ISSN 2541-7592

НАУЧНЫЙ ЖУРНАЛ
СТРОИТЕЛЬСТВА И АРХИТЕКТУРЫ

Русский 
English 
    
 


Правила написания
и оформления статей

Правила
рецензирования

Памятка рецензента


Публикационная
этика 








Нашли ошибку на сайте?

Сообщите нам:   







 

Архив выпусков

Выпуск 1 (65), 2022


Численное моделирование аэродинамической устойчивости мостов больших пролетов


Козлов А. В., Сафронов В. С.

 

Козлов А. В., канд. техн. наук, ст. преп. кафедры проектирования автомобильных дорог и мостов, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: +7(920)402-32-92, e-mail: kozlov.a.v@inbox.ru

Сафронов В. С., д-р техн. наук, проф. кафедры строительной механики, Воронежский государственный технический университет, Россия, г. Воронеж, тел.: (473) 276-40-06, e-mail: vss22@mail.ru

 
 
Постановка задачи. Целью работы является моделирование методом конечных элементов резонансных колебаний неразрезного балочного пролетного строения моста в направлении, перпендикулярном ветровому потоку. Рассматривается нестандартная ситуация, возникшая 20 мая 2010 года на мосту через реку Волгу в городе Волгограде.
Результаты. Разработан эффективный алгоритм расчета аэродинамической устойчивости большепролетных мостовых сооружений с использованием одного из самых распространенных в России и ближнем зарубежье программных комплексов «ЛИРА-САПР». Даются рекомендации по подбору и моделированию демпферов.
Выводы. Разработанный алгоритм позволяет численно описать возмущающую силу периодического срыва вихрей ветрового потока, вызывающую резонансные колебания пролетных строений мостов, приложить эту силу к расчетной модели в «ЛИРА-САПР» и получить параметры, позволяющие оценить напряженно-деформированное состояние системы при колебаниях и подобрать оптимальные характеристики демпфирующих устройств. 
 
Ключевые слова: аэродинамическая устойчивость мостов, резонанс, «ЛИРА-САПР», демпфирующие устройства.


DOI: 10.36622/VSTU.2022.65.1.011

 

Библиографический список

1. Казакевич, М. И. Аэродинамика мостов. — М.: Транспорт, 1987. — 240 с.
2. Петропавловский, А. А. Вантовые мосты / А. А. Петропавловский, Е. И. Крыльцов, Н. Н. Богданов и др.; под ред. А. А. Петропавловского. — М.: Транспорт, 1985. — 224 с.
3. Саленко, С. Д. Аэродинамические исследования типовых многобалочных конструкций / С. Д. Саленко, Ю. А. Гостеев, А. Д. Обуховский // Теплофизика и аэромеханика. — 2013. — Т. 20, № 4. — С. 451—460.
4. Сафронов, В. С. Экспериментально-расчетный анализ резонансных колебаний сталежелезобетонного пролетного строения автодорожного моста / В. С. Сафронов, А. В. Антипов // Строительная механика и конструкции. — 2012. — № 2 (5). — С. 52—59.
5. Ahmed, N. U. Stability of suspension bridge I: Aerodynamic and structural damping / N. U. Ahmed, H. Harbi // Mathematical Problems in Engineering. — 1998. — № 4, issue 1. — Р. 73—98.
6. Cooper, K. R. Improved blockage corrections for bluff bodies in closed and open wind tunnels / K. R. Cooper, E. Mercker, J. Wiedeman // Wind engineering into the 21st century. — Larose and Livesey (eds), 1999.
7. EN 1994-2:2005 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Part 2: General rules and rules for bridges.
8. Kozlov, V. A. The deflected mode of multi coherent prismatic constructive elements of bridge constructions // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. — 2016. — № 3 (31). — P. 41—50.
9. Kozlov, V. A. Stress and strain of multiply connected prismatic structures, mounted on a skewed cross-section // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. — 2016. — № 2 (30). — P. 17—23.
10. Miyata, T. Historical view of long-span bridge aerodynamics // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. — 2003. — Vol. 91. — Р. 1393—1410.
11. O’Connor, C. Bridge loads. An international perspective / C. O’Connor, P. A. Shaw. — Taylor & Francis Group, 2000. — 330 p.
12. Sato, H. Aerodynamic characteristics of slotted box girders / H. Sato, K. Ogihara // Proceedings of the 28th Joint Meeting of the Panel on Wind and Seismic Effects. — UJNR, 1996.
13. Scanlan, R. H. Aeroelastic analysis of cable-stayed bridges / R. H. Scanlan, N. P. Jones // Journal of Structural Engineering. — 1990. — Vol. 116, № 2. — Р. 279—297.
14. Vezza, M. Application of a discrete vortex method for the analysis of suspension bridge deck sections / M. Vezza, I. Taylor // Journal of Wind and Structure. — 2001. — Vol. 4. — Р. 333—335.
15. Vikas, Arora. Hybrid Viscous-Structural Damping Identification Method / А. Vikas // Vibration Engineering and Technology of Machinery, Mechanisms and Machine Science. — 2015. — Vol. 23. — Р. 209—218.
16. Wilson, E. L. Spatial static and dynamic analysis of structures. Physical approach with a focus on earthquake engineering / E. L. Wilson // Computers and structures. — 2002. — 423 p.
17. https://www.skyscrapercity.com/threads/ВОЛГОГРАД-Волгоградский-мост.1316125.
18. Xiaobing, Liu. Direct simulation method for flutter stability of bridge deck / Liu Xiaobing, Zhengqing, Chenb Zhiwen Liu // The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications (BBAA7), China, 2—6 September 2012. — China, 2012.
19. Yuh-Yi, Lin. Effects of deck shape and oncoming turbulence on bridge aerodynamics / Yuh-Yi Lin, Chii-Ming Cheng, Jong-Cheng Wu, Tsang-Lien Lan and Kuo-Ting Wu // Tamkang Journal of Science and Engineering. — 2005. — Vol. 8, № 1. — Р. 43—56.

 
 

Ссылка для цитирования

Козлов, А. В. Численное моделирование аэродинамической устойчивости мостов больших пролетов / А. В. Козлов, В. С. Сафронов // Научный журнал строительства и архитектуры. - 2022. - № 1 (65). - С. 114-121. - DOI: 10.36622/VSTU.2022.65.1.011.

 
 
 
 

English version 

 

Numerical Simulation of Aerodynamic Stability of Long-Span Bridges

Kozlov A. V., Safronov V. S.
 
 

Kozlov A. V., PhD in Engineering, Senior Lecturer of the Dept. of Design of Highways and Bridges, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: (473) 271-52-02, e-mail: kozlov.a.v@inbox.ru

Safronov V. S., Sc. D. in Engineering, Prof. of the Dept. of Structural Mechanics, Voronezh State Technical University, Russia, Voronezh, tel.: (473) 276-40-06, e-mail: vss22@mail.ru

 
Statement of the problem. The aim of the work is to simulate the resonant vibrations of the continuous beam span of the bridge in the direction perpendicular to the wind flow by the finite element method. The article deals with a non-standard situation that arose on May 20, 2010 on the bridge over the Volga River in the city of Volgograd.
Results. As a result, an effective algorithm for calculating the aerodynamic stability of large-span bridge structures was developed using one of the most widespread software systems in Russia and neighboring countries — «Lira-SAPR». Recommendations for the selection and modeling of dampers are given.
Conclusions. The developed algorithm makes it possible to numerically describe the disturbing force of periodic breakdown of wind flow vortices, which causes resonant oscillations of bridge spans, to apply this force to the design model in «Lira-SAPR», and to obtain parameters that make it possible to assess the stress-strain state of the system during oscillations and to select the optimal characteristics of the damping devices. 
 
Keywords: aerodynamic stability of bridges, resonance, damping devices. 


DOI: 10.36622/VSTU.2022.65.1.011

References

1. Kazakevich, M. I. Aerodinamika mostov. — M.: Transport, 1987. — 240 s.
2. Petropavlovskii, A. A. Vantovye mosty / A. A. Petropavlovskii, E. I. Kryl'tsov, N. N. Bogdanov i dr.; pod red. A. A. Petropavlovskogo. — M.: Transport, 1985. — 224 s.
3. Salenko, S. D. Aerodinamicheskie issledovaniya tipovykh mnogobalochnykh konstruktsii / S. D. Salenko, Yu. A. Gosteev, A. D. Obukhovskii // Teplofizika i aeromekhanika. — 2013. — T. 20, № 4. — S. 451—460.
4. Safronov, V. S. Eksperimental'no-raschetnyi analiz rezonansnykh kolebanii stalezhelezobetonnogo proletnogo stroeniya avtodorozhnogo mosta / V. S. Safronov, A. V. Antipov // Stroitel'naya mekhanika i konstruktsii. — 2012. — № 2 (5). — S. 52—59.
5. Ahmed, N. U. Stability of suspension bridge I: Aerodynamic and structural damping / N. U. Ahmed, H. Harbi // Mathematical Problems in Engineering. — 1998. — № 4, issue 1. — Р. 73—98.
6. Cooper, K. R. Improved blockage corrections for bluff bodies in closed and open wind tunnels / K. R. Cooper, E. Mercker, J. Wiedeman // Wind engineering into the 21st century. — Larose and Livesey (eds), 1999.
7. EN 1994-2:2005 Eurocode 4: Design of composite steel and concrete structures. Part 2: General rules and rules for bridges.
8. Kozlov, V. A. The deflected mode of multi coherent prismatic constructive elements of bridge constructions // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. — 2016. — № 3 (31). — P. 41—50.
9. Kozlov, V. A. Stress and strain of multiply connected prismatic structures, mounted on a skewed cross-section // Scientific Herald of the Voronezh State University of Architecture and Civil Engineering. Construction and Architecture. — 2016. — № 2 (30). — P. 17—23.
10. Miyata, T. Historical view of long-span bridge aerodynamics // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. — 2003. — Vol. 91. — Р. 1393—1410.
11. O’Connor, C. Bridge loads. An international perspective / C. O’Connor, P. A. Shaw. — Taylor & Francis Group, 2000. — 330 p.
12. Sato, H. Aerodynamic characteristics of slotted box girders / H. Sato, K. Ogihara // Proceedings of the 28th Joint Meeting of the Panel on Wind and Seismic Effects. — UJNR, 1996.
13. Scanlan, R. H. Aeroelastic analysis of cable-stayed bridges / R. H. Scanlan, N. P. Jones // Journal of Structural Engineering. — 1990. — Vol. 116, № 2. — Р. 279—297.
14. Vezza, M. Application of a discrete vortex method for the analysis of suspension bridge deck sections / M. Vezza, I. Taylor // Journal of Wind and Structure. — 2001. — Vol. 4. — Р. 333—335.
15. Vikas, Arora. Hybrid Viscous-Structural Damping Identification Method / А. Vikas // Vibration Engineering and Technology of Machinery, Mechanisms and Machine Science. — 2015. — Vol. 23. — Р. 209—218.
16. Wilson, E. L. Spatial static and dynamic analysis of structures. Physical approach with a focus on earthquake engineering / E. L. Wilson // Computers and structures. — 2002. — 423 p.
17. https://www.skyscrapercity.com/threads/ВОЛГОГРАД-Волгоградский-мост.1316125.
18. Xiaobing, Liu. Direct simulation method for flutter stability of bridge deck / Liu Xiaobing, Zhengqing, Chenb Zhiwen Liu // The Seventh International Colloquium on Bluff Body Aerodynamics and Applications (BBAA7), China, 2—6 September 2012. — China, 2012.
19. Yuh-Yi, Lin. Effects of deck shape and oncoming turbulence on bridge aerodynamics / Yuh-Yi Lin, Chii-Ming Cheng, Jong-Cheng Wu, Tsang-Lien Lan and Kuo-Ting Wu // Tamkang Journal of Science and Engineering. — 2005. — Vol. 8, № 1. — Р. 43—56.

 


 
Контакты · Поиск · Карта сайта
Научный вестник ВГАСУ. Строительство и архитектура, все права защищены.
Работает на: Amiro CMS