为研究气动干扰对大间距并列双钝体箱梁的三分力系数和涡振特性的影响,给这类箱梁静风荷载取值和涡振抗风设计提供参考,根据某并列双钝体箱梁桥跨中断面,制作节段缩尺模型,通过测压和测振风洞试验,测试大间距并列双钝体箱梁的三分力系数和涡振特性,并与单幅钝体箱梁的三分力系数和涡振特性进行对比。结果表明:当1≤D/B≤6(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁宽),风攻角为-10°~10°时,气动干扰对并列双钝体箱梁三分力系数的影响表现在下游钝体箱梁上,且主要体现为减小效应;当D/B=3,风攻角为-4°~4°时,气动干扰对下游钝体箱梁的涡振有一定的放大效应,表现为振幅的增大和风速锁定区间长度的变长,与正攻角相比,负攻角时的放大效应更显著。

为了给实际工程中并列双幅变截面箱梁的气动升力取值提供参考,针对不同高宽比的双幅箱梁,通过刚性模型测压风洞试验,测试了多个不同风攻角和间距时双幅箱梁的升力系数,并与单幅箱梁的升力系数进行了对比分析。引入干扰因子对下游箱梁的干扰效应进行定量表示。研究结果表明与单幅箱梁相比,上游箱梁的气动升力变化不大,下游箱梁的气动升力变化显著;在大多数正向风攻角下,下游箱梁气动升力的干扰效应表现为明显的减小效应;在负向风攻角下,气动干扰使下游箱梁承受向下的升力,升力值随着风攻角的增大而增大,随着间距和箱梁高宽比的减小而增大。

为研究强风作用下风攻角对车-桥系统气动特性以及车桥耦合振动的影响,以某大跨度铁路悬索桥为研究对象,通过节段模型风洞试验测得在不同风攻角条件下的车、桥气动力并探寻其受风攻角变化影响的规律。依据弹性系统动力学总势能不变值原理进一步建立可考虑风荷载作用的车-桥系统耦合振动方程,求解方程并就风攻角变化对桥梁和列车的动力响应的影响进行分析研究。研究结果表明风攻角对由悬索桥和列车组成的车-桥系统的气动特性影响较大。当风攻角向负向增大时,桥梁阻力系数增幅较大;当风攻角向正向增大时,桥梁阻力系数增幅较为平缓;当风攻角绝对值较大时,车辆阻力系数较大并在风攻角为-8°时有最大值。强风下车-桥系统耦合振动响应对风攻角的变化较为敏感,当风攻角为-8°时,桥梁主跨跨中处横向及竖向振动位移有最大值,列车动力响应...

为研究既有桥梁对新建斜拉桥主梁的气动干扰效应,以京珠高速改扩建汉江特大桥为背景,进行节段模型测力风洞试验。按1∶50缩尺比制作主梁节段缩尺模型,研究既有桥梁与新建斜拉桥相对位置关系、桥梁间距及风攻角对新建斜拉桥主梁三分力系数的影响。结果表明既有桥梁对新建桥梁具有明显的气动干扰效应。既有桥梁在上游时,存在明显的遮挡效应,新建桥梁阻力系数整体显著减小;既有桥梁在下游时,新建桥梁阻力系数在正攻角范围内显著减小。升力系数受既有桥梁影响,绝对值整体减小,正攻角时既有桥梁在下游减小更显著。在正攻角范围内,既有桥梁在上游时新建桥梁升力矩系数增大,在下游时则整体减小;在负攻角范围内反之。桥梁间距对阻力系数气动干扰效应的影响突出,间距越大既有桥梁对新建桥梁阻力系数的气动干扰效应相对越小,对升力系数...

为研究交通流对双幅桥涡振性能的影响,以埃及Rod El平行双幅斜拉桥为背景,制作缩尺比1∶60的结合梁和闭口箱梁节段模型进行弹性节段模型风洞试验。考虑不同风攻角,研究自由车流、稳定车流和不稳定车流3种交通流对结合梁和箱梁2种主梁双幅桥涡振的振幅、风速锁定区间及振动状态的影响。结果表明双幅桥的竖弯涡振对交通流变化更加敏感,而扭转涡振几乎不受交通流变化的影响;对于结合梁双幅桥,交通流对其竖弯涡振的影响并非单调变化,其中稳定车流状态可以减小竖弯涡振响应并缩短涡振风速区间;对于箱梁双幅桥,交通流对其竖弯涡振有显著的抑制作用,且随着车流密度增加,交通流对竖弯涡振响应的抑制作用逐渐增强。桥面通车时主梁间的振动相位差相对无车状态时有所减小。

为研究宽高比对扁平箱梁气动力特性的影响规律及流场机理,以国内某跨海大桥初步设计方案为背景,在7个风攻角下对4个不同宽高比的扁平箱梁进行了数值模拟研究,得到了扁平箱梁的三分力系数、风压系数和时均流线图。研究表明,扁平箱梁的阻力系数受宽高比的影响比升力系数和扭矩系数显著。宽高比的增加会使扁平箱梁受到的阻力减小,但会使其受到更大的升力和扭矩。不同宽高比下扁平箱梁所形成旋涡的位置基本相同,但大小和强度不同,这直接导致了扁平箱梁所受气动力的变化。

为研究安装类半圆形新型亮化灯具后斜拉索的抗风稳定性,以某斜拉桥斜拉索亮化工程为背景,通过风洞静力三分力和动力试验对其驰振及涡振性能进行分析。风洞试验模型斜拉索直径与原桥保持一致,取具有代表性的75,100,120 mm 3种直径带灯具的斜拉索进行试验。根据静力三分力试验结果和Den Hartog驰振理论,计算得到3种直径带灯具的斜拉索的驰振力系数,最小驰振力系数平均值为-4.2,具备发生驰振现象的必要条件。进一步对不同风攻角及不同风向角进行动力试验,结果表明当风攻角为90°时,直径100 mm及120 mm带灯具的斜拉索发生小振幅涡振;当风向角为20°及25°时,直径100 mm带灯具的斜拉索发生小振幅驰振,驰振风速分别为30.3 m/s和39 m/s;3种直径带灯具的斜拉索均未发生大振幅驰振及涡振现象。

基于计算流体动力学(CFD),以某高墩大跨连续刚构桥的典型断面为背景进行数值模拟,引入无量纲的静力三分力系数概念,对比分析风攻角、梁高等参数对桥梁主梁截面气动力特性的影响,并结合可视化流场分析其作用机理。结果表明,CFD方法能直观分析钝体绕流特征及结构的气动力特性;箱梁断面升力系数受风攻角的影响较大,阻力系数受梁高的影响较大;梁高越大,主梁截面的三分力系数随风攻角变化的幅度越小,流场分布越复杂。

水平风作用下输电塔风荷载的研究已经取得一定成果,但有竖向风联合作用下的输电塔风荷载的研究甚少。采用多天平同步测力风洞试验方法,获得了水平风和竖向风联合作用下的输电塔塔身节段的气动力系数。试验研究表明:多天平同步测力方法可以直接且准确地测量输电塔构件的风荷载;与常规试验相比,多天平同步测力方法可以用于同时具有攻角和偏角的风作用下输电塔风荷载的测量,且能准确地模拟输电塔的气流扰流,减少或避免风洞地面或分离平台引起的边界层效应;来流风攻角在±5°范围内时,竖向风对阻力系数的影响较小,可以忽略;来流风攻角较大时,竖向风对输电塔塔身气动力系数的影响较大,不可忽略。

斜拉索具有长细比大、柔度大、阻尼小等特点，其风荷载和风致振动研究具有重要工程意义。通过测力和测振风洞试验，对具有特定形状、尺寸凹痕的斜拉桥斜拉索气动力和风致振动性能进行了研究，分析了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索平均阻力系数和平均升力系数的影响规律，研究了风攻角和雷诺数对具有凹痕斜拉索临界区振动特征值（振幅和平衡位置）的影响规律，结果表明:风攻角对具有凹痕斜拉索的气动力系数随雷诺数变化曲线影响明显，30°和60°风攻角下，临界雷诺数减小，临界区宽度增加;在试验雷诺数范围内，具有凹痕斜拉索在不同风攻角下最大振幅差别较大，60°风攻角时最大，30°风攻角时最小，而平衡位置偏移最大值在各个风攻角下基本相同。