The cable system is generally considered to be a structural solution to increase the spanning capacity of suspension bridges. In this work, based on the Runyang Bridge over the Yangtze River, three case suspension bridges with different 3D cable systems are designed, structural dynamic characteristics, the aerostatic and aerodynamic stability are investigated numerically by 3D nonlinear aerostatic and aerodynamic analysis, and the cable system favorable to improve the wind-induced instability of long-span suspension bridges is also proposed. The results show that as compared to the example bridge with parallel cable system, the suspension bridge with inward-inclined cable system has greater lateral bending and tensional frequencies, and also better aerodynamic stability; as for the suspension bridge with outward-inclined cable system, it has less lateral bending and tensional frequencies, and but better aerostatic stability; however the suspension bridge is more prone to aerodynamic instability, and therefore considering the whole wind-induced instability, the parallel and inward-inclined cable systems are both favorable for long-span suspension bridges.
Aerostatic instability of a suspension bridge may suddenly appears when the deformed shape of the structure produces an increase in the value of the three components of displacement-dependent wind loads distributed in the structure. This paper investigates the aerostatic stability of suspension bridges using an advanced nonlinear method based on the concept of limit point instability. Particular attention is devoted to aerostatic stability analysis of symmetrical suspension bridges. A long-span symmetrical suspension bridge (Hu Men Bridge) with a main span of 888 m is chosen for analysis. It is found that the initial configuration (symmetry or asymmetry) may affect the instability configuration of structure. A finite element software for the nonlinear aerostatic stability analysis of cable-supported bridges (NASAB) is presented and discussed. The aerostatic failure mechanism of suspension bridges is also explained by tracing aerostatic instability path.
The cable-stayed-suspension hybrid bridge is a cooperative system developed from the traditional cable-stayed and suspension bridges, and takes some advantages of the two bridge systems. It is also becoming a competitive design alternative for some long and super long-span bridges. But due to its great flexibility, the flutter stability plays an important role in the design and construction of this bridge system. Considering the geometric nonlinearity of bridge structures and the effects of nonlinear wind-structure interaction, method and its solution procedure of three-dimensional nonlinear flutter stability analysis are firstly presented. Parametric analyses on the flutter stability of a cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1400 meters are then conducted by nonlinear flutter stability analysis, some design parameters that significantly influence the flutter stability are pointed out, and the favorable structural system of the bridge is also discussed based on the wind stability.
This paper experimentally reports the effect of suspension stability on the thermal conductivity of water-based Au nanofluids. For this purpose, the water-based Au nanofluids are prepared by the one-step method called electro-chemical method with volume fraction of 0.0005%. The thermal conductivity of water-based Au nanofluids is measured from $22^{\circ}C$ to $42^{\circ}C$ using the transient hot wire method. To quantify the suspension stability of Au nanofluids, the suspension stability of nanofluids is evaluated using the in-house developed laser scattering system at a fixed wavelength of 632.8nm with the elapsed time. Based on the experimental results, the both thermal conductivity and suspension stability of water-based Au nanofluids are gradually decreased according to the time. These results experimentally show that the suspension stability of water-based Au nanofluids is the one of the important factor of thermal conductivity.
Bagheri, Mohammad Reza;Mosayebi, Masoud;Mahdian, Asghar;Keshavarzi, Ahmad
Structural Engineering and Mechanics
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제68권5호
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pp.633-638
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2018
One of the important problems in the vehicle design is vehicle handling and stability. Effective parameters which should be considered in the vehicle handling and stability are roll angle, camber angle and scrub radius. In this paper, a planar vehicle model is considered that two right and left suspensions are double wishbone suspension system. For a better analysis of the suspension geometry, a kinestatic model of vehicle is considered which instantaneous kinematic and statics relations are analyzed simultaneously. In this model, suspension geometry is considered completely. In order to optimum design of double wishbones suspension system, a multi-objective genetic algorithm is applied. Three important parameters of suspension including roll angle, camber angle and scrub radius are taken into account as objective functions. Coordinates of suspension hard points are design variables of optimization which optimum values of them, corresponding to each optimum point, are obtained in the optimization process. Pareto solutions for three objective functions are derived. There are important optimum points in these Pareto solutions which each point represents an optimum status in the model. In other words, corresponding to any optimal point, a specific geometric position is determined for the suspension hard points. Each of the obtained points in the Pareto optimization can be selected for a special design purpose by designer to create an optimum condition in the vehicle handling and stability.
In comparison with the common two-tower suspension bridge, due to the lack of effective longitudinal restraint of the center tower, the three-tower suspension bridge becomes a structural system with greater flexibility, and more susceptible to the wind action. By taking a three-tower suspension bridge-the Taizhou Bridge over the Yangtze River with two main spans of 1080 m as example, effects of structural parameters including the cable sag to span ratio, the side to main span ratio, the deck's dead load, the deck's bearing system, longitudinal structural form of the center tower and the cable system on the aerodynamic stability of the bridge are investigated numerically by 3D nonlinear aerodynamic stability analysis, the favorable structural system of three-tower suspension bridge with good wind stability is discussed. The results show that good aerodynamic stability can be obtained for three-tower suspension bridge as the cable sag to span ratio is assumed ranging from 1/10 to 1/11, the central buckle are provided between main cables and the deck at midpoint of main spans, the longitudinal bending stiffness of the center tower is strengthened, and the spatial cable system or double cable system is employed.
By using a computational program of three-dimensional aerostatic and aerodynamic stability analysis of long-span bridges under skew wind, the dynamic characteristics and structural stability(including the aerostatic and aerodynamic stability) of a three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge with main span of 1 400 meters are investigated numerically under skew wind, and the skew wind and aerostatic effects on the aerostatic and aerodynamic stability of three-tower cable-stayedsuspension hybrid bridge are ascertained. The results show that the three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge is a longspan structure with greater flexibility, and it is more susceptible to the wind action. The aerostatic instability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges is characterized by the coupling of vertical bending and torsion of the girder, and the skew wind does not affect the aerostatic instability mode. The skew wind has positive or negative effects on the aerostatic stability of the bridge, the influence is between -5.38% and 4.64%, and in most cases, it reduces the aerostatic stability of the bridge. With the increase of wind yaw angle, the critical wind speed of aerostatic instability does not vary as the cosine rule as proposed by the skew wind decomposition method, the skew wind decomposition method may overestimate the aerostatic stability, and the maximum overestimation is 16.7%. The flutter critical wind speed fluctuates with the increase of wind yaw angle, and it may reach to the minimum value under the skew wind. The skew wind has limited effect on the aerodynamic stability of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridge, however the aerostatic effect significantly reduces the aerodynamic stability of the bridge under skew wind, the reduction is between 3.66% and 21.86%, with an overall average drop of 11.59%. The combined effect of skew and static winds further reduces the critical flutter wind speed, the decrease is between 7.91% and 19.37%, with an overall average decrease of 11.85%. Therefore, the effects of skew and static winds must be comprehensively considered in the aerostatic and aerodynamic stability analysis of three-tower cable-stayed-suspension hybrid bridges.
By using the nonlinear aerostatic stability theory together with the method of mean wind decomposition, a method for nonlinear aerostatic stability analysis is proposed for long-span suspension bridges under yaw wind. A corresponding program is developed considering static wind load nonlinearity and structural nonlinearity. Taking a suspension bridge with three towers and double main spans as an example, the full range aerostatic instability is analyzed under wind at different attack angles and yaw angles. The results indicate that the lowest critical wind speed of aerostatic instability is gained when the initial yaw angle is greater than $0^{\circ}$, which suggests that perhaps yaw wind poses a disadvantage to the aerostatic stability of a long span suspension bridge. The results also show that the main span in upstream goes into instability first, and the reason for this phenomenon is discussed.
To ensure the flutter stability of three-tower suspension bridges under skew wind, by using the computational procedure of 3D refined flutter analysis of long-span bridges under skew wind, in which structural nonlinearity, the static wind action(also known as the aerostatic effect) and the full-mode coupling effect etc., are fully considered, the flutter stability of a three-tower suspension bridge-the Taizhou Bridge over the Yangtze River in completion and during the deck erection is numerically investigated under the constant uniform skew wind, and the influences of skew wind and aerostatic effects on the flutter stability of the bridge under the service and construction conditions are assessed. The results show that the flutter critical wind speeds of three-tower suspension bridge under service and construction conditions fluctuate with the increase of wind yaw angle instead of a monotonous cosine rule as the decomposition method proposed, and reach the minimum mostly in the case of skew wind. Both the skew wind and aerostatic effects significantly reduce the flutter stability of three-tower suspension bridge under the service and construction conditions, and the combined skew wind and aerostatic effects further deteriorate the flutter stability. Both the skew wind and aerostatic effects do not change the evolution of flutter stability of the bridge during the deck erection, and compared to the service condition, they lead to a greater decrease of flutter critical wind speed of the bridge during deck erection, and the influence of the combined skew wind and aerostatic effects is more prominent. Therefore, the skew wind and aerostatic effects must be considered accurately in the flutter analysis of three-tower suspension bridges.
This paper describes the variation of the critical speed of an urban railway vehicle according to the change of suspension characteristics. Suspensions of a railway vehicle are composed of primary and secondary suspensions. Generally, main focus of the stability analysis has been the primary suspension. However, secondary suspension has large effects on the stability as well as the ride quality of a vehicle. In this paper, stability of an urban railway vehicle is discussed in relation to the variation of characteristics of both primary and secondary suspension. For this, modal analysis is carried out using a linear dynamic model of a half vehicle and a polynomial fit for Kalker's creep coefficients. Stability along with change of the effective conicity of a wheel is also investigated.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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