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椭圆形障条风障对桥面行车风环境影响的CFD研究

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中国公路学报 2024年第5期37卷 289-299页

作者：文颖何琪瑶严磊何旭辉康熙萌中南大学高速铁路建造技术国家工程研究中心湖南长沙410075 中南大学土木工程学院湖南长沙410075 中南大学轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室湖南长沙410075

以某双边箱组合梁为研究对象,开展详细的椭圆形障条风障(EBWB)对桥面行车风环境影响的CFD数值模拟研究。首先检验湍流模型以及时间步长和网格密度无关性,然后比较在1.71 m防撞栏杆上设置EBWB或常规矩形障条风障(RBWB)的侧风折减系数的差... 详细信息

以某双边箱组合梁为研究对象,开展详细的椭圆形障条风障(EBWB)对桥面行车风环境影响的CFD数值模拟研究。首先检验湍流模型以及时间步长和网格密度无关性,然后比较在1.71 m防撞栏杆上设置EBWB或常规矩形障条风障(RBWB)的侧风折减系数的差异,进一步分析有无EBWB时的桥面行车风环境。通过研究侧风折减系数、风剖面曲线以及流场结构,分析了风障透风率和风障高度对桥面行车风环境的影响,同时在考虑桥梁阻力系数的基础上引入一个综合指标以比选最优风屏障形式。研究结果表明:SST k-ω、RNG k-ε两种湍流模型的计算三分力系数相差较小,0°风攻角下2种阻力系数相差仅为4.02%,说明当前模拟方法可靠;EBWB与RBWB均具有良好的减风效果,EBWB的侧风折减系数更小,阻力系数也更大;减小风障透风率或增大风障高度可以改善桥面行车风环境,但桥梁风荷载随之增大。对于所提的双边箱组合梁断面,综合考虑桥面行车风环境和桥梁风荷载后,透风率为52%且风障高度为1.486 m的椭圆形障条风障(总屏障高度为3.196 m)最优。

关键词：桥梁工程桥面行车风环境 CFD 风障透风率侧风折减系数

强降雨作用下隧道火灾烟气蔓延特性及控制试验研究

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中国公路学报 2024年

作者：范传刚盛子琼栾蝶焦澳马伟斌王志伟中南大学土木工程学院轨道交通工程结构防灾减灾湖南省重点实验室中国铁道科学研究院集团有限公司铁道建筑研究所

为探究强降雨对隧道火灾烟气蔓延特性及烟气控制的影响，基于Froude准则搭建了1：15的缩尺模型隧道试验台，设置了4个不同的降雨强度、4个火源功率以及6个纵向通风速度，对强降雨作用下的隧道火灾烟气蔓延进行试验研究。结果表明：降雨... 详细信息

为探究强降雨对隧道火灾烟气蔓延特性及烟气控制的影响，基于Froude准则搭建了1：15的缩尺模型隧道试验台，设置了4个不同的降雨强度、4个火源功率以及6个纵向通风速度，对强降雨作用下的隧道火灾烟气蔓延进行试验研究。结果表明：降雨发生时，隧道洞口在降雨的作用下产生压差，最终在隧道内诱导形成纵向气流；诱导气流速度随降雨强度的增大而增大。降雨强度较大时，火源上游的烟气在诱导气流的限制下无法从火源上游洞口处溢出；对强降雨作用下的隧道火灾烟气进行纵向通风控制时，纵向通风气流的驱动力一部分用于消除热烟驱动力带来的烟气回流趋势，另一部分抵消降雨诱导气流在隧道内的影响。试验结果发现回流长度、临界风速均随降雨强度的增大而增大。火源功率为3.03、6.06、9.09、12.12kW时，临界风速在强降雨作用下分别提高25.6%、17%、14%以及9%，说明强降雨对隧道火灾烟气纵向通风控制的作用随火源功率的增大而减小。基于前人模型和试验结果建立了强降雨作用下隧道火灾临界风速的无量纲预测模型，明晰了强降雨影响隧道火灾烟气蔓延及控制的机制。

关键词：隧道工程火灾烟气控制缩尺模型试验隧道火灾强降雨

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典型桥梁主梁涡振机理分析的简化涡方法

中国公路学报 2024年

作者：胡传新王相龙赵林葛耀君同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室武汉科技大学城市建设学院同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心

旋涡脱落和漂移是桥梁断面涡振发生的共同流场特征，主梁表面压力时空分布与旋涡漂移密切关联。本文基于主梁表面时空压力场，系统分析了涡激气动力统计参数（相关系数、贡献值、无量纲功等）的空间分布特征，建立了简化涡基本理论，提... 详细信息

旋涡脱落和漂移是桥梁断面涡振发生的共同流场特征，主梁表面压力时空分布与旋涡漂移密切关联。本文基于主梁表面时空压力场，系统分析了涡激气动力统计参数（相关系数、贡献值、无量纲功等）的空间分布特征，建立了简化涡基本理论，提出了典型桥梁主梁涡振机理分析的简化涡方法。该方法可推演关键流场特征及其主导同步气动力时空演变模式，从而揭示涡振机理。以典型箱梁为例，结合气动力时频特征、数值流场与谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition，SPOD），验证了简化涡方法。研究表明：发生竖向（扭转）涡振时，相关系数、贡献值和无量纲功为脉动压力与涡激力（矩）之间相位差的类简谐函数。当相位差单调变化时，上述统计参数呈波浪式分布，且对应主导涡激气动力沿流向呈行波式演变，统称为气动行波模式。该模式与对应简化涡模式互为映射，共同构成简化涡模态。竖向涡振时，上表面旋涡前缘分离至尾缘处漂移距离约为k个波长，耗时k个断面振动周期，即由分离点诱发的k阶竖向简化涡模态主导；扭转涡振上表面旋涡前缘分离至尾缘处漂移距离约为（k+0.5）个波长，耗时（k+0.5）个断面振动周期，即由分离点诱发的k阶扭转简化涡模态主导；其中k为正整数。典型箱梁上表面气动力主导SPOD模态沿流向呈行波式演变，相关系数呈波浪式分布，且波涡模式互为映射，较好验证了简化涡方法。本文系统建立了简化涡基本理论，构建了以与振动效应关联多尺度气动力时空演变特征为“一体”、以推演关键流场特征的简化涡模式和以精确模拟气动力时空演变特征的气动行波模式为“两翼”的简化涡方法体系，为桥梁主梁涡振物理机制分析、涡激力数理模型构建及涡振抑振措施比选提供新的理论依据。

关键词：简化涡方法涡振桥梁主梁旋涡漂移气动力行波

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典型箱梁竖向涡激气动力行波效应与抑振机理

振动工程学报 2024年

作者：胡传新戴钢赵林王相龙葛耀君武汉科技大学城市建设学院武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室

为研究增设检修轨道导流板、人行道栏杆抑流板等气动措施抑振机理，开展了大尺度节段模型测振测压风洞试验。基于表面压力时空分布特征及其统计特性提出了气动行波假设，结合谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition,... 详细信息

为研究增设检修轨道导流板、人行道栏杆抑流板等气动措施抑振机理，开展了大尺度节段模型测振测压风洞试验。基于表面压力时空分布特征及其统计特性提出了气动行波假设，结合谱本征正交分解（Spectral Proper Orthogonal Decomposition,SPOD）方法进行验证，并提出气动力时空能量图谱，进一步量化与解构了复杂的时空压力场，揭示了流线型箱梁涡振机理及气动措施抑振机理。研究表明：原始断面在试验风速内存在3阶竖向涡振锁定区间，其中第3阶锁定区振幅最大。增设检修轨道导流板后，断面最大振幅减小53.1%，增设人行道栏杆扶手抑流板后涡振消失。断面表面复杂压力场可表达为多个不同激励源诱发的气动力时空分布模式的线性叠加。原始断面表面压力场由断面振动基频处1阶SPOD模态对应压力时空分布主导，同时上表面模态压力时空分布占主导地位。上表面主导模态压力沿下游呈现行波式演变，贡献值呈波浪式分布，统称为“气动行波”效应。上表面气动行波作用强度远大于下表面。气动行波传播可由分布气动力与涡激力相位差单调递减表征。原始断面上表面气动行波波长与贡献值空间分布波长基本一致，约等于前后缘防撞栏杆之间距离。增设导流板后，上表面主导气动行波传播模式基本不变，作用强度减小，从而涡振幅值减小。增设抑流板使得上表面能量分布呈宽带分布特征，锁频现象消失，故而不发生涡振。研究提炼了涡振时断面表面复杂压力场中的关键和主导气动力时空演变模式——气动行波，为桥梁主梁断面涡振机理分析和涡激力数理模型构建提供了思路。

关键词：桥梁工程气动措施气动行波效应涡振抑振机理涡激振动流线型闭口箱梁

中央开槽箱梁扭转涡振全过程简化涡绕流模式演变特性与锁定机制

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中国公路学报 2024年

作者：胡传新陈帅匡赵林刘圣源葛耀君武汉科技大学城市建设学院同济大学桥梁结构抗风技术交通运输行业重点实验室武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室中国华能集团清洁能源技术研究院有限公司

中央开槽箱梁因其良好的颤振稳定性而在工程实践中得以广泛应用，但其涡振性能仍待优化，且既有研究尚未深入揭示中央开槽箱梁涡振锁定机制。以典型中央开槽箱梁为研究对象，基于同步测压测振风洞试验，研究+3°攻角箱梁扭转涡振全过程... 详细信息

中央开槽箱梁因其良好的颤振稳定性而在工程实践中得以广泛应用，但其涡振性能仍待优化，且既有研究尚未深入揭示中央开槽箱梁涡振锁定机制。以典型中央开槽箱梁为研究对象，基于同步测压测振风洞试验，研究+3°攻角箱梁扭转涡振全过程典型风速（起振点、上升区、振幅极值点、下降区和结束点）断面表面气动力时频特性，推演断面周围简化涡绕流模式，揭示中央开槽箱梁扭转涡振诱发机理以及涡振全过程气动力与振动效应同步演变机制。研究表明：中央开槽箱梁涡振过程中表面旋涡漂移特征存在明显的演化现象。旋涡漂移存在区域由起振时的下游箱梁下表面底板（气流在下游箱梁下表面与槽间转角处撞击形成的分离涡沿底板向下游漂移）和斜腹板（下游箱梁检修轨道形成的分离涡沿斜腹板表面向下游漂移），随风速增加拓展至上游箱梁下表面底板（上游箱梁检修轨道处的分离涡沿底板向下游漂移）和下游箱梁上表面（下游箱梁上表面前缘栏杆处形成的分离涡沿上表面向下游漂移）。旋涡由下游箱梁下表面底板前缘匀速漂移至斜腹板尾缘，诱导箱梁发生扭转涡振。下游箱梁上、下表面和上游箱梁下表面气动力做功与振幅存在明显的同步演变特性，且与表面旋涡强度密切相关。涡振锁定区间内，中央开槽箱梁上游箱梁下表面、下游箱梁上下表面气动力做功对涡振起主导作用，涡振振幅与上述区域表面气动力做功大小呈正比，亦与旋涡协同作用强度成正比。旋涡协同作用是影响涡振振幅大小的主要因素，而下游箱梁下表面斜腹板表面旋涡的诱导作用是涡振发生的必要因素，这两个因素共同主导涡振锁定，且箱梁下表面检修轨道的存在与断面涡振现象的发生具有较大的关联性。该研究深入探究了断面周围绕流场演变特性及旋涡协同作用演化机制，揭示了中央开槽箱梁扭转涡振诱发机理及锁定机制，为大跨度桥梁的气动稳定性研究提供参考。

关键词：扭转涡振中央开槽箱梁简化涡方法分布气动力演化特性

基于试验-实测数据融合驱动模型的龙卷风风场预测

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工程力学 2024年

作者：胡传新管文松聂豪赵林武汉科技大学城市建设学院武汉科技大学城市更新湖北省工程研究中心中建四局第六建设有限公司同济大学土木工程防灾减灾全国重点实验室

作为破坏力最大的自然灾害之一，龙卷风发生时往往会造成较大的人员伤亡及经济损失。受限于龙卷风危险性及发生发展时空随机性，现场实测数据过于稀缺且风场数据不完整。鉴于此，本文利用武汉科技大学最新研制的龙卷风模拟器生成缩尺类... 详细信息

作为破坏力最大的自然灾害之一，龙卷风发生时往往会造成较大的人员伤亡及经济损失。受限于龙卷风危险性及发生发展时空随机性，现场实测数据过于稀缺且风场数据不完整。鉴于此，本文利用武汉科技大学最新研制的龙卷风模拟器生成缩尺类龙卷风，研究了其三维风速及气压降空间分布特征。基于风洞试验及现有实测风场数据，提出一种基于神经网络的实测-试验数据融合模型，并对模型进行了验证。在此基础上，对不同涡流比下龙卷风场三维速度及气压降进行预测，研究了其空间分布。主要结论如下：武汉科技大学龙卷风模拟器中模拟得到的龙卷风涡旋其三维风速分布符合真实龙卷风分布，涡核半径附近气流处于螺旋上升状态与真实龙卷风相似。基于实测-试验数据融合驱动模型预测的龙卷风三维风场及气压降平均相对误差保持在8％以下，具有较高精度，可以用于近地面及高涡流比风场重构。融合模型预测结果表明龙卷风最大切向风速、轴向风速以及气压降幅值主要集中在近地面区域。其中，最大切向风速和轴向风速主要集中在涡核半径附近，气压降幅值通常在涡核中心处达到最大。重构的高涡流比(Sr=1)风场相较于低涡流比(Sr=0.17)风场，三维风速及气压降幅值在涡核半径区域明显增加，龙卷风核心区域增大覆盖区域更广。该融合模型可实现不同涡流比下龙卷风风场的完整重构，为进一步研究土木工程结构的龙卷风作用效应奠定了基础。

关键词：龙卷风数据融合神经网络风洞试验风场重构

基于可靠度理论的大跨度悬索桥恒载分项系数研究

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重庆交通大学学报(自然科学版) 2024年

作者：齐东春陈楚龙丁少凌王茂强鲍芸斐 1.防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学) 2.中交第二公路勘察设计研究院有限公司 3.中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司 4.三峡大学土木与建筑学院防灾减灾湖北省重点实验室(三峡大学) 中交第二公路勘察设计研究院有限公司中交公路长大桥建设国家工程研究中心有限公司三峡大学土木与建筑学院

对国内10座跨径超过千米的悬索桥恒载进行统计分析，得到了各项自重恒载随机变量的统计参数；将悬索桥自重恒载效应拆分为主缆自重效应、加劲梁自重效应和桥面系自重效应等3部分，基于优化方法推导了各项恒载分项系数计算公式，并建立... 详细信息

对国内10座跨径超过千米的悬索桥恒载进行统计分析，得到了各项自重恒载随机变量的统计参数；将悬索桥自重恒载效应拆分为主缆自重效应、加劲梁自重效应和桥面系自重效应等3部分，基于优化方法推导了各项恒载分项系数计算公式，并建立了迭代算法；通过对不同活恒比及不同恒载占比的多种组合计算分析，获得了各项恒载分项系数及全部恒载等效分项系数的取值范围。研究结果表明：活恒比对恒载分项系数的影响较小，而各项恒载占比对恒载分项系数的影响相对较大；大跨度悬索桥的全部恒载等效分项系数取值为1.04～1.10，现行悬索桥规范中给定的恒载分项系数1.10为上限值；当主缆恒载占比大、桥面系恒载占比小时，其等效分项系数取下限值；当主缆恒载占比小、桥面系恒载占比大时，其等效分项系数取上限值。以某主跨1860m的双层桥面钢桁架梁悬索桥为例，其等效恒载分项系数为1.065，相比于规范给定的恒载分项系数1.10，可节约主缆钢丝面积4.43%。

关键词：桥梁工程悬索桥分项系数可靠度概率分布

基于灰度分析的桥梁健康监测系统传感器异常检测

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 111-118页

作者：王宪玉李文奇朱前坤杜永峰兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050 西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心(兰州理工大学) 甘肃兰州730050 甘肃省交通规划勘察设计院股份有限公司甘肃兰州730030

为了能够及时检测出传感器的异常状况,设计了一种基于灰色关联度分析的桥梁健康监测系统传感器异常检测模型.首先,分别对多个应变传感器在正常工作和单传感器异常时采集的数据进行灰色关联度分析,得到表征每一列传感器数据与其余列数据... 详细信息

为了能够及时检测出传感器的异常状况,设计了一种基于灰色关联度分析的桥梁健康监测系统传感器异常检测模型.首先,分别对多个应变传感器在正常工作和单传感器异常时采集的数据进行灰色关联度分析,得到表征每一列传感器数据与其余列数据在序列几何形状上相似程度的最不相关次数序列.通过对比发现无异常和有异常时最不相关次数的分布呈现明显差异,从而验证了此方法的可行性;然后,设计了一种权重计算策略,将最不相关次数序列转化为归一化的值,并将其作为评价指标,以此来量化每一列传感器数据与其他列数据之间的相关程度;最后,通过分析多组应变数据的评价指标,设置了多阈值预警机制,以实现对不同程度的异常情况做出相应的判定.在另一组加速度监测数据上模拟多种异常程度不同的异常状况并进行检测,结果显示整体的异常识别率在90%以上.

关键词：结构健康监测异常检测传感器故障灰色关联度

2022年M s6.8级泸定地震公路震害特征分析

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世界地震工程 2024年第2期40卷 197-207页

作者：朱明李杰赵飞徐益飞李文华四川省交通勘察设计研究院有限公司四川成都610017 交通运输部BIM技术应用行业研发中心四川成都610017 成都理工大学地质灾害防治与地质环境保护国家重点实验室四川成都610059

基于对四川泸定6.8级地震震区的沿线公路地质灾害调查,分析研究了震区公路网的受损特征及分布情况。通过对震区国省干道及县乡村道的调查,共发现公路灾害507处,类型以崩塌和滑坡为主,整体表现出数量大、规模小和成片分布的特点。灾害主... 详细信息

基于对四川泸定6.8级地震震区的沿线公路地质灾害调查,分析研究了震区公路网的受损特征及分布情况。通过对震区国省干道及县乡村道的调查,共发现公路灾害507处,类型以崩塌和滑坡为主,整体表现出数量大、规模小和成片分布的特点。灾害主要分布在大岗山电站库区附近的公路沿线,局部路段存在连续诱发多个崩塌及滑坡灾害群的现象,其中S217线是灾害分布最密集的路段。现场调查发现破坏表现形式以路基受损为主,破坏程度为中度以上的占路基破坏总数的67%,对桥梁和隧道等构筑物影响较小,桥梁及隧道基本上都能保证通行。通过与其他地震诱发的公路震害对比,总结了地形地貌因素对地震诱发公路震害的影响。研究结果有利于地方政府有针对性地开展震区公路沿线的防灾减灾工作。

关键词：公路工程公路灾害泸定地震同震灾害灾情调查