张皋过江通道南航道桥作为张皋过江通道的控制性工程,主桥采用主跨为2300 m的悬索桥设计,主梁采用扁平钢箱梁设计(宽度达51.7 m),跨中桥面距离海平面高度达77 m,具有桥梁跨度大、主梁宽度大、桥面高等特点。以上特性均导致了该桥对风的作用极为敏感,颤振设计面临着前所未有的挑战。研究表明该桥原设计断面无法达到颤振设计要求,就如何提高该类2000 m级整体钢箱梁悬索桥的颤振稳定性,采用1∶50节段模型风洞试验进行了研究。试验结果表明,上中央稳定板、下中央稳定板、水平稳定板以及改变人行道板倾角等传统气动措施已无法满足该类超大跨度桥梁的颤振设计需求,但在设置上、下中央稳定板的基础上,在人行道板端部设置斜45°导流板可显著提高该桥在各风攻角下的颤振临界风速至满足颤振设计要求,并通过1∶196全桥气弹模型风洞试验对该组合气...

以南京第四长江大桥扁平箱梁为研究对象,通过节段模型自由振动风洞试验详细测试了模型在不同风攻角下的颤振响应,探讨了系统非稳态及稳态临界振幅随风速的演化规律.首先,基于颤振响应振幅包络,结合Hilbert变换,识别了系统振幅依存的模态阻尼,并初步阐释了颤振形态随风攻角转变的机理.其次,提取了系统在不同风攻角下的模态参数,基于双模态耦合闭合解法,识别了断面在不同风攻角下的非线性颤振导数,研究了关键颤振导数振幅依存性随风攻角变化的规律及对断面颤振形态和特性的潜在影响.最后,通过逐项拆解模态阻尼,深入剖析了风攻角对非耦合及耦合气动阻尼的影响,并阐明了分项阻尼导致系统颤振性能差异性的动力学机理.

为研究列车进出风屏障段时所受突风效应的影响,以一高速铁路多跨简支梁桥为研究对象,通过风洞试验测试了风屏障在100.0%、43.5%和0透风率情况下车-桥系统的气动特性;基于哑元耦合法,建立了风-车-桥系统分析模型,开展了两种风屏障布置形式(通长和非通长)时风屏障透风率和列车车速对列车动力响应的影响分析.研究结果表明设置风屏障时桥上列车的气动特性存在较大差异,尤其列车气动阻力系数在风屏障透风率0比透风率100.0%时减少87%;当风屏障通长布置时,风屏障防风效果显著,随着透风率的减小,列车动力响应大幅减小,其中轮重减载率减小达53%;当风屏障非通长布置情况时,列车在进入和离开风屏障区段时,突风效应对列车的横向加速度和竖向加速度均影响显著,透风率越低,加速度响应变化越剧烈,但对于轮轴横向力和轮重减载率的影响有限;随着车速的提...

为研究检修车轨道位置与导流板对宽体扁平箱梁断面涡振性能的影响,以深中通道伶仃洋大桥(大跨度宽体扁平钢箱梁悬索桥)为背景,通过1∶25节段模型风洞试验测试了主梁的涡振响应,并采用计算流体动力学方法(CFD)对断面的二维流场进行了模拟.结果表明增大检修车轨道与主梁底板边缘之间距离l能够显著提高宽体扁平钢箱梁的涡振性能,当l≥Wb/6(Wb为主梁底部宽度)时,可完全消除宽体扁平箱梁在各风攻角下的涡激振动;在检修车轨道处设置17°倾角的内侧或双侧导流板均能够显著抑制梁体的涡激振动,且抑制效果相同,当l≥Wb/10时,布置导流板可完全消除梁体的涡激振动;增大检修车轨道与主梁底板边缘之间距离以及设置导流板均是通过消除断面下游斜腹板处的尾流漩涡,从而降低梁体受到的周期性涡激力,达到抑制主梁涡振的效果.

为研究外置纵向排水管对扁平箱梁涡振性能的影响,以某大跨度扁平钢箱梁悬索桥为工程背景,采用1∶50节段模型风洞试验,分别对有无外置纵向排水管的扁平箱梁涡振性能进行研究。试验结果表明原设计扁平箱梁在0°与±3°风攻角下均发生显著涡激振动,通过在检修车轨道处设置内侧导流以及将外侧防撞栏杆隔二封一可以有效抑制断面涡振振幅至规范限值以下,但沿桥纵向设置外置排水管会显著降低主梁涡振性能,并使原有效涡振制振措施失效。通过计算流体动力学对主梁断面二维流场的模拟结果表明,外置纵向排水管会同时改变扁平箱梁断面下表面迎风侧与背风侧斜腹板处的旋涡脱落形态,在此基础上,通过在外置纵向排水管处增设导流板与水平稳定板用以改善该处的气体绕流形态,并据此提出了一种水平稳定板、导流板与间隔封闭栏杆共同作用的组合气...

与近海、内陆大跨桥梁工程相比,未来建设的深水海洋桥梁工程面临的风场环境将更加复杂,其抗风安全问题也必然更加严峻。本文首先分析了大跨度海洋桥梁工程的抗风研究现状,然后从海洋桥梁场址风场特性、抗风设计理论、风振控制技术和行车安全防风技术四方面,重点梳理了海洋桥梁工程抗风安全面临的重点难点问题及技术发展方向。在此基础上,探讨了海洋桥梁工程抗风的安全保障对策。

为研究宽幅分体箱梁桥梁涡激振动特性及其相应振动抑制方法，以某主梁总宽度为64.1 m的分体箱梁大跨悬索桥为工程背景，在均匀流场下对1∶70缩尺比节段模型进行了风洞试验.首先研究了主梁成桥态在0°、±3°和±5°五种不同来流攻角下的涡激振动特性;其次，考察了单一气动措施（包括设置水平气动翼板、封闭中央开槽、隔涡网以及检修车轨道导流板），以及各种组合措施对主梁涡激振动的影响，检验了这些措施对主梁颤振性能的影响.研究结果表明:宽幅分体式双箱梁在5个风攻角下均发生了竖向自由度涡激共振，其中最不利攻角为3°，竖向振幅最大值为0.69 m，超过《公路桥梁抗风设计规范》限值的70%;设置隔涡网和采用组合气动措施后，较原始主梁，涡振振幅下降50.7%~98.6%;尽管抑振措施使主梁颤振临界风速降低6%~15%，但仍满足抗风设计要求.

有理函数系数识别是基于气动力有理函数逼近的桥梁颤振计算的前提条件.有理函数滞后项的数量对其系数的识别结果影响较大,现有方法中一般仅考虑单滞后项的有理函数系数识别,易造成气动力描述上的失真,进而导致桥梁颤振计算结果不准确.基于正弦信号的自激气动力在时域上与有理函数对等的原则,采用最小二乘拟合方法,提出了一种可计入多个滞后项的有理函数系数的直接识别算法.以薄平板模型为对象,利用强迫振动风洞试验获得了自激气动力,采用该算法直接识别了计入不同滞后项的有理函数系数,并分析了滞后项数量对气动力重构精度影响以及对颤振临界风速计算精度的影响.通过自由振动颤振试验获得了实际的颤振风速,进而与采用识别出的有理函数计算的颤振风速进行对比,结果表明:颤振临界风速的试验值与计算值吻合较好,从而验证了本文所...

在风-车-桥耦合振动分析及具有独立式双层桥面的大跨桥梁风致振动分析中常需得到考虑相互气动影响的各构件的三分力系数.为进行线状多体系统定常气动力测试，在常规桥梁节段模型三分力测试装置的基础上研制了一种三分力分离装置--交叉滑槽系统.该系统利用环形滑槽和直线滑槽交叉点位置的变化来调整各测试构件间的相对几何关系，并能实现多构件的同轴转动，从而方便地进行不同迎角情况下的气动力的测试.最后，利用交叉滑槽系统对一具有双层桥面的钢管混凝土系杆拱桥在其上有车及无车情况下各构件的定常气动力进行了测试，试验结果表明:车辆的存在对上、下桥面的气动力有较明显的影响.

大跨度钢桁梁悬索桥对风作用敏感，桥上列车周围的流场也会受到较大影响，横风作用下考虑钢桁梁影响的列车气动力的研究十分必要。以某大跨度钢桁梁悬索桥为例，在风洞试验室建立两种大气紊流场，基于测压法分析静止于钢桁梁上列车气动力，得到频域内列车的等效气动导纳以及抖振力的跨向相关性，且考虑了攻角、紊流场、列车位置等影响因素，也指出了进一步的研究方向，为类似桥梁上列车运行的舒适性研究提供了一定的指导。