压力积分法在桥梁断面雷诺数效应研究中的应用

表面压力积分方法不仅可以得到气动力均值,更重要的是可获得气动力的时程,从而可以计算气动力的RMS值和频率。通过该方法得到了刚性支撑断面的斯特罗哈数,并在试验雷诺数为2.7×104~1.4×106范围内研究了斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。研究中发现扁平桥梁断面的斯特罗哈数有明显的雷诺数效应,而雷诺数为2×105~4×105区域内这一效应尤为明显。     

扁平箱形桥梁断面斯特罗哈数的雷诺数效应研究

斯特罗哈数的雷诺数效应是桥梁断面雷诺数效应研究中的一个重要问题。表面压力积分成气动力的方法在文中得到了应用,用这种方法不仅得到了气动力均值,更重要的是获得了气动力的时程,从而可以计算气动力的RMS值和频率。通过压力积分气动力主要频率计算出刚性支撑断面的斯特罗哈数,并研究了斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。试验雷诺数范围为2.7×10⁴ to 1.4×10⁶,其中高雷诺数与实桥仅差一个数量级,能够反映实桥情况。在研究中发现扁平桥梁箱形断面的斯特罗哈数有明显的雷诺数效应,斯特罗哈数变化的过渡区雷诺数范围在2×10⁵ to 4×10⁵。     

不同圆角率的方形断面斯特罗哈数的雷诺数效应研究

通过刚性模型测压风洞试验在均匀流场中测试了标准方形断面及圆角率为0.1、0.2、0.3和0.4的方形断面在不同风向角下、雷诺数Re=0.8×105～3.6×105范围内的表面风压。在获得气动力系数时程的基础上,通过分析升力系数功率谱在试验雷诺数范围内的变化,讨论了圆角率和风向角对斯特罗哈数雷诺数效应的影响规律。结果表明：在试验雷诺数范围内,各风向角下标准方形断面与圆角率为0.1的方形断面斯特罗哈数均基本不受雷诺数的影响;圆角率为0.2、0.3和0.4的方形断面斯特罗哈数分别在0°～2.5°、0°～7.5°和0°～12.5°的小风向角时对雷诺数比较敏感,出现了大幅突升现象,圆角率越大,对雷诺数敏感的风向角范围越大。     

不同雷诺数下方柱绕流的数值模拟

在不同雷诺数条件下,对流体绕经方形柱体的流动进行了数值模拟,计算雷诺数分别为100,1×103,1×104和2.2×104.当Re=100时,直接采用N-S方程进行计算;当Re=1×103,1×104和2.2×104时,则引入k-ε湍流模型进行计算.应用Galerkin有限元法对控制方程进行离散和求解,利用分离时间步长法处理控制方程中的非线性项.模拟计算得出了在不同雷诺数下的卡门涡街脱落形态.方柱后尾涡的形态会随雷诺数的变化而产生一定的变化.当雷诺数较低时,尾涡会拖得比较长,随着雷诺数的增加,尾涡长度会随之缩短.计算得到了方柱的受力系数和Strouhal数.将计算结果与文献上的实验和计算结果进行了比较,两者吻合较好.     

二维矩形柱体表面风压频域特性的雷诺数效应研究

在低紊流度的均匀流场中分别对截面宽厚比B/D(B为模型的顺风向宽度,D为迎风面厚度)为2、2.5、3、3.5和4的二维矩形柱体模型进行了测压试验,雷诺数(Re)的变化范围为1.1×10⁵~6.8×10⁵。分析了各模型表面的三个典型测点的脉动风压系数的功率谱特性,研究了各模型侧面的风压相关性。研究结果表明气流再附于模型侧面会影响模型侧面和背风面典型测点的风压系数功率谱,且B/D=4模型的三个典型测点的风压系数功率谱随雷诺数变化明显。B/D=2模型侧面的风压相关性较好,但B/D=2.5、3和3.5模型的侧面靠近前边缘的测点与气流再附区的测点的风压相关性较强,侧面中部区域的测点与侧面前后部区域的测点的风压相关性较差。B/D=4模型侧面的风压相关性受雷诺数影响明显,在雷诺数Re=6.8×10⁵时出现了明显的突变。     

不同圆角率的方形断面气动特性的雷诺数效应

通过刚性模型测压风洞试验,在均匀流场中测试了标准方形断面及圆角率分别为0.1,0.2,0.3和0.4时的方形断面在雷诺数Re=0.8×10^5~3.8×10^5内的气动特性。结果表明:在试验雷诺数范围内,标准方形断面的平均阻力系数、平均升力系数及斯特罗哈数基本不受雷诺数的影响,但脉动升力系数受雷诺数的影响比较明显;圆角率为0.1的方形断面的平均阻力系数、平均升力系数及斯特罗哈数随雷诺数有一定变化,脉动升力系数随雷诺数的变化明显;圆角率为0.2,0.3和0.4的方形断面的平均阻力系数、平均升力系数及斯特罗哈数对雷诺数非常敏感,其在临界雷诺数附近均产生了明显的跳跃现象,但脉动升力系数受雷诺数的影响相对不大。     

斜拉索气动特性的雷诺数效应试验研究

斜拉索是斜拉桥的主要受力构件,其气动特性研究是整体结构气动特性研究的基础。为探究表面光滑斜拉索气动特性的雷诺数效应,在均匀来流中进行了不同风速下的斜拉索节段模型风洞测压试验,得到了斜拉索气动力系数和平均风压系数随雷诺数的变化规律。结果表明：表面光滑斜拉索的平均气动力系数在不同雷诺数区有不同的表现,平均阻力系数在亚临界雷诺数区和超临界雷诺数区分别稳定在1.2和0.6附近,而平均升力系数为0,临界雷诺数区平均阻力系数迅速减小,对应地,平均升力系数从0增加到最大值又降低到0;对于脉动气动力系数,处于亚临界雷诺数区的脉动升力值远大于脉动阻力,意味着斜拉索横风向激励远大于顺风向;平均风压系数分布随雷诺数的增大经历了对称-不对称-对称的变化过程,体现了层流分离-单侧湍流分离-双侧湍流分离的变化规律,是平均升力系数变化趋势的定性响应,而斜拉索背压处平均基压系数绝对值的变化趋势与平均阻力系数一致。     

扁平流线型箱梁涡激振动雷诺数效应研究

风洞试验作为研究涡激振动的重要手段,由于其本身条件的限制,可能存在雷诺数效应问题,造成试验值和实际值的偏差.为了研究扁平流线型箱梁涡激振动的雷诺数效应,选取某大跨度斜拉桥的扁平流线型箱梁作为研究对象,利用风洞测振试验,通过调节模型系统自振频率,实现不同雷诺数下的涡激振动,研究扁平流线型箱梁的涡激振动特性及其雷诺数效应;...     

宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应试验研究

矩形断面在实际工程中应用广泛,对其角部进行圆角化处理可有效减小风荷载并改善风致振动性能,然而圆角矩形断面的气动特性存在明显的雷诺数效应。为研究宽厚比为2:1的圆角矩形断面气动特性的雷诺数效应,减小在这类断面结构的风荷载和风致振动分析中因雷诺数原因引起的误差,对5种不同圆角率(0.1、0.2、0.3、0.4和0.5)的刚性模型进行了测压风洞试验,试验雷诺数范围为0.8×10⁵～3.6×10⁵。通过风洞试验得到并分析了不同圆角率矩形断面的平均阻力系数、平均风压系数和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律,并与标准矩形断面进行对比。研究结果表明：不同于标准矩形断面,5种圆角矩形断面的气动特性均表现了一定的雷诺数效应,这种雷诺数效应随圆角率的增大先增强后减弱,当圆角率为0.2时最强,其在雷诺数为2.8×10⁵时发生了明显跳跃;不同圆角矩形断面的平均阻力系数均随雷诺数的增加而减小。与其它位置相比,圆角矩形断面侧面和圆角位置处的风压系数受雷诺数影响更明显,其中圆角位置处最为显著。圆角矩形断面的斯特罗哈数在圆角率为0.1时基本稳定在0.22左右...     

大型冷却塔表面风压分布特性的试验研究

为研究冷却塔壁面粗糙度对其绕流特性的影响,该文采用在冷却塔壳外表面粘贴均匀粗糙度壁纸的方法,对某115 m双曲冷却塔1∶150的刚性模型进行风洞测压试验。通过喉部位置风压曲线与规范曲线的吻合程度确定合适粗糙度的壁纸,之后在该目标粗糙度下,对整个模型表面的风压分布特性进行细致研究。结果表明:沿冷却塔子午线方向,平均风压最大负压值出现在喉部位置;阻力系数的大小超出了规范值,并呈现出两端大中间小的特征;同时冷却塔上下两端的平均和脉动风压分布均表现出显著的三维效应,因此进行冷却塔抗风设计时,有必要对端部进行重点加固。     

桥梁断面三分力系数的雷诺数效应

气动力是大跨度桥梁抗风稳定性检算和振动分析的基础,流线型桥梁断面的气动力随雷诺数的变化问题是风工程研究和桥梁设计关注的问题。通过风洞试验,研究表面风压分布随雷诺数的变化规律,可以分析雷诺数效应发生的机理。通过刚性节段模型测压试验,获得了模型表面风压分布随雷诺数的变化,采用基于功率谱密度矩阵的特征正交分解方法,从频域上分析了结构表面的脉动压力场,解析了流线型桥梁断面表面脉动风荷载的主要分布形式和作用频率,分析了雷诺数变化对结构表面脉动压力场的影响。研究发现：流线型桥梁断面表面脉动风荷载的作用形式会随雷诺数的改变而改变,在特定位置流动分离和再附等现象会随雷诺数发生变化,从而影响整体的气动力和漩涡脱落规律。     

栏杆对典型桥梁断面涡激振动的影响研究

为了研究栏杆对典型桥梁断面涡激振动的影响,通过风洞试验分别研究了有无栏杆桥梁断面的涡激振动响应。裸梁断面风洞试验没有发生涡激振动,上下表面的脉动压力对涡激振动的贡献很小。栏杆断面风洞试验则发生了明显的竖向涡激振动现象,上下表面中下游脉动压力对涡激振动贡献较大。栏杆使得上表面的来流分离更彻底,改变了上表面的压力系数均值,但不能改变下表面的压力系数均值,栏杆不仅能够改变上表面的压力脉动情况,同时也显著增大下表面的压力脉动幅值。     

几种典型车辆在斜拉桥桥面行使的临界风速研究

研究强侧风作用下三种典型汽车在斜拉桥桥面行驶时的临界风速和车速。分析汽车运动方程的随动坐标特性和桥梁的侧向抖振对汽车相对桥面侧偏的影响,得到侧偏位移及速率的计算式,在以往基础上,研究了考虑车辆侧偏和驾驶员行为的风-车-桥空间耦合振动系统,完善了仿真分析程序的功能。以某斜拉桥为实例,分析三种典型车辆在桥面行使的临界风速。分析结果表明：采用控制重心还是前轮侧滑的驾驶员模型不显著影响桥面汽车临界风速的大小;不同类型汽车的事故原因可能不同,对于箱式货车,侧滑事故起控制作用,对于桑塔纳和一汽佳宝,车速高时,侧倾事故起控制作用,低车速时,侧滑事故起控制作用。     

雷诺数对沟槽减阻特性影响的数值分析

采用雷诺平均N—S方程和RNG κ-ε湍流模型计算V型沟槽面的湍流边界层流动和黏性阻力，通过改变来流速度大小和沟槽面布置位置，研究了雷诺数对沟槽减阻特性的影响规律。计算结果表明，来流速度对沟槽减阻率的影响很大，对于一种尺度的V型沟槽，存在着一个具有较好减阻效果的来流速度范围，最大减阻率可迭8．6％；沟槽面在沿来流方向上的布置位置对其减阻效果的影响则非常小。     

Rehabilitation and field testing of an FRP bridge deck on a truss bridge

A light-weight FRP deck was used, on an experimental basis, to replace a heavy deteriorated concrete deck improving the load rating of a 60-year old truss bridge located in Wellsburg, New York. This was the first such application in New York State. Load testing was conducted after installation of the FRP deck to study its behavior. Results indicated the conservative nature of the deck design, and no composite action between the deck and the superstructure. The study also shows that the joints are only partially effective in load transfer between panels.     

Static and fatigue load performance of a gfrp honeycomb bridge deck

This paper investigates the performance of a glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bridge deck under static and fatigue load cycles. The bridge deck has a sandwich panel configuration, consisting of two stiff face shells separated by a light-weight honeycomb core. The deck was manufactured using a hand lay-up technique. In this study, a full-size panel that had the same design as an actual bridge deck was tested. The experimental data are analyzed and compared to the results of finite element analysis. The data obtained have indicated that the failure of the system is governed by the delamination of the face shells from the honeycomb core, and the failure behavior is pseudo-ductile even though the material itself is brittle. Hence, the design of such a deck panel should be based on the shear strength of the face–core interface. However, the shear strength can depend significantly on the workmanship in the fabrication process. For design, if the interface shear strength can be reliably identified, the maximum shear stress should be no greater than 15% of the shear strength to avoid fatigue damage under the service load condition.     

Plate bending behavior of a pultruded GFRP bridge deck system

The bi-directional plate bending behavior of a pultruded GFRP bridge deck system with orthotropic material and system properties was investigated by means of two full-scale experiments and numerical modeling. Furthermore, the maximum span of the deck between two main girders was determined using Eurocode loading and presupposing a maximum deflection ratio of span/300.

Compared to an isotropic plate-strip, the bi-directional behavior of the orthotropic deck was not very pronounced. Nevertheless, selecting experiment specimen with five profiles instead of only three reduced the maximum deflections at the serviceability limit state (SLS) by ca. 50%.

Therefore, since the SLS governs in the design of GFRP bridge decks, the possible contribution of bi-directional plate bending is not insignificant and should be considered and improved in order to fully exploit the potential of pultruded GFRP bridge decks.     

桥梁断面颤振稳定性的直接计算法

利用通用CFD软件进行桥梁断面颤振稳定性的直接数值计算对于初步设计阶段估计桥梁断面的颤振临界风速具有重要意义。本文基于CFD软件Fluent,发展了桥梁断面颤振稳定性的直接计算方法。利用直接计算方法对典型矩形断面和典型流线形断面的颤振稳定性进行了数值计算,并将计算结果与风洞试验结果进行了对比。对比结果表明了本文计算方法的正确性。     

Flexural behavior of a hybrid FRP and lightweight concrete sandwich bridge deck

This paper presents a new concept for a lightweight hybrid-FRP bridge deck. The sandwich construction consists of three layers: a fiber-reinforced polymer composite (FRP) sheet with T-upstands for the tensile skin, lightweight concrete (LC) for the core and a thin layer of ultra high performance reinforced concrete (UHPFRC) as a compression skin. Mechanical tests on eight hybrid beams were performed with two types of LC and two types of FRP/LC interface: unbonded (only mechanical interlocking of LC between T-upstands) and bonded with an epoxy adhesive. The ultimate loads of the beams increased by 104% on average due to bonding. However, the beam failure mode changed from ductile to brittle. The beams using a LC of 44% higher density exhibited an 81% increase in the ultimate load. The manufacturing of the beams proved to be economic in that epoxy and concrete layers were rapidly and easily applied wet-in-wet without intermediate curing times. The experimental results showed positive results regarding the feasibility of the suggested hybrid bridge deck.