G3铜陵长江公铁大桥主桥为主跨988 m斜拉-悬索协作体系桥。江北、江南侧桥塔塔高分别为228.5、222.5 m,结构尺寸大,受力复杂,考虑桥塔受力、施工便捷性及主缆与斜拉索面协调布置等,确定采用C60混凝土门形桥塔。桥塔由上、下塔柱和上、下横梁组成,塔柱和下横梁为单箱单室截面,上横梁为开口槽形截面,索塔锚固区采用钢锚梁+混凝土齿块组合的索塔锚固结构,桥塔顶部主索鞍局部承压区采用间接钢筋网片加强并预留索鞍预埋件的布置空间。设计过程采用BIM技术优化局部设计细节,钢锚梁及钢牛腿等钢结构和混凝土结构外表面均采用防腐涂装体系进行耐久性设计。采用MIDAS Civil软件对桥塔整体受力进行分析,并对槽形断面上横梁基于经典理论、规范验算、实体有限元模型论证其结构安全性;基于ANSYS板壳有限元模型,研究不同板厚下钢锚梁锚下加劲板剪应力集中...

为研究桥上风屏障局部破坏对桥梁列车行车安全性的影响,以某四塔公铁两用斜拉桥为背景,进行列车动力响应和行车安全性影响参数分析。推导列车通过风屏障破坏段时车辆和桥梁的风荷载,并通过桥梁和列车节段模型风洞试验,测得计算所需气动力系数;在此基础上建立风-车-轨-桥耦合振动模型,研究了风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速对列车动力响应及行车安全的影响。结果表明突风效应会导致列车横向位移达到最大值,遮风效应会使列车横向加速度达到最大值;随风屏障破坏段长度、平均风速和列车车速的增加,列车动力响应随之增加;风屏障破坏会增加列车的轮重减载率和脱轨系数,并且高风速下各节车辆在风屏障破坏段的脱轨系数差异较大;仅在风速不大于10 m/s时,列车可以180 km/h的车速安全通过风屏障破坏段。

为提高钢-混叠合窄梁的抗风性能,以山区大跨窄梁悬索桥——紫坪铺特大桥为背景,采用节段模型风洞试验对其加劲梁气动稳定性及其抑振措施进行研究。风洞试验观察到加劲梁原始断面在负攻角下会发生驰振发散,基于此,采用节段模型动力试验对比了调整检修道位置、调整防撞护栏透风率、设置下稳定板、设置水平导流板等气动措施的驰振抑振效果,并进一步通过节段模型静力试验进行检验。结果表明检修道置于梁底的驰振抑振效果略好于置于桥面边缘;不同程度封闭防撞护栏或采用下稳定板反而会使结构的气动性能劣化;采用增设水平导流板及下移检修道的组合气动优化措施可大幅提高驰振临界风速,明显改善气动性能。

为准确模拟桥梁断面气动力的非线性特性和流体记忆效应,构建了基于深度学习的非线性气动力降阶模型。引入前馈神经网络(FNN)和长短时记忆(LSTM)网络2种深度学习框架,利用CFD强迫振动数值模拟获取非线性气动力数据,采用谐波叠加法合成强迫振动位移信号;结合2种框架的结构特征,以断面位移为输入、气动力为输出,针对性构建了用于网络训练、验证和测试的数据集。以某三塔悬索桥钢箱梁断面为例,分别建立基于FNN和基于LSTM网络的气动力降阶模型,并针对不同频率、自由度的强迫振动和自由振动等工况,评估对比了模型的性能。结果表明2种降阶模型均可较好地模拟任意合理振动工况下断面非线性气动力,计算效率较数值模拟有极大提升,其中,基于LSTM网络的降阶模型具备更优的非线性气动力模拟性能。

为克服大跨度桥梁主梁断面气动选型过程中几何参数多、潜在组合多、试验工作量大的难题,提出基于“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略的桥梁断面气动外形优化方法。以某大跨桥梁中央开槽箱梁颤振性能优化为例,采用该方法进行气动外形优化。基于计算流体动力学(CFD)数值模拟,首先通过“均匀试验设计”合理选取CFD分析工况,再利用“Kriging代理模型”以尽可能少的工况建立主梁几何参数-颤振临界风速关系模型,基于该模型分析不同几何参数对桥梁颤振性能影响规律,获取最优主梁断面。结果表明“均匀试验设计+Kriging代理模型”优化策略能够在保证模型精度的前提下显著减少计算工况,工作量仅为遍历性试验的0.68%;CFD数值模拟、试验设计与代理模型策略的结合可以快速评估不同几何参数对抗风性能的影响规律,在背景桥梁主梁高度和行车道宽...

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。

仙新路过江通道主桥为跨径布置(580+1760+580)m的悬索桥,桥塔高267 m,加劲梁采用整体式闭口钢箱梁。为研究该桥运营阶段抗风性能,通过1∶50缩尺比加劲梁节段模型风洞试验分析大桥的驰振性能及提高大桥颤振性能的气动措施;通过1∶140缩尺比全桥气弹模型风洞试验,验证大桥的颤振、静风稳定性,并研究桥梁的抖振响应。结果表明该桥在常遇风攻角范围内(-3°~+3°)不具备发生驰振的必要条件,加劲梁断面具有良好的驰振稳定性;加劲梁原始断面的颤振稳定性不满足规范要求,在中央防撞护栏间增设0.67 m高中央稳定板后,颤振临界风速高于颤振检验风速并具有一定的富余量;采用优化措施后,大桥具备良好的静风与颤振稳定性,加劲梁、桥塔在设计风速下各测点抖振响应值较小且均未发生不稳定振动或发散性振动。

为改进悬索桥主缆索夹密封性能,以江苏省龙潭长江公路大桥为背景进行研究。采用ANSYS软件建立考虑主缆非线性横截面力学特性的索夹与主缆紧固作用分析有限元模型,研究索夹螺杆偏心距、索夹横截面尺寸对索夹体应力和主缆压缩变形的影响规律;并对索夹螺杆偏心距、嵌合构造及端口密封进行优化设计。结果表明:索夹体以承受面内弯拉应力为主,最大应力在圆弧段与连接耳过渡的变截面处,螺杆偏心距增加会导致索夹变截面处应力增大,增大索夹变截面处倒圆角半径使该处截面增厚,会降低索夹应力;索夹螺杆偏心距和截面尺寸对主缆横截面压缩变形影响很小。根据研究成果,将索夹螺杆孔壁到内壁间厚度由2.5 mm调整到10 mm,避免了内壁开槽孔对索夹密封性的不利影响;采用双层嵌合构造及端口搭接式环缝密闭措施,均有助于提高索夹对主缆的密封效果,有利...