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。

桥梁结构处于大气边界层中,由于断面外形复杂、折点较多,其绕流常呈现复杂的流动分离和再附着状态,应评估来流湍流对桥梁断面气动特性的影响。基于节段模型测压风洞试验,获取了均匀流场和3种格栅湍流场下模型表面平均和脉动压力分布,评估了桥梁断面气动力特性的改变,分析了不同风场下断面流动分离再附着的变化。研究发现湍流显著改变桥梁断面前缘(特别是零度和正攻角时上表面和负攻角时下表面)的分离和再附着特性,进而影响桥梁整体断面的气动力特性;随着湍流强度增加,前缘分离点的平均压力系数的幅值增大,而再附着点向上游移动;湍流强度对分离和再附着的影响程度随着风攻角的增大而变得显著;三分力系数在小风攻角时受湍流强度影响较小,在大风攻角下湍流强度的影响较大,变化的主要原因是断面前缘的压力分布变化。

以工程中常用的双边工字钢式叠合梁平行双幅桥为对象,基于系列弹簧悬挂节段模型风洞试验,研究了不同间距比下叠合梁平行双幅桥涡振(VIV)干扰效应,并将上下游桥面涡振振幅、涡振风速锁定区间与单幅桥面进行了对比。结果表明:双幅桥与单幅桥相比,气动干扰效应使得双幅桥的最大涡振振幅和风速锁定区间都明显增加;双幅桥的最不利间距比为2~4,此时桥面最大涡振振幅最大且风速锁定区间更长;上下游桥面的振动存在一个相位差,受到折减风速、上游桥面振幅和间距比的共同影响。

以某大跨度平行双幅桥为背景,基于弹簧悬挂节段模型风洞试验和二维三自由度颤振分析理论,分析了叠合梁断面和箱梁断面两种常用桥梁断面形式的双幅桥的颤振性能及颤振驱动机理。研究表明,叠合梁断面双幅桥具有明显的攻角效应,0°攻角时双幅桥的颤振性能大幅降低,但大攻角下气动干扰效应对其颤振性能影响不大;而箱梁断面双幅桥的攻角效应并不明显,各攻角下其颤振临界风速比单幅桥均降低20%~25%。气动干扰效应不仅会降低颤振临界风速,还会使得桥面的颤振形态发生改变;两类断面的颤振驱动机理并不相同,气动干扰也致使上下游桥面的颤振驱动机理发生改变。