斜拉桥面内竖向固有振动模型及特性影响的有限差分分析

为研究精确且方便的斜拉桥面内竖向模态频率及振型计算方法,建立了用于模拟斜拉桥面内竖向固有振动行为的主梁集中质量参数体系动力学模型. 该模型考虑了拉索对主梁的竖向弹性支承作用及对主梁不同截面的水平索力投影,通过引入微梁段两侧剪力以模拟主梁弯曲刚度、拉索间运动耦合作用. 基于微梁段间的弯矩平衡和有限差分法,得到了不同体系斜拉桥面内竖向固有振动的频率方程和振型函数,编制了求解程序. 通过分别代入相关研究中算例参数、某斜拉桥参数并对比模态参数理论计算结果、实测频率值,验证了本文建模方法及公式的精确度、适用性. 参数分析结果表明：斜拉桥低阶面内竖向频率受主梁轴力影响较大,轴力增大后会发生低阶频率的跃迁现象;发生断索对各阶频率值的影响效应与拉索锚固处主梁质点的对应阶次振型参与系数相关.     

考虑不同荷载组合的人行天桥力学性能分析

人行天桥作为城市道路通行的工程设施,分析其力学特性对于保证行人安全至关重要.以2跨人行天桥连续钢箱梁为例,采用有限元Midas/civil软件对考虑了主梁自重、二期恒载、人群荷载、风荷载、温度荷载和天桥顶棚传递荷载等6种工况组合下人行天桥力学性能进行了分析,对钢箱梁最大主应力、最大剪应力、钢箱梁变形以及自振频率进行了验算.研究表明:在各种荷载组合下,钢箱梁最大主应力和剪应力均满足规范要求;顶板和腹板最大竖向位移为-6.29 mm,底板最大竖向位移为-6.25 mm;荷载组合a时钢箱梁最大竖向位移为-6.31 mm,且该天桥钢箱梁跨中、3.5 m悬臂端以及4 m悬臂端竖向挠度均满足要求;该天桥一阶振型为反对称竖弯,自振频率为5.614 Hz,二阶振型为对称竖弯,自振频率为8.255 Hz,自振频率满足规范要求.     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

超长斜拉索的参数振动

研究了斜拉桥中拉索的参数振动,利用三维有限元模型计算了苏通大桥的全桥动力特性和单根拉索的动力特性,得出了可能发生参数振动的拉索;分析参数振动时,取单根索模型(索端受随时间变化的位移激励);计算了在同一激励下不同拉索的响应;对与主梁成一定频率匹配关系的斜拉索进行分析;讨论了各种因素(阻尼、激励幅值、激励频率)对参数振动的影响;指出在一定条件下,拉索可能由于桥面振动的激发而发生参数振动,对桥梁的安全性带来不利影响.在大跨桥梁中,由于拉索和主梁的低频特性,非常有可能发生参数振动.这意味着在大跨斜拉桥设计中出现一个新的研究趋势.     

考虑索-梁耦合的斜拉索2∶1参激共振分析与数值模拟

针对斜拉桥拉索与桥面耦合振动的参激共振问题,区别于弹簧-质量块、拉索-质量块等参激共振模型,建立了索-梁耦合的参激共振模型,推导了无量纲参激共振微分方程组,利用多尺度近似求解方法对系统的参激共振特性进行探讨,并以实际斜拉桥工程中的拉索为研究对象,利用四阶龙格-库塔方法进行了多种工况下的数值模拟分析.研究表明:当耦合系统发生2∶1参激共振时,系统响应对拉索初始位移条件的反应不敏感,而是随着桥面梁端部竖向初始位移的增加而增大,但幅频特性曲线一般为单峰平稳,仅在桥面梁位移激励幅值较大时出现毛刺现象,说明拉索此时发生三维空间振动;特别是当桥面梁端部的位移激励幅值为10-6m量级甚至更小时,仍然能够激起拉索的大幅"拍"振,说明索-梁耦合系统的启动阈值很低,参激共振控制问题不容忽视.     

习营钢管混凝土拱桥动力特性分析

基于有限元方法,以ANSYS为平台建立了南阳淅川段习营下承式钢管混凝土拱桥三维有限元模型,采用子空间迭代法求解桥梁的自振频率和振型,并结合桥面振动实测频率,验证了桥梁模型的准确性.计算结果显示,桥梁1阶竖向振动频率的实测值与理论值接近,模型精度较高.拱桥第1阶振型为拱肋横向弯曲,第2、3阶振型均为桥面系竖向弯曲.低阶振型主要以拱肋的横向振动或桥面系的竖向弯曲为主,说明该桥拱肋横向刚度明显小于竖向刚度,桥面系横向刚度远大于竖向刚度,体现了下承式钢管混凝土拱桥的动力性能特征.计算结果为结构性能评估与抗震设计提供了依据.     

高墩大跨连续刚构桥静动载试验

目的评价高墩大跨连续刚构桥在试验荷载作用下的承载能力与工作性能,为此类桥型的设计施工和运营养护提供参考.方法以云南省沾益至会泽高速公路牛栏江大桥为工程背景,荷载试验包括静载试验、动载试验,分别测试静载工况下各控制截面的应力状态和整体挠度,动载工况下桥梁的动态响应和振动模态参数.结果截面各测点的实测应力值、挠度值均小于理论计算值,桥梁的实际状况要好于理论情况.部分截面均出现了残余变形,相对残余变形小于20%.桥梁在无障碍行车工况下冲击系数在0.10～0.14;有障碍行车工况下冲击系数在0.20～0.29,说明桥面不平整时冲击效应较为明显.竖向一阶振动频率大于横向一阶振动频率,说明该桥竖向刚度强于横向刚度;同时该桥自振频率试验值均大于计算值.结论桥梁结构的整体刚度满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)的规定.桥梁结构承载力及变形满足公路一级设计荷载正常使用要求.     

基于一阶优化算法的钢-混组合梁恒载索力优化

为获得大跨径钢-混组合斜拉桥最优索力,利用一阶优化算法进行钢混索力优化,以主梁各节点竖向位移平方和为目标函数,各拉索的初始索力作为设计变量,并引入限定拉索应变上下限的罚函数,以保证拉索应力分布较为集中.优化中调用Ansys求解计算梯度,并采用一维线性搜索进行寻优,从而获得最优索力.并与零位移法、最小弯曲应变能法优化结果进行对比,结果表明:该优化方法对主梁线形、梁塔内力分布、拉索应力状态均有着非常好的优化效果.     

鄂东大桥施工参数敏感性分析

以鄂东长江大桥主桥(双塔混合梁斜拉桥)为工程背景,基于有限元分析理论,运用有限元软件NLABS建立有限元模型,分析主梁自重、拉索线密度、拉索弹模、主梁弹性模量、混凝土主塔弹性模量和索梁温差等多个参数对结构内力、线形的影响及其变化规律,目的在于掌握参数变化时成桥结构内力及线形的变化范围是否危及结构安全.计算结果表明,拉索弹模、索梁温差、钢箱梁梁段重量对结构内力和线形影响显著,其他因素次之.     

车致桥梁振动与黏滞阻尼器参数

目前国内外已通车运营的大跨度悬索桥,在车辆荷载作用下普遍存在因主梁纵向累计位移过大而引起的伸缩缝和支座提前破坏现象。针对该问题,通过在主梁纵桥向设置黏滞阻尼器,并采用非线性时程分析方法对结构进行动力响应分析,研究了阻尼器对车辆荷载引起的纵向振动响应的控制效果及阻尼器参数变化对控制效果的影响规律。结果表明：设置恰当参数的黏滞阻尼器,可以有效抑制悬索桥在车辆荷载作用下的振动响应;主梁梁端最大位移、梁端累计位移和1/4跨处的竖向最大位移随阻尼器参数变化的规律具有一致性。最后,对大跨度悬索桥黏滞阻尼器参数的选用问题进行总结,建议先以车辆荷载作用下的主梁纵向振动位移和阻尼器工作功率为优化目标,再根据地震响应的控制效果确定最优参数。这样既能保证黏滞阻尼器具有足够的安全储备,又能同时实现对地震及车辆荷载的控制。     

斜拉桥塔-索-桥面连续耦合振动模型及其影响因素分析

针对端部激励下大跨度斜拉桥主塔、拉索与桥面梁协同振动问题,考虑拉索的初始垂度、倾角、阻尼及拉索重力弦向分力影响,引入拉索的高精度抛物线形,建立桥塔-拉索-桥面连续耦合非线性振动精细化模型,推导结构系统在桥面和索塔激励作用下的非线性振动方程,研究塔-索-桥面梁结构系统面内振动特性,并编制程序分析桥面与拉索频率比、桥面激励幅值、索力、拉索阻尼及拉索倾角对拉索振动特性的影响规律。结果表明:桥面梁与拉索频率比是系统发生大幅振动的直接诱因,其频率比为有理数时,系统将发生大幅振动,频率比接近2时将激发大幅主参数共振;桥面激励幅值和索力对拉索振动特性影响较大,拉索振幅随桥面激励幅值的增加呈非线性增加,随索力的增加呈先急剧减小,后趋于稳定;索的振幅随拉索阻尼增加而减小,但是减小幅度有限;实际工程中,拉索倾角对斜拉索振动影响较小。     

桥塔纵向作用下悬索桥主缆的非线性参数振动

研究特大悬索桥施工过程中主缆非线性参数振动问题.综合考虑主缆垂度、大变形引起的几何非线性等因素,将桥塔塔顶振动考虑为主缆的参数激励项,利用Newton定律建立的主缆参数振动控制方程,运用Galerkin和多尺度方法对主缆参数振动进行了理论分析,以某悬索桥中的主缆为例,运用有限元程序计算了桥塔的前20阶频率,通过桥塔与主缆的第一阶面内频率匹配,0号桥塔的第11,13阶振动及3号桥塔的第4阶振动激发主缆参数振动的可能性最大,数值分析了主缆发生参数振动时的位移时间历程和索力变化规律.研究结果表明,当桥塔的局部振动频率约为主缆振动频率的2倍左右时,主缆容易发生参数振动,发生参数振动时,位移响应显著,缆索张力增量很小.     

悬浮隧道管体运动对锚索涡激振动的影响规律

根据锚索式悬浮隧道的运动特性,假设锚索是两端铰接的非线性梁模型,并将管体运动简化为两自由度的质点运动,将其视作一种参数激励。考虑锚索长期处于海流环境下,其顺流向涡激力和管体横荡运动方向一致,锚索的运动响应可能会产生明显变化。建立锚索的非线性顺流向涡激振动方程,并通过Galerkin方法和Runge-Kutta方法对该方程进行求解,选取典型悬浮隧道的结构进行数值分析,结果表明：在锚索前三阶模态中,相比于一阶模态幅值,二阶和三阶模态幅值是一个很小的量,可以忽略不计;参数激励可以使锚索更快进入稳定状态,且对振动幅值的增加有显著影响;参数激励对顺流向涡激振动的影响程度与锚索顶端的端部激励幅值和频率有关。     

基于结构参数变化对结合梁自锚式悬索桥动力特性的分析

借助Midas/Civil建立合理动力全桥模型,结合梁自锚式悬索桥自振特性规律,虚设一座相同参数的地锚式进行比较,探讨恒载集度、主梁刚度、桥塔刚度、主缆抗拉刚度、吊索抗拉刚度等主要参数对结合梁自锚式悬索桥固有频率的影响。研究表明:在狭窄的频率范围内,振型较为集中,且前几阶振型以主梁振动为主;恒载倍率增加对一阶振型频率均有减小作用,主梁竖向刚度增加对一阶竖弯振型影响较大,桥塔纵向刚度增加使纵漂频率显著增加,主缆抗拉刚度倍率增大使主梁扭转振型频率增加显著,吊索抗拉刚度倍率增大对一阶振型频率影响很小。     

带垂度水平索-桥耦合面内参数振动

考虑拉索垂度,建立了水平索-桥系统的面内参数振动运动方程.采用分离变量法描述拉索的横向位移,并取拉索的前两阶模态,用Galerkin方法得到拉索二阶广义坐标运动方程;同时,建立桥面等效质量块的运动微分方程.在此基础上,采用多尺度方法,导出了运动方程的理论解.以南京长江二桥A20拉索为研究对象对拉索响应进行了数值求解,分析了主要参数对拉索响应的影响,并对理论解进行了验证.     

水平井完井管柱振动特性实验研究

为探索气体作用下完井管柱振动响应机理，开展了水平井完井管柱在开井工况下振动相似实验。实验采用PE管模拟完井管柱油管，采用透明的亚克力管模拟完井套管，并采用Froude相似准则进行尺寸缩放；基于应变片测试技术采集气体作用下完井管柱油管在水平和垂直方向的振动，并采用模态分析法分析了管柱应变、位移响应及振动模态。通过有限元分析管柱固有频率并与实验振动频率对比发现，管柱振动频率接近三阶固有频率，且会发生共振；实验管柱系统在弯曲段响应应力、位移量较大，振动较为剧烈；管柱在水平方向与垂直方向振动频率与模态一致，水平方向振动剧烈。     

单向张弦梁结构风振系数的研究

针对大跨网架屋盖风致振动问题,采用时程分析方法,在有限元建模的基础上,采用改进的线性回归滤波器法进行脉动风荷载模拟,应用所得的数据,对广州国际会展中心单向空问张弦梁屋盖结构的位移风振系数和内力风振系数进行了研究,得到了一些张弦梁结构位移风振系数和内力风振系数的变化规律.     

基于等效刚度的输电杆塔简化方法研究

本文提出了一种基于等效刚度的输电线路杆塔简化等效方法,并利用算例验证了该方法的正确性。基于ABAQUS有限元软件,采用本文提出的简化等效方法、精细化杆梁混合模型以及传统固定约束等效方法分别模拟研究了典型大刚度直线塔和小刚度耐张塔在舞动条件下的动态响应。模拟结果表明：对于刚度较大的输电杆塔,三种等效方法模拟得到的舞动垂直位移、水平位移、扭转角度和振动频率结果十分接近,误差不超过3.3%;而对于刚度较小的输电杆塔,本文提出的等效方法与精细化杆梁混合模型研究获得舞动幅值、振动频率同样十分接近,最大误差不超过10%,而传统的固定约束方法的扭转角度最大误差达到60.58%。因此,本文提出的等效刚度方法能准确有效反映出杆塔对导线振动特征的影响,可用于各种动载条件下导线动态响应特征的快速简化研究。     

索-混凝土组合梁结构自振特性

针对索-混凝土组合梁这一新型结构体系,应用ANSYS有限元软件进行自振特性分析,求出结构的自振频率及相应的振型。而后对索—混凝土组合梁结构的各项参数（包括索截面面积、索初始应变、梁跨度、刚性杆高度）进行了分析,研究其对结构自振特性的影响。研究发现：索—混凝土组合梁结构较柔,刚度偏弱,基频较小;索截面面积对结构自振特性影响不大;索初始应力主要影响结构的前几阶振型;随着梁跨度的增大,结构的频率明显减小,结构变柔,刚度变小;刚性杆的高度主要影响结构的前几阶振型,在实际工程应用中,刚性杆的高度以0.5～0.7 m为宜。     

不同吊杆形式下人行悬索桥的力学性能分析

为了研究吊杆形式对人行悬索桥力学性能的影响,以某人行悬索桥为工程背景,采用Midas/Civil软件分别建立竖直吊杆和倾斜吊杆2种形式下的人行悬索桥有限元模型,进行合理成桥状态的找形计算,并对2种模型的静、动力性能进行分析.结果表明:1)竖直吊杆模型内部吊杆内力大小均匀,影响线均为正值,倾斜吊杆模型内部外倾吊杆内力大于...