漩涡脱落引起的悬索桥耦合颤振分析
桥梁设计中的风荷载影响
桥梁设计中的风荷载影响在桥梁工程的设计中，风荷载是一个不可忽视的重要因素。
风，这个看似无形却力量强大的自然力量，对桥梁的稳定性、安全性以及使用性能都有着深远的影响。
桥梁作为跨越江河湖海、山谷等自然障碍的重要建筑物，往往暴露在广阔的空间中，容易受到风的作用。
风荷载的大小和方向会随着风速、风向、桥梁的形状、高度、跨度等多种因素而变化。
当强风吹过桥梁时，可能会产生一系列不利的效应。
首先，风荷载会对桥梁的结构产生直接的压力和吸力。
这种压力和吸力的分布不均匀，可能导致桥梁构件局部受力过大，从而引发结构的损坏。
比如，在桥梁的迎风面，风的压力较大；而在背风面，可能会产生较大的吸力。
如果桥梁的设计没有充分考虑这些因素，就有可能出现桥梁构件的变形、开裂甚至断裂。
其次，风的作用还可能引起桥梁的振动。
风致振动包括颤振、抖振和涡振等多种形式。
颤振是一种自激振动，一旦发生，可能会导致桥梁结构的迅速破坏，后果不堪设想。
抖振则是由风的脉动成分引起的随机振动，虽然不会像颤振那样造成灾难性的后果，但长期的抖振作用会使桥梁构件产生疲劳损伤，降低桥梁的使用寿命。
涡振是由于风流绕过桥梁结构时产生的漩涡脱落引起的周期性振动，如果涡振的频率与桥梁的固有频率接近，就会使振动加剧。
为了准确评估风荷载对桥梁的影响，工程师们需要进行大量的风洞试验和数值模拟。
风洞试验是将桥梁的缩尺模型置于风洞中，通过测量模型在不同风速和风向条件下的受力和振动情况，来预测实际桥梁在风作用下的性能。
数值模拟则是利用计算机软件对风与桥梁的相互作用进行模拟分析，能够快速地获取大量的数据，但需要准确的模型和参数输入。
在桥梁设计中，考虑风荷载的影响需要从多个方面入手。
一是合理的桥梁外形设计。
流线型的外形可以有效地减小风的阻力，降低风荷载的作用。
例如，斜拉桥和悬索桥的桥塔和主梁通常采用流线型的截面形状，以减少风的干扰。
二是加强桥梁的结构刚度。
增加桥梁的刚度可以提高其抵抗风致振动的能力。
Ansys悬索拱桥的谐响应及地震响应分析
悬索拱桥的谐响应及地震谱响应分析1、问题描述：悬索拱桥除了承受风载、地震载荷外，更多的面临是车辆载荷的作用。
由于共振引起的桥梁坍塌事故过去和现在都有发生，因此，根据动态分析的结果，对悬索拱桥结构进行直接的动态性能评估具有一定的指导意义。
本文将先进行悬索拱桥的谐响应分析，确定悬索拱桥在单位简谐载荷作用下的结构响应，然后将在桥体侧向加地震谱，确定该桥体的结构响应。
所选悬索拱桥长140m，桥墩高10m，悬索最高点距桥面的距离为20m。
桥面采用混凝土材料，桥身框架采用钢材。
2、建模过程1）定义工作文件名和工作标题设定工作文件名为BRIDGE HARMONIC ANALYSIS,图形标题为BRIDGE HARMONIC ANALYSIS.2）定义单元类型本分析将采用三种单元类型，桥体框架讲使用BEAM4单元，桥面将使用SHELL63单元，悬索将使用LINK10单元。
操作如下：图1 单元类型定义3) 定义单元实常数定义三组实常数。
其中，实常数1针对BEAM4单元，实常数2针对LINK10单元，实常数3针对SHELL63单元。
如下图：图2单元实常数定义4）定义材料参数整体模型采用两种材料：桥身框架采用钢材，弹性模量,泊松比PRXY=0.3，密度DENS=7800kg/;桥面采用混凝土，弹性模量EX=3.0，泊松比PRXY=0.2，密度DENS=。
5）创建关键点由于桥体具有对称性，首先创建单侧的关键点，然后通过平移复制得到另一侧的关键点，所有关键点创建完成后如下图：图3 关键点定义6）创建桥体框架连接相应关键点，建立桥体模型框架结构，结果如下图：图4桥体框架7）创建桥面整个桥面由9块平面组成，创建完成后如下图：图5 桥体几何模型至此，整个悬索拱桥的几何模型已经创建完毕。
8）划分网格根据模型的特点和使用的材料情况，采用人工分网，桥体框架采用BEAM4单元、1号实常数和1号材料，网格大小指定为2，划分网格前需要选定相应的桥体框架直线，桥面上的8根悬索采用L INK10单元、2号实常数和1号材料，网格指定大小为1，桥面采用SHELL63单元、3号实常数和2号材料，网格大小指定为2。
PC加劲梁悬索桥全桥气弹模型颤振导数识别与颤振分析的开题报告
PC加劲梁悬索桥全桥气弹模型颤振导数识别与颤振分析的开题报告开题报告范例：一、选题背景与研究意义高速公路、大型桥梁等基础设施的建设成为当前社会经济发展的重要组成部分。
其中，悬索桥是一种重要的大跨度桥梁类型，具有优秀的承载能力、美观性和工程经济性等优点。
然而，悬索桥在使用过程中存在频繁的颤振问题，会严重影响结构的安全性和使用寿命。
颤振是指在外部激励下，结构体系受到一定幅值的动力荷载作用时，产生的自然振动。
对于接触式结构体系（如悬索桥），颤振问题尤为突出，其主体系存在着颤振模态，这些模态对于结构的安全性有重大影响，需要加以研究和分析。
因此，本课题旨在开展PC加劲梁悬索桥全桥气弹模型颤振导数识别与颤振分析，探究颤振导数识别方法，并分析颤振模态特性，为实际工程中的悬索桥安全设计和优化提供理论与实践参考。
二、研究内容和研究方法（一）研究内容本课题主要研究内容包括：1. 悬索桥颤振导数识别方法研究。
基于计算流体力学（Computational Fluid Dynamics, CFD）和有限元法（Finite Element Method, FEM）开展悬索桥全桥气弹模型建立，并利用颤振导数方法求解颤振方程，并比较不同颤振导数识别方法优劣。
2. 悬索桥颤振模态特性分析。
基于颤振导数方法，分析悬索桥颤振模态特性，包括其特征频率、振型、振幅等参数特征，以及与风洞试验结果进行验证和分析。
（二）研究方法本研究采用如下研究方法：1. 建立悬索桥全桥气弹模型。
利用CFD模拟气流场特性和气动力作用，并采用FEM模拟结构动态响应。
利用数值计算仿真工具建立悬索桥颤振数值模型，并验证其有效性。
2. 研究颤振导数识别方法。
分析不同颤振导数识别方法的特点和优缺点，包括传统识别方法（如最小二乘法、广义矩法等）和新兴识别方法（如高阶自适应曲线拟合等），并比较其适用性和准确性。
3. 分析颤振模态特性。
基于颤振导数方法，分析悬索桥颤振模态特性，包括其特征频率、振型、振幅等参数特征，并与风洞试验结果进行对比分析。
桥梁设计中的抗风性能优化与评估研究
桥梁设计中的抗风性能优化与评估研究在现代交通基础设施建设中，桥梁作为跨越江河湖海、山谷沟壑的重要建筑物，发挥着至关重要的作用。
然而，风对桥梁的影响不容忽视，强风可能导致桥梁结构的振动、失稳甚至破坏，严重威胁着桥梁的安全和正常使用。
因此，在桥梁设计中，抗风性能的优化与评估成为了一个关键的研究课题。
一、风对桥梁的作用及影响风对桥梁的作用主要包括静力作用和动力作用。
静力作用是指风对桥梁结构产生的稳定压力和吸力，如桥梁的主梁、桥墩等部位会受到风的压力和吸力，可能导致结构的变形和内力增加。
动力作用则更为复杂，包括颤振、抖振和涡振等。
颤振是一种自激振动，当风速超过一定临界值时，桥梁结构可能发生大幅的、不稳定的振动，甚至导致结构破坏。
抖振是由风的脉动成分引起的随机振动，虽然不会导致结构的立即破坏，但长期的抖振作用会使结构产生疲劳损伤。
涡振则是由于风绕流桥梁结构时产生的周期性漩涡脱落引起的结构振动，通常振幅较小，但在特定条件下也可能对桥梁的舒适性和安全性产生影响。
二、桥梁抗风性能的优化设计方法为了提高桥梁的抗风性能，在设计阶段可以采取多种优化方法。
1、合理的桥型选择不同的桥型在抗风性能上具有不同的特点。
例如，悬索桥和斜拉桥由于其柔性较大，对风的敏感性相对较高；而梁桥和拱桥则相对较为刚性，抗风性能较好。
在设计时，应根据桥梁的跨度、地形条件和使用要求等因素，选择合适的桥型。
2、优化桥梁的外形和截面桥梁的外形和截面形状对风的绕流特性有重要影响。
通过采用流线型的外形和合理的截面形状，可以减小风的阻力和漩涡脱落，从而降低风对桥梁的作用。
例如，在主梁设计中，可以采用箱梁截面代替传统的 T 型梁截面，以提高抗风性能。
3、增加结构的阻尼阻尼是结构消耗能量的能力，增加结构的阻尼可以有效地抑制风振响应。
常见的增加阻尼的方法包括使用阻尼器、在结构中设置耗能构件等。
4、加强结构的连接和整体性良好的结构连接和整体性可以提高桥梁在风作用下的稳定性。
悬索桥施工阶段非对称吊装对颤振稳定性的研究
悬索桥施工阶段非对称吊装对颤振稳定性的研究摘要：本文以某大跨度悬索桥作为工程背景，基于三维多模态耦合颤振分析理论，运用自编颤振分析程序，对其施工态进行颤振稳定性分析。
总结出悬索桥施工阶段颤振临界风速变化趋势，并对其施工初期加劲梁采用非对称吊装情况下进行施工过程颤振分析。
阐述了架设时采用不同的吊装偏心率对悬索桥颤振临界风速的影响，从中总结了施工阶段有效提高颤振稳定性的措施。
关键词：大跨度悬索桥；颤振稳定性；多模态耦合颤振分析；施工阶段；非对称吊装；Abstract: This paper based on a large-span suspension bridge as an engineering background, based on flutter analysis of three-dimensional multi-mode coupling theory, use of self flutter to analyze program, do the construction state of flutter stability analysis. Key words: large-span suspension bridge; flutter stability; multi-mode coupled flutter analysis; the construction phase; asymmetric lifting;中图分类号：K928.78 文献标识码：A 文章编号：1. 引言悬索桥作为一种大跨径结构，其主跨一般都在1000m左右，随着跨径的增大导致结构刚度和阻尼的显著降低，因此结构对风的敏感性也随之增强，从而结构的抗风稳定性成为大跨度悬索桥设计与施工中的控制因素。
研究表明，对于悬索桥来说，在施工架设阶段，结构整体刚度尤其是扭转刚度同成桥态相比大为降低，从而导致结构的扭弯频率比较小，使得施工阶段悬索桥颤振稳定性比成桥态更为不利。
基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施
基于节段模型试验的悬索桥涡振抑振措施孙延国;廖海黎;李明水【摘要】In order to investigate the vortex-induced vibration performance of long-span suspension bridges and propose effective mitigation measures, a long-span suspension bridge with steel-box girder was taken as an engineering example. By a section model wind tunnel test with a scale of 1 :20, the effects of railings, maintenance rail and guide vane on the vortex-induced vibration performance of main girder at a low damping were investigated, and the mitigation measure of setting guide vane inside the maintenance rail was applied in bridge engineering. In addition, the mechanism of the vortex-induced vibration was discussed based on the test phenomenon. The research results show that the vortex-induced vibration can be effectively mitigated by the above measure, and the mitigation measure makes the aerodynamic shape of the main girder be more reasonable. Furthermore, the structure for this measure is relatively simple to be convenient for engineering application.%为研究大跨度悬索桥涡激振动性能,并提出有效的涡振抑振措施,以某大跨度钢箱梁悬索桥为工程背景,通过1∶20大尺度节段模型风洞试验,在低阻尼下研究了人行道栏杆、检修轨道、导流板对主梁涡激振动性能的影响；通过在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁的涡激振动,并基于试验现象探讨了涡激振动发生的机理.研究表明,在检修轨道内侧设置导流板抑制主梁涡激振动的措施使桥梁断面的气动外形更合理,抑振效果好,且结构形式简单,便于工程应用.【期刊名称】《西南交通大学学报》【年(卷),期】2012(047)002【总页数】7页(P218-223,264)【关键词】风洞试验;抑振措施;导流板;涡激振动【作者】孙延国;廖海黎;李明水【作者单位】西南交通大学风工程试验研究中心,四川成都610031;西南交通大学风工程试验研究中心,四川成都610031;西南交通大学风工程试验研究中心,四川成都610031【正文语种】中文【中图分类】U441.3大跨度悬索桥桥梁质量轻、阻尼小，当气流流经主梁断面时，周期性交替脱落的旋涡会引起桥梁结构产生涡激振动(涡振)现象［1］．涡激振动虽然不具有很强的破坏性，但其产生的风速较低，长时间振动将会造成结构疲劳，并严重影响行车的舒适性．日本东京湾道桥［1-2］、巴西 Rio-Niterói桥［3］、丹麦 Great Belt East桥［4］、英国 Kossock 斜拉桥［1］等均出现过明显的主梁涡激共振．目前，抑制涡激振动的措施可以分为构造措施和气动措施［5］．构造措施一般包括增大结构刚性、增加结构质量或阻尼(TMD)等．气动措施能从本质上减小涡激的作用，一般包括在主梁断面上设置风嘴、导流板、抑流板等．鲜荣、孟小亮等研究了改变检查车轨道位置对主梁涡激振动性能的影响［6-7］;Larsen、廖海黎等研究了设置导流板对主梁涡激振动性能的影响［8-10］．由于不同主梁的断面形状差异较大，气动措施因桥而异，在一座桥上抑振效果显著的抑振措施对另一座桥梁可能并不有效［11］，需要通过风洞试验研究相应的气动抑振措施．Larose和Larsen等发现，同样的导流板，在不同雷诺数下进行涡激振动试验时，试验现象大不相同［12-13］．另外，常规尺度(1∶50～1∶100)节段模型风洞试验雷诺数较低，雷诺数效应和主梁细节模拟不精细，往往导致试验结果与实际情况出入较大，从而导致对实桥抗风性能的误判［14-15］．采用大尺度主梁节段模型(通常为1∶15～1∶20)进行风洞试验，可以更精确地模拟主梁细节，试验时风速比约为1，其雷诺数与实桥的差别仅是由缩尺比引起的，较常规尺度节段模型提高了20～30倍，试验结果更接近实际．本文以某大跨度悬索桥钢箱梁1∶20大尺度节段模型为例，在西南交通大学XNJD-3风洞中进行涡激振动试验，在低阻尼下研究了风攻角、检修轨道、导流板对涡激振动性能的影响，研究了多种方案的抑振措施，并基于试验现象讨论了涡激振动发生的机理．研究表明，在检修轨道内侧设置单导流板能大大改善主梁的涡激振动性能．1 节段模型试验参数某大跨度双塔单跨悬索桥跨径为409 m+1 418 m+364 m．节段模型试验采用的缩尺比为1∶20．为使抑振措施安全可靠，同时使涡激振动现象更明显，便于优化抑振措施，试验采用了较低的阻尼比．图1为主梁断面，图2为风洞中的节段模型，表1为节段模型的主要试验参数．图1 主梁断面(单位：cm)Fig．1 Cross section of main girder(unit：cm)图2 风洞中的节段模型Fig．2 A large-scale section model in a wind tunnel 表1 节段模型试验参数Tab．1 Main test parameters of the section model/%一阶对称竖弯 0．116 2．734 27 900 69．75 ——振型频率/Hz 等效质量/(kg·m-1)等效质量惯性矩/(kg·m)实桥模型实桥模型实桥模型阻尼比0．20一阶对称扭转 0．266 4．687 ——4 168 300 26．05 0．212 风洞试验结果节段模型风洞试验结果见图3．图3 涡激振动响应Fig．3 The responses of vortex-induced vibration试验发现，成桥状态、风攻角为-5°～+4°时均没有产生涡激振动现象，+5°时发现了2次明显的竖向和扭转涡激振动;施工状态未发生明显的涡激振动．试验结果表明，涡激振动的锁定风速较低，振幅最大的竖向及扭转涡振锁定风速分别为4．5和8．0 m/s，低风速下来流为大攻角的可能性较大．鉴于此，还研究了来流风攻角为+6°的情况．Larsen等借鉴飞机机翼研究理论对流线型桥梁断面进行研究［9］，发现当箱梁斜腹板的倾斜角度大于16°时，由于气流在箱梁尾部产生交替脱落的旋涡，容易激发涡激振动．当倾斜角度小于16°时，气流经过主梁后仍附着在斜腹板上，从而抑制了旋涡的产生．本文研究对象的斜腹板倾角为15°，当风攻角为0°时，成桥及施工状态下主梁均未产生涡激振动，结果与Larsen的研究结论吻合．当风攻角为+5°时，成桥状态下主梁产生了明显的竖向及扭转涡激振动，而施工状态下未产生任何振动．这表明，由于桥面上的栏杆或箱梁底部的检修轨道使原本附着在梁体表面的气流产生了分离，形成旋涡并在尾部周期性脱落，从而导致主梁的涡激振动．鉴于此，设计了几种极限方案(图4)进行风洞试验，并与成桥及施工状态的结果进行比较，试图寻找引起涡激振动的原因．图4 主梁试验断面示意Fig．4 Test cross sections of the main girder从图3的试验结果可知，去掉人行道栏杆会使竖向振幅明显减小，而对扭转振幅影响不大;去掉检修轨道会使竖向及扭转振动消失;去掉检修轨道和人行道栏杆(施工状态)，也会使涡激振动完全消失．由此可知，引起主梁涡激振动的主要原因是位于底板的检修轨道．因此，涡振抑振措施主要针对检修轨道进行研究．3 抑振措施3．1 检修轨道位于底板由于引起该桥涡激振动的主要原因是检修轨道，希望通过改变检修轨道在底板的位置能使涡激振动响应消失或使其减弱，具体措施见表2．从图5可知(方案后括号内的数字为风攻角，下同)：当风攻角为+6°、检修轨道位于2．4 m处时，主梁竖向和扭转均产生了明显的涡激振动，改变检修轨道距底板的高度对涡振振幅的影响很小;检修轨道位于3．2 m处时，竖向涡振不明显，扭转涡振振幅依然较大;检修轨道位于4．0 m处、风攻角为+5°时产生了明显的涡激振动，但竖向振幅减小，扭转振幅仍然较大;检修轨道位于4．8 m处、风攻角为+5°和+6°时，主梁均未产生明显的涡激振动．对此方案的其他风攻角进行检验，-5°～+6°均未产生明显的涡激振动现象．由此可知，检修轨道向主梁中部移动有利于抑制涡激振动．但方案5的检修轨道过于靠近底板中部，致使检修车两侧悬臂过长，对检修车的稳定性和检修维护的安全性有影响，因此方案5不能作为该桥梁的抑振措施．图5 涡激振动响应(检修轨道位于底板)Fig．5 The responses of vortex-induced vibration when maintenance rail is under bottom panel表2 涡振抑振措施Tab．2 Migration measures of vortex-induced vibration 抑振措施图示方案检修轨道位于底板?方案1：B=2．4 m，H=15 cm方案2：B=2．4 m，H=18 cm方案3：B=3．2 m，H=15 cm方案4：B=4．0 m，H=18 cm方案5：B=4．8 m，H=18 cm检修轨道位于斜腹板?方案6：B=2．0 m，H=25 cm方案7：B=2．4 m，H=25 cm方案8：B=3．2 m，H=25 cm方案9：B=3．2 m，H=13 cm检修轨道两侧安装窄导流板方案10：B=0．8 m，L=0．5 m，β =39°方案11：B=1．5 m，L=0．6 m，β =39°方案12：B=2．1 m，L=0．7 m，β=39°?检修轨道两侧安装宽导流板?方案13：B=1．5 m，D1=D2=28．0 cm，L=1．00 m方案14：B=2．4 m，D1=D2=26．5 cm，，L=1．00 m方案15：B=3．2 m，D1=D2=26．5 cm，L=1．00 m方案 16：B=2．4 m，D1=19．0 cm，D2=34．0 cm，L=1．00 m方案 17：B=2．4 m，D1=19．0 cm，D2=34．0 cm，L =1．14 m检修轨道单侧安装导流板方案18：图中实线部分尺寸同方案16方案19：图中虚线部分尺寸同方案163．2 检修轨道位于斜腹板为了减小检修轨道对气流的影响，将其布置在主梁斜腹板，期望气流经过主梁时不会在尾部形成周期性脱落的旋涡，具体方案见表2．从图6可见，将检修轨道布置在主梁斜腹板上时，对主梁涡激振动的影响很小．气流经过底板尾部时，受检修轨道的影响，气流仍然会在此处分离，产生涡脱．因此，该方案不能抑制主梁的涡激振动．图6 涡激振动响应(检修轨道位于斜腹板)Fig．6 The responses of vortex-induced vibration when the maintenance rail is on oblique web3．3 检修轨道两侧安装窄导流板主跨为1 088 m的大跨度斜拉桥——苏通大桥采用的抑振措施是在检修轨道两侧设置导流板．借鉴该抑振措施，设计了几种方案：在检修轨道两侧对称布置宽度为0．5 m的窄导流板，导流板与底板的夹角β=39°，而检修轨道和导流板在底板的位置不同(表2)．从图7可见，在检修轨道两侧布置导流板对主梁涡激振动影响很大．当风攻角为+5°、采用方案10时主梁的竖向振幅明显减小，对扭转影响较小;采用方案11时主梁的竖向振幅几乎消失，扭转振幅大大减小;采用方案12时主梁的竖向及扭转涡振完全消失．对方案12在风攻角为+6°的情况下进行检验，结果主梁的竖向及扭转涡振振幅均很大．因此，方案12仍不能满足抑振要求．图7 涡激振动响应(检修轨道两侧安装窄导流板)Fig．7 The responses of vortex-induced vibration when narrow guide wanes are on both sides of the maintenance rail3．4 检修轨道两侧安装宽导流板在上述基础上继续优化，主要是增大导流板宽度，改变导流板与检修轨道的间距(表2)．需要指出的是，考虑到检修车安装方便的需要，方案16和方案17中导流板与检修轨道采取不对称布置，其中方案17的导流板直接延长至主梁底板．图8 涡激振动响应(检修轨道两侧安装宽导流板)Fig．8 The responses of vortex-induced vibration when wide guide wanes are on both sides of the maintenance rail从图8可见，采用方案13，当风攻角为+5°时便产生了较大的涡激振动，而采用方案14～17均未产生明显的涡激振动;风攻角为+6°时，采用方案14～17均使主梁的竖向涡振振幅明显减小，扭转振动消失．可见，方案14～17的抑振效果均较好，但方案16更便于检修设备的安装与维护．对方案16在其他风攻角下进行检验，结果在风攻角为-5°～+5°的条件下主梁均未产生明显的涡激振动现象．由此可见，在检修轨道两侧布置导流板对涡激振动的影响很大，抑振效果与导流板的宽度以及在底板的位置关系很大．3．5 检修轨道单侧安装导流板Larsen、Savage等通过梁体测压试验及数值模拟发现，箱梁的涡激振动是由于箱梁尾部旋涡的周期性形成与脱落引起的［9，13］．根据本文研究的桥梁断面可以假设，由于检修轨道的存在，使流经主梁的气流在此发生了分离，且在尾部形成了旋涡．安装导流板后，气流会被检修轨道内侧的导流板引离断面，从而抑制了旋涡的产生，或者将旋涡引导至不影响主梁的区域，从而使涡激振动消失，而检修轨道外侧的导流板对气流的影响有限．为了验证这一假设，在方案16的基础上去掉了检修轨道外侧的导流板，期望仍然没有涡激振动产生．将导流板改为单侧布置——方案18为外侧布置，方案19为内侧布置(见表2)，对2种方案分别进行风洞试验，结果见图9．从试验结果可见，只在外侧布置导流板时，风攻角为+5°时主梁便产生了明显的竖向及扭转涡激振动，扭转振动尤为剧烈，扭转振幅甚至大于原方案的振幅;若在检修轨道内侧布置导流板，当风攻角+5°和+6°时主梁均未产生明显的涡激振动．对方案19在其他风攻角下进行检验，结果风攻角为-5°～+6°的条件下均未产生明显的涡激振动，抑振效果明显．在检修轨道内侧安装导流板后，气流会被导流板引离主梁断面，从而抑制了旋涡的产生，或者将旋涡引导至不影响主梁的区域，从而使涡激振动消失．而检修轨道外侧布置的导流板主要影响主梁断面上游的气流，对断面尾部气流的影响有限，因此没有起到很好的抑振作用．图9 涡激振动响应(检修轨道单侧安装导流板)Fig．9 The responses of vortex-induced vibration when guide wane is on one side of the maintenance rail 4 结论通过对某大跨度悬索桥1∶20的大尺度节段模型涡振抑振措施的风洞试验，得到以下结论：(1)大跨度桥梁主梁一般为流线型箱梁断面，在一定程度上会使涡激振动现象减弱甚至消失．但由于桥梁的附属设施(栏杆、检修轨道等)及风攻角等因素的存在，仍会导致涡激振动．对本文中研究的流线型箱梁断面，检修轨道和风攻角是影响主梁涡激振动的主要因素．(2)改变检修轨道在斜腹板及底板的位置对涡激振动性能的影响有限，在检修轨道两侧布置导流板可以改善主梁的涡激振动性能，改善程度与导流板的尺寸及倾角密切相关．在检修轨道内侧布置导流板能将主梁底板的气流引离尾部，从而抑制主梁的涡激振动．该抑振措施使主梁断面的气动外形更合理，制振效果好，且结构形式简单，便于工程应用．在检修轨道外侧布置导流板对主梁涡激振动的影响十分有限．需要说明的是，结论(2)是基于试验现象的一种推断，确切的抑振机理可通过粒子成像测速技术(PIV)或数值模拟方法进行研究，目前这方面的工作正在进行中．【相关文献】［1］陈政清．桥梁风工程［M］．北京：人民交通出版社，2005：129-136．［2］ FUJINO Y．Wind-induced vibration and control of Tran-Tokyo Bay crossing bridge ［J］．Journal of Structure and Engineering，2002，128(8)：1012-1025．［3］ ABTTISTA R C，PFEIL M S．Reduction of vortexinduced oscillations of Rio-Niterói bridge by dynamic control devices［J］．Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics，2000，84(3)：273-288．［4］ SCHEWE G，LARSEN A．Reynolds number effects in the flow around a bluff bridge deck cross 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厦漳跨海大桥的颤振和抖振响应实验研究的开题报告
厦漳跨海大桥的颤振和抖振响应实验研究的开题报告一、研究背景和意义厦漳跨海大桥是福建省首座悬索式跨海大桥，全长95.5公里，是“世纪工程”之一。
由于存在地质条件、建筑高度等因素，大桥结构会受到风、波等力的作用，从而导致颤振和抖振现象。
颤振和抖振是桥梁工程设计中需要考虑的基本问题。
此外，随着大桥的跨越距离和使用寿命的提高，对颤振和抖振问题的研究变得越来越重要，这不仅能提高桥梁的使用寿命，还能确保行车安全。
因此，对厦漳跨海大桥的颤振和抖振响应进行实验研究，对完善大桥的设计，提高大桥结构的稳定性和安全性具有重要的理论和实际意义。
二、研究的目的和内容本研究旨在通过实验研究厦漳跨海大桥的颤振和抖振响应，进一步了解大桥的动态响应特性，掌握桥梁结构的耐久性和稳定性，提高桥梁使用的安全性和可靠性。
具体内容如下：1. 建立厦漳跨海大桥结构的数学模型和实验模型。
2. 对实验模型进行试验和监测，记录和分析实验数据。
3. 分析实验结果，得出结论，评估大桥的动态响应特性和稳定性。
4. 提出设计优化方案，加强桥梁结构的抗震性、抗风性和稳定性。
三、研究方法1. 建立厦漳跨海大桥结构的数学模型，进行数值模拟。
采用ANSYS 等软件对大桥主体结构进行有限元分析，得出结构在风、波等作用下的动态响应特性，进一步计算得出桥梁的颤振和抖振频率。
2. 建立实验模型，进行实验研究。
把大桥的结构缩小到实验模型尺寸，采用模型试验的方法研究大桥的响应特性和模型的力学特性。
3. 对实验模型进行各种载荷的试验和数据采集。
例如，风、波、地震等多种自然载荷以及车辆荷载等人工载荷，进行实验监测，记录数据。
4. 分析实验数据，进行数据处理和统计分析，得出结论。
四、预期成果通过本次实验研究，预计达到以下成果：1. 建立较为完善的厦漳跨海大桥结构的数学模型。
2. 建立实验模型，进行各种载荷的试验并记录实验数据。
3. 分析实验数据，得出各种载荷下大桥的动态响应特性和结构稳定性等评估结论。
悬索桥的风致振动特性分析
悬索桥的风致振动特性分析在现代桥梁工程中，悬索桥以其跨越能力大、造型优美等特点成为了众多大型交通基础设施的首选方案。
然而，风对悬索桥的影响不容忽视，风致振动可能导致桥梁结构的疲劳损伤，甚至影响桥梁的安全性和使用性能。
因此，深入研究悬索桥的风致振动特性具有重要的理论意义和工程应用价值。
悬索桥的结构特点决定了其对风的敏感性。
悬索桥主要由主缆、加劲梁、桥塔和吊索等组成。
主缆承担着主要的荷载，加劲梁则通过吊索悬挂在主缆上。
这种柔性结构在风的作用下容易产生振动。
风致振动的类型多种多样，常见的有颤振、涡振和抖振等。
颤振是一种自激振动，当风速超过一定临界值时，桥梁结构的振动会不断加剧，直至发生破坏。
涡振则是由于风流绕过桥梁结构时产生的漩涡脱落引起的周期性振动。
抖振是由自然风的紊流成分引起的随机振动。
影响悬索桥风致振动特性的因素众多。
首先是桥梁的几何形状和尺寸，包括加劲梁的截面形状、主缆的垂度、桥塔的形式等。
不同的几何参数会导致风在桥梁表面的流动特性发生变化，从而影响振动特性。
其次是风速和风向。
风速越大，风对桥梁的作用力也就越大，振动响应越明显。
风向的变化也会改变风与桥梁的相互作用方式。
此外，桥梁所处的地形和环境条件也会对风致振动产生影响。
例如，峡谷地区的风场较为复杂，可能会增加桥梁的风荷载。
为了研究悬索桥的风致振动特性，通常采用风洞试验和数值模拟的方法。
风洞试验是将桥梁模型置于风洞中，模拟实际的风场环境，测量桥梁模型的风荷载和振动响应。
这种方法直观可靠，但成本较高，试验周期长。
数值模拟则是利用计算机软件建立桥梁的数学模型，通过求解流体力学方程来计算风与桥梁的相互作用。
数值模拟具有成本低、效率高的优点，但需要对模型进行合理的简化和验证。
在实际工程中，为了减小悬索桥的风致振动，通常采取一系列的抗风措施。
对于加劲梁，可以采用流线型的截面设计，减少风的阻力和漩涡脱落。
在主缆和吊索上设置阻尼器，可以消耗振动能量，降低振动幅度。
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稳 和 弯 曲 气 弹 失稳 的 临界 风 速 ， 出大 桥 气 弹 失 稳 的规 律 ， 果 与 试 验 结 果 符 合 良好 。证 明 该 方 法 对 漩 涡 脱 落 引 找 结 起 的 悬 索桥 耦 合 颤 振 分析 的正 确 性 和 有 效性 。 关 键 词 悬 索桥 漩 涡脱 落 耦 合 系统 序 列 交错 法 颤 振
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科 研 开 发
漩 涡脱 落 引起 的悬 索桥 耦 合 颤 振 分 析 ＊
孙 芳 锦 殷 志 祥 张 大 明 一
（ 宁 工 程 技 术 大 学 土 建 学 院 阜 新 １ ３０ ） （ 宁 工 程 技 术 大 学 技 术 与经 济 学 院 阜新 １ ３０ ） 辽 ２ ０ ０ 辽 ２ ０ ０ 摘 要 对 由漩 涡 脱 落 引 起 的 悬索 桥 耦 合 颤振 进 行 分 析 。 采 用 动 网格 ， 流 体 、 构 和 动 网 格 三 者 形 成 的 耦 合 系 将 结
统 方 程 用 任 意 拉 格 朗 日一 欧 拉 形 式 表 示 ， 采 用 带 有 预 测 值 的序 列 交错 法 求 解 该 耦 合 系统 。 以塔 科 马 大桥 为 例 ， 并
采 用 弹 簧 类 比 方 法 建 立 动 黏性 流体 网格 ， 由漩 涡脱 落 引 起 的 大 桥 耦 合 颤 振 进 行 分 析 ， 到 大 桥 发 生 扭 转 气 弹 失 对 得
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