分体式钢箱梁涡激振动控制试验

目的 以分体式钢箱梁断面为研究对象,研究涡激振动控制措施,提出一新型的控制涡激振种动的格栅板形式.方法 采用大尺度节段模型风洞试验,研究成桥状态该桥的涡激振动特性,并分析不同格栅板样式和空隙率对随风速变化的涡振振幅的影响.结果 中央开槽断面的涡振性能较差,成桥状态涡振最大振幅达31.2 cm,加设50%空隙率格栅板后,涡振的振幅降低到10 cm以下.格栅板是一种有效的控制涡激振动的措施,格栅板的空隙率越小,抑制涡振的效果越好.结论 空隙率相同时,顺桥向格栅和交叉格栅的抑振效果差不多,顺桥向格栅板抑制效果略好.     

桥梁断面涡激振动气动效应特性识别

为获取桥梁断面涡激共振过程中的气动效应特性,提出一种基于风洞试验的气动效应特性识别方法,首先提出涡振系统总体阻尼及刚度瞬时特性识别方法,在此基础上提出从涡振系统总体阻尼及刚度中分离气动阻尼及气动刚度的方法.以一个开口断面风洞试验数据为例对该方法的准确性进行了验证,并对该断面涡振气动效应特性进行研究.结果表明:识别得到的系统总体阻尼比为零的等高线与结构涡振响应曲线能很好吻合,从而验证了该方法的准确性.在此基础上对涡振过程中作用于结构的气动阻尼及气动刚度特性进行了研究,获得了气动阻尼及刚度随结构振幅和约化风速的变化规律,可为后续理论模型研究提供参考.     

流场特征识别的无量纲时程深度学习方法

流场的特征直接影响结构的流致振动状态,对结构绕流流场的特征分析具有重要的研究意义。在中高雷诺数与不同流速的情况下,尾流中隐含的流场特征不同,传统数学物理方法很难对其特征进行提取与识别。该文提出了采用无量纲的物理量时程进行流场特征识别的深度学习方法,消除了不同来流速度的影响,仅通过时程的时变特征进行特征识别,扩大了特征识别方法的应用范围。采用两种不同深度学习模型对三种棱柱的尾流进行了特征提取与识别,通过比较可以发现：归一化的时程中仍包含不同形状物体所引起流场的关键特征,可用于流场的特征提取;使用归一化时程进行流场特征识别可降低模型训练难度,又提高了特征提取的精度,是一种流场特征提取的新方法。     

用于大位移情形的杆系结构虚功原理

通过典型示例揭示了传统杆系结构虚功原理在“微小位移”假定下,忽略挠度的一阶导数,用二阶导数代替曲率,造成的近似计算的假象,以及引起的概念上的混乱. 论证了虚功原理实质上是一组精确的数学恒等式,只是通过定义“力”和“位移”使其中每一项都赋予了虚功的物理意义,并不存在近似的问题. 提出了用截面转角的正切值定义截面的转动位移,并将虚功中力和位移的关系描述为力不随位移拖动的模式. 由此澄清了传统虚功原理可能引起的“近似计算,只适用于小位移”的假象,使虚功原理可以抛弃小位移假定,精确地适用于大位移情形.     

超大型冷却塔结构风振与地震作用影响比较

超大型冷却塔属于典型风及地震敏感结构,随着塔高的日益增大这两种作用成为设计的控制因素,为了研究这两种作用在不同部位的控制程度,对某超大型冷却塔进行风洞刚体测压和气弹测振试验,通过加载试验获得的塔筒表面风压分布模式和风振系数进行风载作用下结构响应计算,和冷却塔在七度地震作用下的响应进行比较.对比结果表明:环基和塔筒响应完全受风振控制,其在风载作用下的内力数值远大于地震作用下的数值,其中子午向和环向内力从塔底到塔顶逐渐变小,子午向和环向弯矩最大值均出现在塔筒的中部区域.两者对于人字柱的内力影响相差较小,和自重作用共同控制人字柱响应;采用振型分解法计算结构响应需要考虑前300阶的振型影响,而对于风振作用的频域分析只需考虑前30阶模态数即可满足.     

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.     

紊流中大跨桥梁的扭转发散特性

大跨度缆索承重桥梁的静风失稳,特别是导致桥梁突然破坏的扭转发散是桥梁工程师在设计阶段十分关注的问题,静风稳定性分析的传统方法是考虑均匀流静风荷载,采用静力有限元迭代法来求解。然而,自然界大气边界层中的气流总是紊流而非均匀流,而紊流对扭转发散的影响却需要深入的研究。为考虑紊流的影响,该文采用动力有限元方法在时域范围内分析桥梁的静风稳定性,并提出相应的风荷载表达式。应用该文提出的方法对目前国内最大跨度桥梁的静风稳定性进行了分析。数值分析结果表明:桥梁的扭转发散特性在均匀流与紊流场下的差异很大。这种差异主要表现在结构的发散形式不一样,在均匀流中加劲梁扭转发散表现为突变扭转位移而在紊流场中则表现为有巨大扭转峰值的随机振动;此外,扭转发散的临界风速也有所差异,紊流明显地降低了扭转发散临界风速。参数分析表明:紊流强度与脉动风场空间相关性也对桥梁的静风稳定性能有着重要的影响。     

超大型冷却塔风荷载特性风洞试验研究

对某超大型冷却塔进行同步测压风洞试验获得内、外表面的脉动风压分布。在外压测试中,改变外表面粗糙度和调整风速等措施,较好地实现了冷却塔大缩尺比模型对表面绕流高雷诺数效应的模拟;采用热线风速仪对冷却塔尾流进行测试,验证了由冷却塔整体气动力时程频谱函数确定涡脱频率方法的合理性;分析了环向断面阻力系数沿塔高的分布规律,在考虑相关性的基础上建议了冷却塔环向外表面的风压极值分布拟合曲线。在内压测试中,比较多种填料层透风率对于内压影响的基础上,采用相关性分析方法确定了内压极值分布规律。     

风力机风振背景、共振响应特性及耦合项分析

基于已提出的可考虑结构共振模态之间、背景与共振模态之间耦合效应的风振计算方法“一致耦合法”,对某兆瓦级大型风力机系统进行风振反应分析。首先建立风轮-机舱-塔体一体化有限元模型,获取并分析系统动力特性;然后采用谐波叠加法和改进的叶素动量理论,模拟考虑相干和旋转效应的风轮-塔架脉动风场;最后进行风力机塔轮系统结构的风振动力反应计算。通过与全模态精确解的对比探讨,揭示了风力发电塔轮系统风振背景、共振响应分布特性,以及模态间耦合效应的作用机理,并给出了风力机塔轮系统风振系数的建议取值,为兆瓦级风力机系统的抗风设计提供科学依据。     

大跨度分体箱梁桥梁涡振性能及其控制

因其相比传统闭口箱梁更为优越的颤振稳定性能,分体箱梁在大跨度桥梁建设中逐渐开始得到应用。以国内已建成的3座采用分体箱梁的大跨度桥梁为背景,通过大尺度节段模型风洞试验对分体箱梁的涡激共振性能进行研究,发现各断面均发生振幅较大的涡激共振。基于粒子图像测速技术的分析表明,在中央开槽处的大尺旋涡很可能是引起大幅度涡振的主要原因。为了解决分体箱梁桥梁的涡激共振问题,尝试和提出包括导流板、隔涡板和可调风障在内的多种气动控制措施,并比选出最佳控制方法。