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2.7×104~1.4×106,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2×105~4×105。     

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。     

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...     

圆角处理的断面宽厚比为2∶1的二维矩形柱体气动力系数的雷诺数效应研究

在低湍流度的均匀流场中,测量了4种圆角率(R/D=0%、5%、10%和15%)的断面宽厚比为2∶1的二维矩形柱体模型在雷诺数1.1?105≤Re≤6.8?105范围内的表面风压时程,通过对模型表面风压时程积分的方法获得了模型的气动力系数时程,分析了四个模型的气动力系数的雷诺数效应以及雷诺数对各模型的气动力系数功率谱的影响。结果表明,随着圆角率的增大,模型的平均阻力系数减小,且平均阻力系数对雷诺数越来越敏感。所有模型的均方根阻力系数和均方根升力系数都呈现明显的雷诺数效应,且模型的圆角率越大,其均方根阻力系数和均方根升力系数对雷诺数越敏感。圆角率为0%和5%模型的脉动阻力系数功率谱和脉动升力系数功率谱基本不随雷诺数而改变,但圆角率为10%和15%模型的脉动阻力系数功率谱和脉动升力系数功率谱呈现明显的雷诺数效应。此外,圆角率对断面宽厚比为2∶1的二维矩形断面模型的Strouhal数也有明显的影响。     

缆索承重桥并列索平均气动性能的雷诺数效应

近距离并列吊索和并列斜拉索在大跨度缆索承重桥中有广泛的应用,但目前在计算并列索静力风荷载时只考虑顺风向阻力的影响,没有考虑因尾流干扰所产生的横风向升力的作用。通过风洞试验,在雷诺数Re= 0.9×105~4.6×105（涉及亚临界雷诺数区和临界雷诺数区）研究了多种不同相对位置的并列双圆柱的平均阻力、平均升力和斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。研究结果表明:并列圆柱的平均气动性能有强烈的雷诺数效应,临界雷诺数下的气动力系数与亚临界区有很大的差异;在临界雷诺数区域,下游圆柱的平均升力系数会随雷诺数的增大发生不连续突变,这种气动力的突变很可能与双圆柱绕流场的流态结构的演变有关;受上游圆柱的尾流干扰,在临界雷诺数区域内下游圆柱的平均升力系数可达到1.25以上,远大于下游圆柱的平均阻力系数,因而在计算并列索静力风荷载时有必要考虑横风向平均升力的作用。     

雷诺数对椭圆形断面气动力及驰振稳定性的影响

具有类似于圆形断面的细长结构常发生大幅的风致不稳定振动,气动力分析是研究该类振动机理的主要方法,雷诺数是该类结构气动力的主要影响因素之一。通过长短轴之比为1.5的椭圆形断面刚性模型测压风洞试验,得到了雷诺数从32k~250k范围内的气动力。讨论了雷诺数对平均气动力、平均风压分布、流动特征点、斯托洛哈数的影响规律。采用考虑雷诺数和振动方向影响的驰振稳定性分析方法,分析了该断面的驰振稳定性。结果表明,在高雷诺数范围内,随着雷诺数的增大平均阻力系数减小、平均升力系数随风向角的变化更剧烈、最小风压点和分离点向尾流移动、规则的漩涡脱落消失;在雷诺数对气动力有明显影响的区域内,气动阻尼为负值,结构可能发生驰振,横风向振动负气动阻尼主要归因于雷诺数对平均气动升力随风向角的变化的影响,顺风向振动负气动阻尼主要是由于平均气动阻力随雷诺数增大而减小造成的。     

流线闭口箱梁涡振气动力的雷诺数效应研究

涡激振动是大跨度桥梁在低风速易发的自限幅风致振动现象。针对典型流线闭口箱梁断面,分别进行了1∶70和1∶20主梁节段模型同步测振、测压风洞试验,对应以梁高为特征尺寸雷诺数范围分别为6.08×10~3～2.28×10~4和1.06×10~4～1.40×10~5,研究了雷诺数效应对箱梁涡振响应及表面气动力时频特性的影响。+3°初始攻角下,主梁断面存在明显涡振现象。与小比尺模型相比,大比尺模型竖向涡振发生风速低,振幅大,且出现了小比尺模型未观测到的扭转涡振现象。分别选取典型风速结点,进行表面气动力时频特性分析表明:不同雷诺数条件下,表面平均风压系数、压力系数根方差及分布气动力与涡激力相位差空间分布均有所不同,表现出显著的雷诺数效应;高雷诺数时,上表面下游、中上游和下表面区域气动力对涡激力贡献较大,其中上表面下游区域气动力对涡激力起增强作用,其它区域气动力对涡激力起抑制作用;低雷诺数时,上表面中上游区域气动力对涡激力几乎无贡献,上表面下游区域气动力对涡激力的贡献与高雷诺数时相近,下表面区域和迎风面斜腹板区域气动力对涡激力抑制作用远小于高雷诺数时。特别是下表面与下游风嘴转角附近区域气动力对涡激力抑制作用远大于高雷诺数时,可推断这正是低雷诺数时涡振幅值远小于高雷诺数时的主要原因。     

桥梁断面表面压力分布及Strouhal数的雷诺数效应

为了研究桥梁断面Strouhal数的雷诺数效应,通过调节试验风速来改变雷诺数,并在模型表面布置测压点,进行风洞试验.测量了不同雷诺数下各测点的风压时程,分析了压力梯度及压力系数功率谱及涡脱频率的随雷诺数变化规律,研究了Strouhal数的雷诺数效应.研究发现桥梁断面的压力梯度及压力系数功率谱具有明显的雷诺数效应,高雷诺数下,通过风压频谱寻找涡脱频率的方法不可行.研究表明,桥梁断面的Strouhal数具有较为明显的雷诺数效应.     

流线型桥梁断面表面脉动风荷载特性研究

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。     

高雷诺数下错列双圆柱气动干扰的机理研究

为了进一步澄清小间距错列双圆柱的气动干扰机理,该文采用大涡模拟方法,在高雷诺数下（Re=1.4×105）,研究了间距为2倍圆柱直径的错列双圆柱的气动性能和流场特性随风攻角的变化规律,分析了两个圆柱气动力系数相关性,探讨了下游圆柱气动力与流场结构的内在联系,对下游圆柱平均升力的流场机理提出了新的解释。研究表明,大涡模拟得到的结果与风洞试验值吻合良好;下游圆柱的气动性能、流场结构和两个圆柱气动力相关性均会随风攻角发生剧烈变化;风攻角在0°~10°时,下游圆柱受平均负阻力作用,其原因分别为两圆柱间的回流区和间隙流;风攻角在10°附近时,下游圆柱受很大平均升力作用,风压停滞点偏移、两圆柱间高速间隙流、下游圆柱间隙侧剪切层的提前分离和再附是平均升力出现的三个因素。     

考虑扭转耦合的土-结构动力响应的一种简化分析法

提出了一个利用模态分解和傅里叶变换求解不对称结构扭转耦合动力响应的土-结构相互作用分析的实用简化方法，从而不仅使矩阵计算大大简化，计算结果具有较高准确性。数值参数分析表明当地基土为软土，尤其是地基土剪切波波速低于1000m／s时，基础水平位移和摇摆幅度分别随结构质量与基础质量之比和结构高度与回转半径之比的增加而显著增大。对于地基土不是硬土，而且具有一定的高度和刚度偏心距的结构，必须考虑扭转耦合的土一结构动力相互作用的影响。     

地震动的扭转分量与结构的扭转地震作用

地震时建筑结构会受到扭转地震的影响,但目前结构设计时扭转地震作用尚不明确。为了确定结构的扭转地震作用,提出了一种简化的地震作用下基础扭转的计算方法,探讨了自由场地扭转、基础扭转以及两者的不同。研究表明:基础与视波长的尺寸效应和基础长宽比的尺寸效应造成了上述两者的区别。进而给出了便于建筑抗震设计的扭转地震作用的确定方法。     

基于传递矩阵法的分层饱和土中单桩扭转动力阻抗

以分层饱和土中单桩扭转振动为研究对象,将桩周土体视为分数阶黏弹性饱和土,借助分数阶黏弹性本构模型和土体运动平衡方程、应力位移关系建立分层分数阶黏弹性饱和土层扭转振动微分方程。以两层分数阶黏弹性饱和土为例,讨论主要桩土力学参数对扭转动力阻抗影响。结果表明：下上层土体本构模型阶数比对扭转动力阻抗随频率变化曲线峰值影响较大,下上层土体剪切波速比、土层厚度比和桩土模量比对扭转动力阻抗的影响与频率有关,下上层土体液固耦合系数较小时,其对扭转动力阻抗的影响很小。     

地基土-两层偏心结构相互作用体系平扭耦联参数分析

为研究地基土－两层偏心结构相互作用体系的地震反应,本文对平扭耦联问题进行了参数分析。利用拉格朗日能量法建立了土－两层偏心结构相互作用体系平扭耦联运动方程,求得频域内解析解,并编制MATLAB程序,确定了影响两层偏心结构平扭耦联的主要参数,详细分析了扭平频率比Ω、偏心率B、偏心楼层位置和地基土特性等参数对相互作用体系弹性地震反应的影响规律,以及对平扭耦联程度的影响状况,得到了一些与刚基上偏心结构平扭耦联反应不同的参数影响规律,为工程计算和设计提供参考。     

MTMD控制非对称结构扭转振动的最优位置

研究了用两组相同的MTMD来控制非对称结构扭转振动的最优位置。MTMD具有相同的刚度和阻尼系数但不同的质量。基于导出的设置MTMD时结构扭转角位移传递函数,建立了扭转角位移动力放大系数解析式。MTMD最优参数的评价准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性评价准则定义为:结构最大扭角转位移动力放大系数的最小值的最小化与无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的评价准则,研究了标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对不同位置MTMD最优参数和有效性的影响。     

多重调谐质量阻尼器控制单层非对称结构扭转振动的设计参数

研究了用两组相同的MTMD控制单层非对称结构扭转振动的最优设计参数。MTMD具有相同的刚度和 阻尼系数但不同的质量。MTMD被布置在最优位置。MTMD最优参数的设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放 大系数的最小值的最小化。MTMD的有效性设计准则定义为:结构最大扭转角位移动力放大系数的最小值的最小化与 无MTMD时结构最大扭转角位移动力放大系数的比值。基于定义的设计准则,研究了非对称结构的标准化偏心系数 (NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对处于最优位置MTMD最优设计参数和有效性的影响。     

地震作用下不规则建筑AMTMD控制的动力特性-Ⅰ:平动振动控制

主动多重调谐质量阻尼器(AMTMD)最优参数准则定义为:设置AMTMD不规则建筑的最大平动位移动力放大系数最小值的最小化。AMTMD有效性准则定义为:设置AMTMD不规则建筑最大平动位移动力放大系数最小值的最小化与未设置AMTMD不规则建筑最大平动位移动力放大系数之比。使用定义的准则,研究了不规则建筑标准化偏心系数(NER)和扭转对侧向频率比(TTFR)对AMTMD控制不规则建筑平动位移时的最优参数和有效性的影响。     

粘滞流体阻尼墙对平面不规则结构的扭转效应控制研究

平面不规则结构由于平扭耦联会使边界处的位移较规则结构增大很多,而给结构配置阻尼器是减小平面不规则结构边界位移的有效途径,该文将耗能效率较高的粘滞流体阻尼墙应用于控制平面不规则结构的扭转响应,研究阻尼墙控制结构扭转效应的机理及控制结构扭转的优化布置。将减震系统刚度矩阵转换到结构的质量中心,将配置阻尼墙后形成阻尼中心的阻尼矩阵转换到质量中心,从而建立可以考虑扭转效应和附加阻尼位置效应的非线性运动控制方程,并根据响应结果推导出结构位移比的表达式;利用运动方程研究阻尼中心的位置、阻尼力的大小、阻尼参数等对结构扭转效应的影响规律,结合结构位移比的表达式提出阻尼墙的平面配置原则和最优阻尼参数的取值方法。以某L型高层建筑为工程背景,根据上述原则配置阻尼墙并选取阻尼参数,并对减震体系在最不利地震动输入方向上进行非线性时程分析,分析结果表明通过合理配置粘滞阻尼墙,L型结构的扭转响应得到了有效的控制,结构最大边界位移和位移比大大降低。该研究结果为采用阻尼墙控制不规则结构扭转效应提供了基本原则和方法,并为不规则结构的减震设计提供有益的借鉴和参考。     

Nonlinear torsional buckling and postbuckling of eccentrically stiffened FGM cylindrical shells in thermal environment

The main aim of this paper is to investigate the nonlinear buckling and post-buckling of functionally graded stiffened thin circular cylindrical shells surrounded by elastic foundations in thermal environments and under torsional load by analytical approach. Shells are reinforced by closely spaced rings and stringers in which material properties of shell and the stiffeners are assumed to be continuously graded in the thickness direction. The elastic medium is assumed as two-parameter elastic foundation model proposed by Pasternak. Based on the classical shell theory with von Karman geometrical nonlinearity and smeared stiffeners technique, the governing equations are derived. Using Galerkin method with three-term solution of deflection, the closed form to find critical torsional load and post-buckling load–deflection curves are obtained. The effects of temperature, stiffener, foundation, material and dimensional parameters are analyzed.     

Torsion of semi-auxetic rods

A method for quantifying the overall Poisson’s ratio of a rod undergoing torsional loading is proposed and applied for a concentrically compound rod with inner core and outer shell of similar shape but opposite Poisson’s ratio signs. Results show that a concentric compound rod with auxetic core exhibit same effective Poisson’s ratio signs but with greater magnitude under torsional loading than under axial loading. However, a concentric compound rod with auxetic shell exhibits a range of volume fraction whereby the overall auxeticity of the rod is loading mode dependent, i.e., it behaves as a conventional rod under axial loading but as an auxetic rod under torsional loading. Hence a compound rod with conventional core and auxetic shell can be used as a smart structure that gives different response depending on the type of loading imposed on it.