大跨度斜拉桥钢桥塔基于涡振的气动选型及驰振性能风洞试验研究

大型钢桥塔在中国应用较少,其风振特点与常规混凝土桥塔有较大差异.以大跨度斜拉桥“人”字弧线形钢桥塔为工程背景,采用考虑三维绕流特性的气弹模型,针对塔柱可能的断面形式进行了多工况的对比试验,并对风洞试验结果进行分析讨论,进而确定最优断面形式.根据确定的断面形式,对该桥桥塔进行了大缩尺比的气弹模型风洞试验,较全面地考查了该桥桥塔的涡激振动及驰振性能,并对比了阻尼比对桥塔涡激振动振幅及驰振临界风速的影响.试验结果表明:当塔柱断面切角为0.8m×0.7m时桥塔涡振响应最小,相应的扭转驰振临界风速较高.     

重庆大宁河特大桥成桥状态抖振响应分析

目前桥梁的抗风研究主要针对平原开阔地区,复杂山地风作用下桥梁的抗风问题研究很少.以重庆大宁河钢桁架特大拱桥为对象,通过现场实测,得到了该桥桥址处的风环境特性,包括平均风速沿高度的变化规律、湍流强度、脉动风功率谱密度函数以及湍流积分尺度等参数.根据风特性参数,计算出该桥在成桥状态下的抖振力和响应值,结果表明:即使在45m/s风速下,抖振位移响应也在公路桥梁抗风设计规范(JTG/T D60-01-2004)规定范围内.山区地貌中的平均风速沿高度的变化规律不符合公路桥梁抗风设计规范给出的指数变化率分布,湍流强度明显大于规范值.     

基于风洞试验的大跨度悬索桥涡振性能研究及评价

目前研究大跨度桥梁涡振性能的主要手段是节段模型风洞试验,而如何利用试验结果对桥梁进行全面细致的评价也需予以关注.以某大跨度悬索桥为工程背景,在阻塞度较小的XNJD-3大型风洞中进行1∶20大比例尺节段模型涡激振动试验,分析了阻尼、风迎角等因素对涡振响应的影响.最后考虑高阶振型的影响,将振幅换算到高阶模态,引入《公路桥梁抗风设计规范》以及英国BS5400规范对桥梁的涡激振动性能进行评价,为今后利用节段模型试验结果来评价实桥的涡振性能提供了借鉴.     

桥梁节段模型测力试验的模型支撑形式问题

首先从一百多年来由于风载引起许多桥梁被毁的事实出发,简单地阐明了桥梁模型风洞试验的重要性。为此,当今全世界许多桥梁专家在桥梁节段模型测力试验和全桥模型风振试验方面做了大量工作。本文重点讨论桥梁节段模型测力试验中模型的支撑形式。最初,利用航空风洞进行试验时,模型的支撑都是底壁支撑,随着专用桥梁风洞的建造和试验技术的发展,在这些专用风洞中普遍采用侧壁支撑,其中包括侧壁单臂支撑和双侧壁支撑。文章还叙述了这些形式的特点和应用。     

山区峡谷地带大跨度桥梁风场特性试验

以主跨1176m的超大跨度悬索桥--湘西矮寨大桥为工程背景,进行了桥址处峡谷地形模型的风场特性风洞试验研究.主要研究了山区峡谷风对桥梁结构抗风设计的影响.提出了由地形模型谷口中前试验风场梯度风速与模型中桥位桥面高度处风速的实测对应关系,结合实际谷口前的梯度风速计算桥梁设计风速的方法.试验结果表明:峡谷内沿桥跨方向平均风剖面的分布具有明显不均匀性,不能用统一的剖面形式描述;桥面高度处风迎角明显高于规范要求的±3.之内的检验标准;峡谷风速放大效应需综合考虑测点高度和两侧山体地形的影响.     

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性风洞试验研究

伴随跨海大桥建造时代的来临,特大跨度悬索桥的空气动力性能研究日益紧迫,设计了中跨跨度为5000m的宽开槽和窄开槽钢箱梁悬索桥方案,实现了5000m特大跨度钢箱梁悬索桥的节段模型风洞试验,研究了宽开槽和窄开槽两种方案的颤振性能,识别了其颤振导数、颤振风速、颤振频率、三分力系数等重要参数;其次在风洞试验中研究了多种稳定板组合方案对窄开槽钢箱梁的颤振控制作用,发现中央稳定板和上稳定板的组合能将颤振临界风速提高50%;最后提出了适用于特大跨度悬索桥的二维颤振Straight-forward Method分析方法,对风洞试验进行了数值模拟,验证了该方法和节段模型风洞试验对于5000m悬索桥分析结果的一致性.最终研究认为:中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽附加稳定板的方案都能为跨度5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求.     

一种新型垂尾抖振抑制方法实验研究

现代高性能三角翼/双垂尾布局战斗机的垂尾结构普遍受到严重的非定常抖振载荷的困扰。根据自诱导理论提出了一种新型的垂尾抖振抑制方法,利用机头处的静态或振动式硬质鼓包,使三角翼前缘涡涡核弯曲、扭转,从而改变前缘涡的轨迹,延缓涡的破裂,减弱前缘涡破裂尾迹在垂尾周围流场处的脉动强度,以达到抑制垂尾抖振的目的。在西北工业大学低湍流度风洞实验室进行了风洞实验,实验所用模型为一个铝制的全机模型,该模型由一个70°大后掠的三角翼,以及两个31°后掠的垂尾组成。风洞内实验段的风速为10m/s 以及20m/s,迎角范围为20°~50°。实验目的是测量机头处的静态或振动式球形鼓包对垂尾抖振的抑制效果。在尾翼根部两侧粘贴有半桥连接的应变片,用以测量尾翼根部的应变,以此应变作为尾翼抖振强度的衡量标准。实验结果表明,不论是静态的还是振动式的鼓包都不同程度地减缓垂尾的抖振响应,振动式鼓包对垂尾的抖振抑制效果与鼓包的振动频率有关。某一侧的鼓包仅对该侧的垂尾抖振有抑制效果,它不影响另一侧垂尾的抖振响应。频谱分析的结果表明,鼓包在抑制垂尾抖振的同时并没有改变垂尾振动的主频。     

架空输电线路风振试验研究

高压架空输电线路是集高耸和大跨度两种特征于一身的风敏感结构体系 ,在风荷载作用下 ,风振效应显著。为了给某高压架空输电线路设计提供准确的风振系数并考查输电导线对塔架风振的影响 ,按照空气动力弹性相似准则设计制作了输电塔架气动弹性模型 ;根据能量平衡原理 ,模拟了塔架两侧的输电导线和地线 ;在大气边界层风洞中进行了风振响应的试验研究。获得了塔架风振响应等重要数据 ,并经回归分析得到了塔架风振系数的数学表达式。研究表明 ,塔架加速度响应随风速增加而增大 ;铁塔横风向加速度响应和顺风向加速度响应处于同一数量级 ,塔架设计和理论计算时应同时考虑顺风向和横风向的风振力 ;导线对铁塔风振的影响程度与风向角有关 ,但就整体而言 ,可以忽略该影响。     

二滩工程钢引桥风振试验研究

二滩水电站木材过坝机械系统中，斜坡段钢引桥节段模型风洞试验分别在光滑流和大湍流度条件下进行，包括涡激振和抖振试验，以及颤振临界风速和颤振导数测定。试验求得的结果可作为该钢引桥结构动力计算风振稳定性分析的依据。试验中提出的颤振导数提取的方法，是在风洞弹簧悬挂系统中附加动力天平条件下求得的，这是一种新的尝试。     

不同规模地形模型对某山区桥梁设计风特性确定的影响

围绕某跨深切峡谷桥梁的设计风参数，按缩尺比1:1000的比例制作了4组不同规模的地形模型并展开风洞试验。与4组模型相对应的实际地形的投影面积分别为25、20、9和1km2。模型的地形跨度用峡谷的特征尺度进行了无量纲化。试验测试了沿峡谷走向的东南方向（SE）风向下桥址的平均风速分布、平均风迎角以及湍流特性。研究结果表明，对于桥位平均风速以及平均风迎角特性，从桥位往SE方向地形的无量纲跨度大于2.2后已足以得到稳定的测试结果；对于桥面高度处的湍流度，实际面积大于20km2、从桥位往SE方向地形的无量纲跨度大于3.7后的模型才能得到较稳定的测试结果。而对于湍流度剖面4组模型各不相同，没有收敛迹象，表明模型规模还不足以形成稳定结果。山区桥梁抗风研究中已广泛采用地形模型试验法，本文的试验研究结果定性表明地形模型规模的选取须审慎对待。     

主动来流条件类平板断面气动力荷载效应分析

利用日本宫崎大学11×9多风扇主动控制来流风洞和高精度动态天平测力设备,测量了类平板断面在正弦风波来流条件三分量气动力荷载,比较了不同来流平均风速、波动幅值、脉动频率和积分尺度等参数条件下类平板断面荷载效应.报导并证实了大气边界层物理风洞固定壁面边界反射效应所产生的倍频放大效应;在获得并验证正弦风波加载离散频率荷载效应可线性迭加的有效频段区间内,初步比较了来流积分尺度和风速湍流度效应对于气动荷载效应的影响,阐明典型节段模型风洞试验结果与传统随机抖振气动力理论的差异.     

边条翼布局双垂尾抖振表面脉动压力风洞实验研究

对边条翼布局双垂尾发生抖振时的表面脉动压力进行了风洞实验研究。实验在西北工业大学NF-3风洞进行。实验迎角范围:10°~40°,风速:50m/s。实验测量了垂尾内外侧表面各9处的脉动压力,并将脉动压力沿表面积分近似得到垂尾的根部弯矩响应。实验同时测量了垂尾根部应变、翼尖前缘及后缘的加速度响应。实验结果表明,通过不同测量方法得出的垂尾抖振响应规律一致,得到的垂尾抖振起始迎角相同,这表明垂尾的抖振响应是由边条涡破裂流作用在垂尾表面的脉动载荷引起的;随迎角增大,边条涡破裂流的能量不断增加,且越来越集中于低频范围,但当迎角过大时,边条涡的破裂点远离垂尾,破裂涡的能量耗散很大,从而作用在垂尾表面的脉动载荷减弱。     

考虑模型抖振力跨向不完全相关性效应的气动导纳识别

首先通过考虑节段模型上抖振力跨向不完全相关性效应推导了节段模型风洞试验中作用在模型断面上的分布抖振力谱和由底支式天平测到的模型总抖振力谱之间的关系。然后,以准平板断面为例,进行了格栅湍流场节段模型的测力和同步测压试验,获得了模型总抖振力谱以及模型抖振力跨向相关性函数。接着,采用等效导纳法以及抖振力自谱和抖振力脉动风速交叉谱综合残量最小二乘法分别识别了准平板节段模型等效气动导纳和六分量气动导纳,讨论了模型抖振力跨向不完全相关性效应对气动导纳识别结果的影响,并把识别得到的准平板断面气动导纳与平板断面气动导纳的理论结果---Sears 函数进行了比较。结果表明:忽略抖振力跨向不完全相关性效应(即假设节段模型分布抖振力沿跨向完全相关)而直接采用平均抖振力作为断面上分布抖振力的传统方法会导致气动导纳识别结果偏小,并且,其偏小程度会随着频率的增加而增加;此外,相对于抖振升力和扭矩相关的气动导纳分量而言,由于抖振阻力的跨向相关性比抖振升力和扭矩的跨向相关性显得更弱,因此抖振力跨向不完全相关性效应对阻力相关气动导纳分量识别结果的影响更大;利用识别得到的六分量气动导纳反算的作用在模型上的分布抖振力谱与试验中实测结果非常接近,经抖振力跨向不完全相关性效应修正后的竖向脉动风速对应的升力和扭矩气动导纳分量的识别结果与Sears函数也比较接近,从而验证了用于六分量气动导纳识别的自谱-交叉谱综合最小二乘法的可靠性。     

基于测力和测压试验的气动导纳识别结果比较

气动导纳是大跨度桥梁抖振分析的重要参数,通常通过格栅湍流场测力或测压风洞试验进行识别。然而,测力试验中天平和节段模型系统的固有振动和测压试验中测压管路系统的频响效应都会对气动导纳的识别结果产生影响。本文通过格栅湍流场测力和测压试验、采用抖振力自谱和抖振力脉动风交叉谱综合残量最小二乘法识别了准平板断面的气动导纳,其中,在基于测力试验的气动导纳识别中考虑了模型抖振力跨向不完全相关效应的影响,在基于测压试验的气动导纳识别中考虑了按Bergh-Tij deman理论公式修正或者不修正测压管路系统频响特性影响的2种情况。在此基础上,通过考察气动导纳实验识别结果之间的差别及其与平板断面气动导纳理论解Sears函数之间的差别,研究了天平模型系统固有振动以及测压管路系统频响效应对识别结果的影响。结果表明:天平模型系统的共振会显著放大气动导纳的识别结果;而由于测压管路的固有频率一般要显著高于天平模型系统的固有频率,因此,与基于测力试验得到的气动导纳相比,基于测压试验所得气动导纳总体上更加合理,可用导纳的折算频率范围更广。此外,在一般大跨度桥梁抖振分析所关心的折算频率范围内,考虑测压管路频响特性修正后,气动导纳有一定降低。     

基于灰色-神经网络联合模型的大型冷却塔风效应预测

基于灰色GM(1,1)模型和BP人工神经网络,建立灰色-神经网络联合的大型冷却塔平均位移和风振系数预测模型。该联合模型增强了预测结果的自适应性和准确性,能解决因气弹模型试验中测点样本数目太少而无法直接建立神经网络预测模型的局限。通过某大型冷却塔气弹模型风洞试验结果的算例分析,表明该组合模型对于平均位移和风振系数的预测结果均与试验结果吻合良好,随后基于已训练的模型给出结构风振反应精细化分析所需的输入参数预测结果。这为冷却塔结构风效应的精细化研究提供了一个新的有效方法。     

独柱式变截面倾斜桥塔气动特性风洞试验研究

独柱式桥塔易发生风致振动,当塔柱倾斜且采用变截面形式时,风的作用下常表现出复杂的三维流动效应.为考察独柱式变截面斜塔静动力气动性能,通过桥塔刚性模型测力风洞试验测试了不同风向角下桥塔气动力系数,对比分析了桥塔三维绕流的影响.通过桥塔气弹模型测振风洞试验,测试了涡激振动起振风速及振幅,对比了来流风向及阻尼比对桥塔涡激振动的影响.研究结果表明,桥塔整体气动力系数及断面等效气动力系数沿塔高的变化规律受来流风向角的影响显著,顺桥向风作用下倾斜桥塔易发生横桥向涡激振动,提高结构阻尼比,可有效抑制涡振.     

斜拉索风雨振动及制振措施的风洞试验研究

采用全尺寸节段模型,进行了3种不同直径光面索的风雨振动风洞试验,并在各自雨振发生的临界风速、姿态及雨量条件下,和表面附加螺旋肋条及压花后的模型,进行了对比试验,且考察了不同阻尼条件下模型的振动特性,由此探索出对抑制雨振效果较佳的斜拉索表面形式及合适的阻尼比.     

大跨度桥梁临界风速计算

一、引言大跨度桥梁,由于质轻刚性小,风振问题是不容忽视的。桥梁(比如悬索桥、斜拉索桥)在均匀风作用下,若风速超过临界风速出现颤振则可能酿成灾难性的后果。1940年美国Tacoma大桥的崩塌就是一个著名的例子。颤振发生时的临界风速计算问题,无论是Hloppel理论,还是别的准定常理论都不甚严格。Scanlan对于桥梁风振方程的描述,以及颤振导数的确定都是比较严格而巧妙的。1978年Scanlan提出的临界风速计算方法,假定条件太强,对某些断面根本     

风力机塔架结构风振试验的模化方法

本文讨论了风力机塔架相似模型的建立,并把强风瞬时风速记录变换为符合相似条件的风模型。采用激振器对塔架模型做模拟风激振试验以及在静风荷载作用下塔架模型的光弹终验。上述工作组成了完整的风致结构振动的模化实验方法。     

用直接测力方法进行软质翼型的气动特性研究

在西北工业大学NF-3低速风洞运用翼型气动力直接测量的方法对软质翼型进行风洞试验研究,对比了软、硬质翼型模型的试验结果.结果表明:软质翼型模型与硬质翼型模型在相同风速下具有不同的气动力特性.在一定风速下,软质翼型模型的表面会发生变化,从而影响了气动力.由于该影响非常复杂,因此在研究软质翼型模型的气动特性时进行风洞试验是必要的.