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大跨桥梁侧风行车安全分析

陈晓冬  
【摘要】: 桥面行车安全问题不仅是车辆生产厂商及研究驾驶控制方面的问题,还是桥梁设计和运营时均要考虑的一个非常有实用价值的研究课题。这个问题是涉及到桥梁风工程和汽车动力学的交叉学科研究。大跨度桥梁上通车有以下几个主要特点:在同一风场中,桥面风速要比气象站的实测地面风速要高出许多;桥面的遮挡物少;桥塔区域局部风场变化剧烈。本文基于以上特点及侧风作用下的车辆侧倾、侧滑和侧偏三个安全问题,建立一套综合分析桥上行车各种状况下的行车问题的解决方案,给出各种限行车速的规定及其计算原则、局部风障设置的条件及必要性和效果的分析,以供桥梁管理部门在大风作用或其它风灾情况下作出正确的桥梁交通限制措施,在尽可能情况下维持桥梁交通的安全快速畅通。为此,本文进行了以下几个方面的研究工作: 1.针对车辆运动对提出了风-车-桥系统的简化解耦方法,以便于后期的分析及工程应用,并以杭州湾跨海大桥为例,比较了简化解耦方法与耦合计算的结果; 2.对路况及车辆类型进行了合理的分类,进行了车辆的静风气动力的风洞测量试验以得到准确的车辆气动力。采用合理的侧倾、侧滑准则,在考虑路面不平度,路面类型、风速、车速等因素的情况下对于三个车型的公路行车安全进行了参数分析,获得静止停车状态及行驶状态下的各安全准则对应的权限车速与风速之间的关系,为后续桥上行车作基础和提供对比数据; 3.采用改进的谐波合成方法实现三维空间脉动风场的模拟,考虑了气动导纳、试验测定的颤振导数和桥塔抖振参与,利用ANSYS的二次开发功能,对不同平均风速下的桥梁抖振响应进行了分析; 4.在考虑抖振响应及车桥振动的情况下,对于桥梁上行车的侧倾、侧滑准则进行了分析,并与路面上侧风行车的侧倾、侧滑分析的计算结果进行了对比,得出一系列有益结果; 5.建立1:30的西堠门大桥刚性局部模型,在TJ-3号风洞中进行了均匀流场下的桥面风剖面及桥塔处风场的测压试验以得到桥面处的风场分布,并对于拟增设于桥塔两侧的局部风障措施进行了测压测量,比选适合的风障布置方案。还测量比较了桥塔对桥面风剖面的影响; 6.建立车辆运动学模型,对三种车型通过桥塔区域时的侧偏运动进行了分析,并比较了各种局部风障的增设对车辆侧偏量的改善效果。


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