。该研究可为大跨窄桥静风稳定性能及提高静风稳定性提供科学依据及参考。     

静风效应对大跨径悬索桥空气动力行为的影响研究

大跨径悬索桥对风的作用非常敏感，静风荷载作用产生的非线性效应对大跨径悬索桥的空气动力行为（主要指颤振）将产生不容忽视的影响，考虑静风荷载作用引起的结构动力特性以及作用在结构上空气动力的非线性变化因素，提出了基于静风平衡状态的三维非线性颤振有限元分析方法，并编制了计算程序，以润扬长江大桥为工程背景进行了分析和研究，并揭示了静风效应对大跨径悬索桥动力特性和颤振影响的程度和机理。     

交叉吊索对超大跨CFRP主缆悬索桥静风失稳的抑制作用

大跨度桥梁静风失稳有可能先于动力失稳,且破坏性更强,应予以重视。简单经济的交叉吊索可在基本不增加成本的前提下,有效改善超大跨悬索桥的静风稳定性。采用三维非线性分析方法,研究了交叉吊索对超大跨CFRP(Carbon Fibre Reinforced Plastic)主缆悬索桥静风抗力、失稳过程及失稳形态的影响。在提出有助于提高其静风稳定性的交叉吊索最优设置位置的同时,揭示超大跨悬索桥静风失稳机理,并就交叉吊索对静风失稳的抑制作用机理进行了深入研究。研究表明,交叉吊索能有效改善超大跨CFRP主缆悬索桥的静风失稳性能。     

超大跨径碳纤维主缆悬索桥施工阶段颤振稳定性研究

为明确超大跨径碳纤维主缆悬索桥施工过程中的颤振稳定性,采用状态空间法,对主跨3500m碳纤维主缆悬索桥10个施工阶段的颤振稳定性进行了分析,分别讨论了加劲梁刚度折减、阻尼比等参数对施工阶段颤振稳定性的影响,并研究了交叉索对改善悬索桥施工阶段颤振稳定性的作用,研究表明,同时布置竖向交叉索和水平交叉索可大幅提高超大跨径悬索桥施工阶段的颤振稳定性。     

风-列车-大跨度悬索桥系统非线性耦合振动分析

考虑大跨度悬索桥结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁耦合系统动力分析模型。为了考虑结构大位移非线性因素的影响,在有限元建模时考虑悬索桥主缆自重垂度及缆索初始内力的作用,在动力平衡微分方程中增加了几何刚度矩阵,通过自编计算程序,研究了列车与风荷载同时作用下主跨1120 m的五峰山悬索桥设计方案的线性及非线性振动响应。计算结果表明,考虑结构的大位移非线性因素对桥梁位移及加速度时程曲线变化趋势的影响不大,但会使其响应极值减小,非线性因素对桥梁加速度产生的误差影响较大而对位移的误差影响较小。     

交叉吊索用于改善悬索桥架设阶段的颤振稳定性

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 ,分析了该桥架设阶段颤振临界风速的发展趋势。以其中最危险的架设阶段为例 ,研究了在主缆与主梁之间设置交叉索这种结构措施提高系统颤振稳定性的效果。分析结果表明 ,交叉吊索可以显著地改善方案桥主梁架设阶段的颤振稳定性     

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。     

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。     

交叉吊索用于改善悬索桥架设计阶段的颤振稳定性

以某悬索桥设计方案为工程背景，应用多模态颤动分析方法，分析了该桥架设段颤振临界风速的发展趋势，以其中最危险的架设阶段为例，研究了在主缆与主梁之是设计交叉索这种结构措施提高系统颤动稳定性的效果，分析结果表明，交叉吊索可以显著地改善方案桥主梁架设阶段的颤振稳定性。     

基于风洞试验的大跨度钢桁梁悬索桥颤振性能研究

目前研究大跨度桥梁颤振性能的主要手段是节段模型风洞试验,而如何利用试验结果对桥梁主梁断面进行优化还没有得到彻底解决。以某大跨度钢桁梁悬索桥为工程背景,给出了桥梁设计基准风速的计算方法和结果。进行1∶48比例节段模型颤振振动试验,得出了主梁在各个攻角下的颤振临界风速。在最不利工况下,试验了下中央稳定板、上中央稳定板和水平稳定板对主梁颤振性能的影响,最后根据试验结果,在考虑安全、经济和美观等因素的条件下,选择最优气动方案,满足了桥梁抗风设计的要求。最后用1∶100比例全桥气弹模型试验验证了节段模型试验结果的可靠性。同时总结了大跨钢桁梁悬索桥颤振折算风速值一般位于数值4左右的规律,为今后类似钢桁梁悬索桥的颤振性能研究提供了借鉴和参考。     

增设主梁下风侧翼板抑制悬索桥架设阶段颤振的研究

本文首先建立了下风侧附加翼板桥梁主梁截面的自激气动力模型。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,分析了该桥架设阶段颤振临界风速的发展趋势。以其中最危险的架设阶段为例,研究了主梁下风侧设置翼板这种控制措施对系统颤振的控制效果。分析表明,主梁下风侧附加翼板对于悬索桥架设阶段的颤振是一种有效的气动控制措施。     

扭心偏移对桁梁桥颤振临界风速影响的试验研究

近些年山区大跨度桁梁桥得到较多的修建,其颤振性能通常由弹性节段模型风洞试验确定。试验中,主梁扭转中心通常设在节段模型的形心。受多种因素的影响,大跨度缆索桥梁主梁扭心可能偏离了形心位置,从而导致风洞测试结果与实际情况出现偏差。通过节段模型风洞试验模拟桁梁桥的扭心竖向偏移,测试不同扭心偏移下大跨度斜拉桥与悬索桥的颤振临界风速,对比研究扭心偏移形成的弹性转动中心、质量惯性矩、扭转频率变化的影响。总体上,扭心偏离形心使得桁梁桥颤振临界风速提高。     

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。     

独塔非对称自锚式悬索桥主缆施工的监控测量调整

跨河跨谷大桥的结构设计外形美观,为了充分发挥材料的性能,提高大跨度稳定性,设计者们更青睐采用悬索桥。本文以贵州省罗甸县城市综合建设项目1号桥悬索桥为研究对象,分析独塔非对称自锚式悬索桥结构特点,介绍了主缆施工中的架设过程及线型调整方法,可为后期类似工程提供借鉴和参考。     

大跨度桥梁抗风技术挑战与基础研究

以我国30年大跨度桥梁的快速发展为研究背景,对3种大跨度桥梁的抗风技术挑战进行了基础性研究和应用性研究,着重探讨了悬索桥的颤振性能及其控制、斜拉桥风振性能与拉索风雨振控制、拱式桥涡激共振及其控制、特大桥梁风振精细化理论等一系列抗风关键问题。研究结果表明:悬索桥的颤振稳定性跨径上限约为1 500 m,超过甚至接近这一上限时,必须采取措施改善加劲梁的抗风稳定性;千米级大跨度斜拉桥仍具有足够高的颤振临界风速,其主要抗风问题是长拉索的风雨振动;大跨径拱桥除了个别有涡振问题之外,还没有受到结构抗风性能的影响。文章还提出了三维桥梁颤振精确分析的全模态方法、任意斜风作用下桥梁抖振频域分析方法、基于二阶矩理论和首次超越理论的桥梁颤振和抖振可靠性评价方法,揭示了桥梁颤振演化规律、驱动机理和控制原理。     

钢桁架悬索桥颤振稳定性能研究

钢桁架悬索桥由于抗扭刚度较小其颤振稳定性通常难以满足抗风稳定性要求。本文以刘家峡大桥为例通过风洞试验研究了采取中央稳定板、导流板、封闭防撞栏等气动措施组合对钢桁架悬索桥颤振稳定性的影响。结果表明：上、下稳定板同时使用效果优于单独使用;将上稳定板做成分段布置时,正攻角的颤振临界风速会急剧降低。水平导流板外置比导流板内置于钢桁架内部效果好;加宽水平导流板可以使不同攻角颤振稳定性趋于均衡。加高并封闭防撞栏杆可以起到中央稳定板的作用,能有效提高桁架悬索桥不同攻角的颤振临界风速。     

双链式悬索桥在单车荷载下的振动特征

鉴于车体点头刚度对双链式悬索桥动态响应的影响很小,采用单个移动质量-弹簧-阻尼车辆模型,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程。考虑几何非线性及桥面平整度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶两种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响。针对不同车速、不同桥面平整度,分析了单个车辆对双链式悬索桥的冲击效应。引入主缆形状系数,将单链式悬索桥作为双链式悬索桥的特例,就双链式悬索桥和单链式悬索桥车振响应进行对比分析,揭示双链式悬索桥车振特征。双链式悬索桥车振响应特征的研究对该类桥设计选型、动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义。     

环境风场长期作用下某大跨悬索桥抖振疲劳寿命分析

为探讨环境风场长期作用下大跨悬索桥的抖振疲劳,基于东海某大跨度悬索桥的风场监测系统,对桥址处的平均风速进行了现场的连续观测,针对两年的实测结果,探讨了桥位处"疲劳风"的风速风向分布规律;同时基于风速分解,提出考虑风向影响的结构抖振疲劳时域分析方法,并以东海悬索桥为对象进行了探讨。结果表明,疲劳风速分布表现为正偏态,同时能很好地采用Weibull分布进行拟合;该桥加劲梁的风振疲劳损伤对风速的变化非常敏感,在运营过程中,强风作用下加劲梁损伤应受到重视;根据桥位处的疲劳风速风向分布,得到各风向风速的发生概率及持续时间,该桥加劲梁的风振疲劳寿命远大于桥梁结构的设计使用期100年。     

非一致激励对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响

作为一种新型的桥梁结构形式,三塔自锚式悬索桥的静动力性能较传统双塔自锚式悬索桥更为复杂。由于其跨越能力较大,抗震分析中地震动空间效应通常不能忽略。以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,根据实际场地条件拟合得到空间多点地震动时程,基于时程分析法研究了波传播效应、局部场地效应、失相干效应等地震动空间效应对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。研究结果表明:非一致激励会使得主塔内力增大、主塔索鞍抗滑安全系数下降、主塔纵向加速度和变形增大、主梁内力增大。因此,对于三塔自锚式悬索桥地震响应分析时应考虑多点非一致激励的影响。进一步研究表明,非一致激励对于各构件响应的影响程度不尽相同;即使对于同一构件,不同地震动空间效应的影响规律也相差较大。综上所述,非一致激励的影响规律十分复杂,需要后续更深入地探讨非一致激励对多塔悬索桥地震响应的影响机理。