虚拟激励法在香港青马悬索桥抖振分析中的应用(英)

青马悬索桥是香港新机场建设的中心工程,它对将新机场与香港岛和九龙的繁华商业区相连接起着关键作用．表述了一个全新的抖振分析方法,并利用这种方法对青马桥的抖振响应作了全面的研究．有限元理论和随机振动虚拟激励法相结合是新方法的主要特点．这种方法可以考虑振型间的耦合、结构不同部分间的相互作用、风场的非均匀性以及非均匀的结构性质等多种因素;同时由于使用了虚拟激励法使计算量降低到适合于常规工程分析的水平．这种抖振分析方法是通用的,可以推广到类似问题的求解．最后给出了青马桥的抖振分析结果并与传统方法进行了比较．     

斜拉桥抖振响应中的背景分量的影响

Ｓｃａｎｌａｎ方法是目前进行大跨桥梁抖振分析的常用方法，该方法认主抖振响应主要由振共响应构成，而背景响应可以忽略，文中以杨浦大桥竖向弯曲抖振为例，详细分析了风速，频率，阻尼，气动系数，桥型等因素对抖振背景分量在总抖振响应中所占比例的影响。结果可供对依据Ｓｃｎａｌａｎ方法或抖振反应谱方法计算得到的共振响应进行修正时参考。     

大跨度桥梁耦合抖振正交组合分析方法的应用

结合耦合抖振分析有限元完全正交组合（CQC）方法，编制了大跨度桥梁结构三维抖振分析模块，并选择薄平板截面简支梁结构的耦合抖振问题作为算例进行验证，从分析中发现，此方法的分析结果与Scanlan方法的结果相当吻合，还对主跨跨度1385m的江阴长江大桥的耦合抖振问题进行了分析和研究。分析结果表明，振动模态的气动耦合对系统复模态的阻尼比有较大的影响，在大跨度悬索桥中，对于主梁的竖向和扭转位移抖振响应多模态效应和模态耦合效应非常显著，在高风速区传统的SRSS方法将低估这些抖振响应。广义抖振力的交叉功率谱密度对大跨度桥梁结构耦合抖振响应的作用不可忽略。此外，对江阴悬索桥来说，在设计风速下纵向和竖向脉动风速的交叉风谱对结构抖振响应有明显的影响，在以后研究分析中应该给予重视。     

被动调制阻尼器对斜拉桥弯扭耦合抖振的控制分析

基于Ｒ．Ｈ．Ｓｃａｎｌａｎ教授的斜拉桥风致抖振分析理论，作者导出了调质阻尼器（ＴＭＤ）作用下斜拉桥弯扭耦合抖振响应的计算公式。经过大量的数据处理，给出了ＴＭＤ参数的优化公式。并以美国的ＢａｙｔｏｗｎＢｒｉｄｇｅ为例，对该桥有无ＴＭＤ情况下的抖振响应作了对比分析，结果表明，被动ＴＭＤ对该桥的抖振具有较好的抑制效果。     

大跨度桥梁耦合抖振的TMD控制

文章推导了装有TMD的结构在考虑气动自激力以及抖振力作用下的动力微分方程;为了提高计算效率使用基于模态空间中虚拟激励分析手段,在对原始的桥梁结构进行耦合抖振分析后,对安装了TMD的桥梁-TMD系统进行耦合抖振分析,以抑制抖振响应;对某在建的跨江三塔悬索桥进行了原结构耦合抖振分析和TMD-结构耦合抖振分析,探讨了TMD控制参数对抑制大跨度桥梁抖振响应的影响。     

大跨桥梁侧向抖振加速度和抖振惯性荷载

在自然风的作用下桥梁主梁所受到的风荷载一般可分为平均风荷载、背景脉动荷载和抖振惯性荷载三部分来描述,其中抖振惯性荷载可由桥梁抖振加速度得到.根据Ｓｃａｎｌａｎ的颤抖振理论并引入气动导纳的影响,导出了大跨桥梁侧向抖振加速度的简化计算公式,并给出了桥梁抖振惯性荷载的计算公式.对抖振加速度和抖振惯性荷载进行了参数分析,最后给出了数值算例.分析结果表明,给出的进化计算公式具有较好的精度,可适用于设计初步阶段对桥梁的抖振加速度和风荷载的估算大跨桥梁侧向抖振加速度和抖振惯性荷载@刘志刚@陈艾荣@项海帆     

杭州湾跨海大桥风载内力试验及计算方法

介绍了杭州湾跨海大桥全桥气弹模型风洞试验中静风和抖振内力测量方法，探讨了斜拉桥静风内力的计算方法，采用考虑桥塔风效应的抖振时域分析方法计算出大跨斜拉桥的抖振内力，静风响应分析采用风洞实测平均风速剖面指数，抖振响应分析也采用风洞实测的紊流风速谱和空间相关性，并分别与风洞试验结果进行了对比．计算值与试验值吻合较好．分析比较结果表明，斜拉索的风荷载计算模式对静风内力影响较大，考虑桥塔风效应将会显著增加桥塔的横向抖振内力．     

大跨桥梁侧向抖振加速度和抖振惯性荷载

在自然风的作用下桥梁主梁所受到的风荷载一般可分为平均风荷载、背景脉动荷载和抖振惯性荷载三部分来描述,其中抖振惯性荷载可由桥梁抖振加速度得到,根据Scanlan的颤抖振理论并引入气动导纳的影响,导出了大跨桥梁侧向抖振加速度的简化计算公式,并给出抖振惯性荷载的计算公式,抖振加速度和抖振惯性荷载进行参数分析,最后给出了数值算例,分析结果表明：给出的简化计算公式具有较好的精度,可适用于设计初步阶段对桥梁的抖振加速度和风荷载的估算。     

基于CFD手段对民用飞机抖振特性的判定

本文介绍了抖振起始边界判定的常用方法，并采用数值计算分析了某民用飞机带通气短舱和动力短舱模型的高速抖振边界。经分析，观察极限流线和激波位置移动的方法可较精确地给出高速抖振起始升力系数。     

台风环境大跨度廊桥非平稳抖振分析及舒适度评估

以东南沿海某大跨度廊桥为工程背景,建立了风振分析有限元模型.基于台风湍流演变谱模型,对台风非平稳湍流场进行模拟与验证,开展台风环境下大跨度廊桥非平稳抖振分析及舒适度评估,并与相同平均风速下基于平稳湍流谱获得的抖振分析结果进行对比.结果表明,在时变平均风较大时段内,非平稳风速幅值明显增强,相应的非平稳抖振加速度高于平稳抖振结果.平稳与非平稳抖振竖向峰值大于横向抖振峰值,竖向与横向抖振峰值均在规范规定的最佳舒适度限值内,而非平稳抖振峰值较平稳抖振峰值更加接近规范舒适度限值.因此,考虑台风湍流非平稳特性开展大跨度廊桥抗风设计更加安全合理.     

大跨径桥梁非平稳抖振响应过程数值模拟方法研究

大跨度桥梁的抖振频率与跨度场景的风场变量因素有关。为了更加准确地获得大跨度桥梁抖振特征,需要对其抖振响应过程进行分析。但是,由于桥梁所处场景的风场环境不同,想要采集多组桥梁的抖振响应数据十分困难。结合桥梁抖振响应的非平稳性,结合多种风场场景模拟结果分析桥梁抖振响应过程,因此提出大跨径桥梁非平稳抖振响应过程数值模拟方法。首先对大跨度桥梁风场数据进行分析计算,获得风场特征函数量,在风场变量模拟场景下,对大跨度桥梁非平稳抖振响应过程相关量进行计算,实现对大跨度桥梁非平稳抖振响应过程数值的全场景模拟。通过选取实体桥梁数据来对提出方法的准确性进行论证,通过数据拟态还原方法分别对桥梁的风场模拟数据、跨度位移数据以及抖振数据三方面进行数据对比分析,通过与实际数据进行对比,得出提出方法具有准确性、可行性的实验结论。     

大跨度桥梁抖振响应的空间非线性时程分析法

通常的桥梁抖振分析借助于频域内的反应谱方法，因而局限于线性范围．近年来大跨度桥梁不断兴建，有必要在其风致抖振响应分析中计入结构几何非线性和有效攻角的影响．文中提出了一个桥梁抖振响应的非线性时程分析法．脉动风诱发的抖振力由计算机模拟为多个互相关的随机过程，自激力则表达为桥面运动和脉冲响应函数的卷积形式．在Ｎｅｗｍａｒｋ－β逐步积分算法中，考虑了结构的大变位以及瞬时有效攻角的变化．应用文中方法计算了两座悬索桥的抖振响应时程，并与风洞试验结果进行了对比．     

对大跨度桥梁非线性颤振的研究

本文首先改进了模拟随机凤场的谐波合成法，提高了模拟的效率。然后实现了时域中耦合自激力的计算，从而在时域中实现了比较完善的风荷载计算。利用这样的风荷载，在时域中统一了抖振和颤振的分析方法。在时域中实现了耦合颤抖振和颤振分析。根据这一方法，运用可乐视化编程技术，编制了大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析的有限元程序Nbuffet，并对程序进行了验证。非线性情况下的颤振和抖振分析是目前桥梁风工程研究的热点之一。     

基于实测与规范风谱的三塔悬索桥抖振性能对比

为了描述三塔悬索桥抖振性能,采用实测与规范风谱进行了抖振对比研究.基于润扬、苏通桥址区多次台风现场实测数据及结构健康监测系统数据库的数据资料,采用非线性最小二乘法获得桥址区实测强风风谱模型——实测谱.以世界第一大跨度三塔悬索桥主跨1 080 m的泰州大桥为工程背景,分别采用规范谱和实测风谱为目标谱模拟了桥址区的三维脉动风场,据此开展了基于ANSYS的三塔悬索桥抖振响应对比研究.结果表明:2种主梁抖振位移PSD曲线基本一致,各方向的第一阶振型对主梁抖振响应的贡献最大;泰州大桥主梁沿跨度方向侧向抖振位移RMS分布与两塔悬索桥基本一致,竖向与扭转抖振位移RMS分布表现出了其独有特点;采用实测谱的主梁抖振响应略小,规范谱偏于保守.研究结果可用于该桥的风致抖振分析,同时可对其他同类型桥梁的抗风设计提供重要参考.     

Que石斜拉桥抖振响应及风载内力分析

对汕头Ｑｕｅ石桥成桥状态、施工最箍单悬臂和最长双悬臂状态进行了动力特性计算、抖振响应计算和风载内力分析计算等，给出了相应的抖振响应位移和风载内力计算结果。     

考虑全桥耦合的大跨斜拉桥抖振内力分析

同时考虑作用在斜拉桥主梁、索塔以及斜拉索上的气弹自激力、抖振力和各构件相互之间以及各阶模态之间的耦合效应，基于随机振动的高效算法——虚拟激励法，给出了直接应用随机振动方法计算大跨斜拉桥抖振内力响应的分析过程，以某大跨斜拉桥为例进行了多工况抖振内力分析，结果表明：作用在索塔以及斜拉索上的气弹自激力和抖振力使结构与侧向运动有关的内力普遍增大；高阶模态的参与可能使结构各方向的内力显著增大，因此必须确保足够数量的参振模态。     

一种基于状态边界层的滑模控制器设计

在滑模控制理论中，减少控制信号抖振一直是研究的热点问题之一。最常用的使用边界层控制的方法会因边界层宽度的不同选择产生不同的结果，或者减少控制信号的抖振，或者降低控制精度。本文提出了基于状态边界层的滑模控制器的设计构想，即用状态的模来调整边界层的宽度。仿真结果表明，这种方法能有效地消除控制信号的抖振，同时兼顾了控制精度。     

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.     

斜拉桥抖振时域分析实用方法

基于模态综合理论提出一种斜拉桥抖振时域分析实用方法.在桥梁随机风场数值模拟的基础上,建立斜拉桥时域抖振分析计算模型.该方法简化了自激力时域化过程,并在计算中考虑了气动刚度、气动阻尼和气动耦合作用对结构响应的影响,提高了斜拉桥抖振时域分析的效率.通过对一座大跨斜拉桥的抖振时域分析,验证方法的正确性和可行性.     

基于模糊神经滑模观测器的永磁同步电机无传感器控制

为了解决传统滑模观测器的抖振问题,提出了一种用于永磁同步电机的模糊神经滑模观测器。分析了滑模增益对抖振的影响,并采用模糊神经网络动态调整滑模增益以改善抖振,利用李雅普诺夫函数证明了模糊神经网络观测器的稳定性。利用锁相环方法提取转子位置与速度信息,减小由高频噪声引起的误差。仿真结果表明:改进后的滑模观测器能够对永磁同步电机转子位置进行精确辨识,有效地抑制了抖振,实现了高性能的永磁同步电机无传感器控制。