大跨度双幅桥面桥梁气动干扰效应研究

近年来，随着交通量的增加，桥梁设计得越来越宽。双幅桥面桥梁以其宽敞的视觉效果、良好的行车条件而比较适合公路桥梁。双幅桥面桥梁由于主梁距离较近，在气流作用下，上游桥面与下游桥面之间存在一定的相互影响，如上下游桥面气动干扰所引起的双幅桥面桥梁主梁涡激共振、颤振稳定性、抖振响应及上下游桥面的风荷载等问题，我们把这些影响称为双幅桥面的气动干扰效应，双幅桥之间的气动干扰是大跨度双幅桥面桥梁抗风设计最为关注的问题之一。通过设计合理的试验方案，对典型桥梁断面大量风洞试验和数值模拟，对双幅桥面桥梁的三分力系数、涡激共振响应、颤振稳定性的气动干扰效应进行研究，主要研究目标：一是为实际工程中大跨度双幅桥面桥梁的设计提供简洁、具有足够精度的气动干扰效应表达式和研究结论，并为双幅桥面气动干扰效应的规范制定提供参考；二是对双幅桥面桥梁的三分力系数、涡激共振响应和颤振稳定性的气动干扰效应进行机理解释。 2100433B

首先，通过节段模型风洞试验识别典型桥梁断面的气动导纳等参数，并测量脉动风和抖振力沿跨向的空间相关性。其次，基于桥梁断面气动导纳和抖振力空间相关性等参数的风洞试验识别结果，发展能考虑实测抖振力空间相关性的大跨度桥梁耦合抖振响应分析方法，开发出相应的计算机程序。然后，应用桥梁抖振响应分析方法和全桥气弹模型风洞试验对大跨度桥梁的抖振机理进行研究，并验证耦合抖振理论分析方法的可靠性和适用性。通过与传统抖振 2100433B

大跨度公铁两用跨海大桥是铁路跨海通道中最典型的结构形式，设置风屏障是保障跨海大桥铁路和公路车辆运营安全的重要手段之一。针对大跨度公铁两用跨海大桥风屏障的气动机理，综合考虑风屏障、公路车辆、铁路车辆、大跨度桥梁四者间相互的气动作用，采用风洞试验与数值模拟相结合的方法，测试设风屏障情况下铁路桥面和公路桥面的局部风场结构，明确风屏障对车辆和桥梁的气动影响，探索风屏障对桥梁可能的气动稳定作用，发展实用的风屏障行车防风效率评价指标及评价标准。对比风屏障的形式及参数，优化风屏障的综合性能，揭示由列车风产生的风屏障瞬态风荷载的变化规律，预测风屏障的疲劳寿命。研究成果具有较广泛的直接或间接应用前景，对实际工程有指导或借鉴意义。

本项目主要针对主跨跨度800 米以上的斜拉桥和1500米以上的悬索桥等超大跨度桥梁，着重研究强台风和强季风及其动力作用下的风致灾变关键效应与过程控制，全面采用理论分析、模型试验、现场实测和数值模拟等研究手段，深入揭示风荷载多维和多点非平稳空间动力作用效应、风荷载非线性效应、风－雨－结构动力耦合效应以及结构与空气介质之间的能量转换机理，努力实现基于空间作用效应、非线性效应和动力耦合效应的超大跨度 2100433B