高速铁路结合梁桥与列车系统振动分析模型

提出了结合梁桥振动计算的冀缘砼板弹性剪切力法的分析模型及结合梁截面特性计算式,导出了结合梁桥刚度矩阵、质量矩阵、经矩阵的计算公式,算出了我国某高速铁路４０ｍ＋０ｍ＋４０ｍ双线连续结合梁桥的自振特性,结果与自由度非常多的板壳元及杆元分析模型很接近,还给出了车桥振动响应部分计算结果。     

考虑滑移效应的钢板-混凝土组合板刚度分析

采用折减刚度法分析了钢板-混凝土组合板在受弯状态下交界面的滑移情况,建立了界面剪力关于剪跨段长度的函数,进而推导了跨中一点加载和两点加载情况下组合板跨中挠度的计算式.此外,将钢板-混凝土组合板看作是底部纵向受拉钢筋锚固在底面的混凝土结构,基于钢筋混凝土梁的抗弯刚度计算式,并采用修正的折减钢板宽度系数法近似考虑钢板与混凝土滑移的影响,得到了组合板抗弯刚度计算式,进而利用材料力学公式进一步计算组合板跨中挠度.将这2种方法的计算结果与4组共9块简支组合板的试验结果进行对比,发现计算结果与试验结果吻合良好,2种方法均可用于计算钢板-混凝土组合板跨中挠度,且第2种方法具有一定的安全储备,方便实际工程的设计应用.     

曲线钢-混凝土结合梁桥的混凝土收缩徐变效应计算

将混凝土的应变分解为瞬时应变、徐变和收缩应变三部分之和,基于CEB-FIP模型提出了模拟收缩徐变的简明本构模型.根据本构模型给出了收缩徐变产生的单元等效结点力增量计算式,并结合迭代法逐步计算原理给出了计算收缩徐变的有限元公式.最后,应用收缩徐变模型和对应的有限元计算理论编制程序计算了曲线钢-混凝土结合梁桥的收缩徐变效应,结果表明收缩徐变对曲线钢-混凝土结合梁桥的内力和变形均有很大的影响.     

连续斜交梁桥地震下碰撞效应分析

从连续斜交梁桥震后普遍的落梁震害和平面旋转现象出发,提出一种带碰撞单元并考虑竖向、水平及扭转刚度的单梁简化模型.以一座3m×30m连续斜交梁桥为工程背景,通过动力特性分析和地震下考虑碰撞效应的非线性时程分析,将简化模型的计算结果与精细化板单元有限元模型的结果进行对比.研究结果表明:该简化模型不仅能较准确地计算结构的动力特性,还能较准确计算斜交梁桥在碰撞下的非线性位移,反应碰撞后桥面的平面旋转现象;碰撞刚度在一定范围内对非线性位移不敏感,可采用主梁轴向刚度为碰撞刚度,但梁端截面最外缘的碰撞单元对非线性位移较敏感,需保证在梁端截面最外缘处设置碰撞单元.     

水轮机整机系统动力特性分析的多级模态综合方法

采用多级模态综合技术并利用结构旋转对称的特点,建立包括转动部件和固定部件在内的水轮机整机系统动力特性分析模型。考虑到油膜特性引起的矩阵不对称性是局部的,将实模态分析与复模态分析结合,仅需对极小规模的非对称矩阵解左右复特征值问题。给出的轴—板架系统复特征值结果与整体计算结果吻合,而计算时间大为节省。大型水轮机包括主轴、顶盖、下机架和上机架的整机系统的动力特性算例中,不仅得到了主轴弯曲振动频率,而且得到了固定部件与主轴耦合振动的频率和振型。算例表明了本文模型不仅理论先进,而且能用于工程实际计算。     

条形装药接触爆炸对金属靶板作用的断裂效应

研究条状爆炸载荷局部作用于金属矩形板的断裂效应 .基于矩形板在局部爆炸脉冲载荷作用下的塑性动力响应 ,提出了断裂临界判据 ,得到了靶板达到临界断裂点时所需的冲量准则 ,并对照条形装药不同位置处的冲量计算式 ,计算出靶板达到不同断裂毁伤等级时所需装药量 ,实验验证结果与理论计算结果吻合较好 .用该结果可对金属靶板的爆炸断裂效应研究或抗爆分析及工程实际运用结果进行有效预测     

钢箱钢纤维混凝土准结合梁桥的空间受力分析

采用拉压等效与抗弯等效方法将钢桥面板与钢纤维混凝土2部分换算为单一材料的板单元,将钢箱钢纤维混凝土准结合梁桥其它部位用饭壳单元或梁单元进行离散处理,由此对该准结合梁桥进行了空间受力计算分析。算例表明,将钢桥面板与钢纤维混凝土两部分换算为单一材料的板单元,其计算结果与实测结果接近。     

弹性地基上正交各向异性板的低速冲击响应

为了研究弹性地基上钢筋混凝土板在冲击荷载作用下的应力及位移特征,文中以弹性地基与正交各向异性板的接触作用为分析模型,采用显式有限元方法建立了弹性地基与四边自由的正交各向异性板冲击作用的分析模型,计算了弹性地基和正交各向异性弹性板的应力场及位移场。数值模拟结果表明:四边自由的正交各向异性板在冲击荷载作用下其底部受拉,顶部受压,其应力分布特征与薄板弯曲的应力分布特征相近,板中最大应力对称出现在距板底中央的1/3处;地基沉降主要出现在与板接触的有限区域内,且发生在距地基表面的0. 0～1. 2 m深度范围内。本文的计算结果可为评估弹性地基及正交各向异性板在冲击荷载作用下的安全性提供计算依据。     

接触爆炸作用下板的塑性变形分析与实验

为了研究接触爆炸作用下板的塑性变形的塑性区范围和最大塑性变形量的计算,利用能量理论处理爆炸荷载作用下的板最大变形量的计算问题,利用固体介质应力波理论分析板塑性变形范围的计算问题.推导出接触爆炸作用下线性硬化材料板的最大变形量计算式和塑性变形范围的计算式.实验验证了接触爆炸作用下板的塑性变形范围和最大塑性变形量的计算公式的可靠性.实验结果和计算分析结果比较吻合.     

横向通风隧道正常运营CO浓度限值计算

基于差分形式的用于计算一定环境CO浓度及暴露时间下人体血液中碳氧血红蛋白饱和度的Coburn-Forster-Kane方程(CFK方程),结合不同形式横向通风隧道CO浓度分布特性,拟合了适用于正常运营工况下CO浓度限值计算式,对于送风型半横向通风隧道给出事故通风CO浓度指示值计算式.计算结果显示全横向通风隧道与送风型半横向通风隧道可采用同一CO浓度限值,排风型半横向通风隧道可采用三倍该CO浓度作为限值.     

斜拉桥动力特性分析

有限元模型对桥梁质量和刚度分布模拟是否准确,直接影响桥梁的动力分析结果.本文对斜拉桥的索、桥塔、主梁等结构的已有建模方法进行了探讨和评述.针对斜拉桥特点,采用三维梁单元、板壳单元、杆单元等建立大桥的有限元空间分析模型,进行结构动力特性分析.将计算结果与实桥脉动测试结果进行比较,结果显示与实测结果相当吻合,进一步验证了模型的有效性,同时也为大桥进一步进行链康监测的研究提供了依据.     

斜拉桥模态试验研究

对斜拉桥进行试验模态分析,对验证设计、建立结构的动力学模型以及桥梁安全运行状态进行评估。采用环境脉动法对仙桃汉江公路大桥进行模态试验分析,取得了该斜拉桥振动的较为正确的模态频率、阻尼及较理想振型,与有限元计算结果基本吻合,从而验证了该模态分析方法的合理性和有限元模型的准确性,也为大桥的进一步研究提供依据。使得大桥长期安全运行的健康监测评估得到实现。     

基于时间元模型的复杂桥梁结构移动荷载识别

为研究桥梁结构在移动车辆荷载反复作用下的疲劳损伤机理，利用有限元法建立复杂桥梁结构模型，同时为提高计算精度，承载主梁单元形函数采用5次Hermitian插值函数，并得到桥梁的离散振型与模态参数；利用归一化的第1类Chebyshev正交多项式作为响应和荷载的时间有限元形函数，基于加权残值法建立了移动荷载识别的时间元模型；为解决荷载识别的不适定性，利用截断奇异值分解的正则化方法由应变和位移响应得到移动荷载的稳定解．数值分析结果表明，该方法能有效地识别复杂结构的移动荷载，识别精度高，抗干扰能力强．     

Finite element model updating of bridge structures based on sensitivity analysis and optimization algorithm

The dynamic characteristics of bridge structures, such as the natural frequencies, mode shapes and model damping ratio, are the basis of structural dynamic computation, seismic analysis, vibration control and structural health condition monitoring. In this paper, a three-dimensional finite-element model is established for a highway bridge over a railway on No.312 National Highway and the ambient test is carried out in site, the dynamic characteristics of the bridge are studied using the finite-element analysis and ambient vibration measurements. Comparison between the theoretical and experimental results shows that the frequency differences of the modes range between 0.44% and 8.77%. If the measurement is more reliable, the finite element model updating is necessary. Thus, a set of design variables is selected based on sensitivity analysis, then the finite element model of the bridge is updated based on optimization algorithm. The results of model updating show that the proposed updating method in this paper is more simple and effective, the updated finite element model can reflect the dynamic characteristics of the bridge better, the analytical results can provide the theoretical basis for damage identification and health condition monitoring of the bridge.     

塔-梁纵向连接方式对多塔自锚式悬索桥抗震性能的影响规律

以福州市某在建的三塔自锚式悬索桥为工程背景,建立三维有限元模型,应用直接积分法进行非线性时程分析,分别研究纵向漂浮体系和约束体系下三塔自锚式悬索桥的抗震性能.计算结果表明:相对纵向漂浮体系而言,纵向约束体系中塔梁纵向约束可以有效地限制主梁的纵向振动,使得索鞍抗滑安全系数较大,边塔及中塔地震变形较小,主梁截面弯矩较小,梁端伸缩缝位移需求也较小.因此,从多塔自锚式悬索桥的抗震安全性角度考虑,建议采用塔-梁纵向约束体系.     

基于静动力测试的多跨预应力连续梁桥承载力评估

建立了基于静动力测试的既有预应力混凝土梁桥的承载力评估方法.该方法主要包括实桥环境振动实验和汽车荷载静载试验、桥梁有限元建模、有限元模型参数修正、模拟汽车荷载的数值加载分析等步骤.利用该方法评估了107国道深圳松岗高架桥九跨预应力连续箱梁桥的承载力,结果表明:该桥边跨满足设计荷载的使用要求,但中跨的承载力严重不足,需要对桥梁结构进行加固.     

九跨预应力混凝土连续梁的环境振动试验与模态分析

介绍了深圳市松岗高架桥———九跨预应力混凝土连续梁桥的现场环境振动试验的概况.利用频域中的峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁模态参数识别;利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,理论计算和实测结果吻合较好.此类测试与分析有助于桥梁的状态评估与维修加固.     

结构参数变化对自锚式悬索桥动力特性的影响

自锚式悬索桥的动力特性主要包括体系的自振频率和主振型,它是自锚式悬索桥动力分析的基础和前提.通过建立空间有限元模型及工程实例,给出了前20阶频率和相应的振型,分别计算了恒载、加劲梁刚度、塔架刚度、矢跨比等结构参数变化对自锚式混凝土悬索桥动力特性的影响,并与相同跨径和结构参数的1座地锚式悬索桥进行了比较,对影响规律做了详细的讨论.     

简支梁桥有载频率研究

为研究简支梁桥的自振特性及车-桥系统的有载频率,首先进行了简支梁自振频率的理论分析,然后采用有限元方法建立了简支梁计算模型,将结果与实测值进行对比,优选出合适的有限元计算方法.将车辆简化为集中质量块,建立了质量块-简支梁系统有限元计算模型.通过软件计算分析,得到桥梁结构的振动模态和不同车辆位置下的有载频率.将有限元分析结果及实测值与简支梁的自振频率比较,从而研究简支梁桥有载频率的变化特点,为实际工程应用提供理论参考.     

斜拉桥扁平钢箱梁的有限混合单元法分析

同时利用六自由度的梁单元和壳单元模拟桥梁中不同位置扁平钢箱梁,根据平截面假定推导了两种单元在交界面上的约束方程,形成混合单元法.通过算例验证了该方法的正确性,它不仅能够计算构件的应力,还可以计算其整体稳定、局部稳定以及局部稳定与整体稳定的相关作用.利用该方法对苏通大桥进行整体受力计算,得到钢箱梁板件的横桥向和顺桥向应力,分析了钢箱梁顶板应力在横桥向的不均匀性.