斜拉索在随机风-车-覆冰联合作用下的疲劳可靠度分析

为了分析随机风-车荷载及覆冰联合作用下的斜拉索的疲劳可靠度,以武汉天兴洲长江大桥为工程背景进行研究。首先,根据Monte Carlo法组成随机车队,模拟随机车辆荷载谱,将车辆模型转化为节点动力荷载输入斜拉桥模型中,通过谐波叠加法生成风速时程,将风荷载引起的静风力、抖振力、气动自激力施加到斜拉桥模型中;然后,依据横风向驰振理论,考虑扇形索覆冰引起的自激振动影响,采用Fluent软件模拟拉索在覆冰状态下的升力系数,求出30°风攻角下的升力并施加到拉索上,将拉索计算出的时程力施加到对应的主梁模拟点上;最后,基于累积损伤理论,分别对斜拉桥在单一车荷载、风-车荷载联合作用及风-车-覆冰联合作用下拉索的疲劳可靠度进行分析,得到拉索的疲劳可靠度指标。研究结果表明:风-车荷载联合作用下拉索的疲劳可靠度指标明显低于单一随机车荷载作用下的疲劳可靠度指标,最短索的疲劳可靠度指标降低了约21%;覆冰会降低拉索的疲劳可靠度指标,但其降低幅度不大,考虑到覆冰作用引起的最大索力大于其他2种工况的最大索力,其影响不能忽略;风荷载对拉索的疲劳可靠度影响显著,且随着拉索长度增大,影响也逐渐增大。该方法主要是将荷载以节点动力荷载的形式施加到桥面模拟点上,因此该方法同样适用于其他桥梁的疲劳可靠度分析。     

大跨度中承式拱桥的耦合频域抖振分析

大跨度中承式拱桥的主拱风荷载相互干扰,其抖振响应具有多模态耦合的特点.文中基于结构的固有模态坐标,考虑风速沿主拱高度的变化,推导了拱桥结构的节点等效气动抖振力公式.同时,考虑作用于主拱的干扰风谱、风载的空间相干性及主桥与主拱的多模态耦合效应,进行了大跨度中承式拱桥的耦合频域抖振有限元分析.最后以重庆菜园坝长江大桥为例,计算了桥梁结构节点位移和单元脉动内力的功率谱密度和方差响应.分析表明,高阶模态对于大跨度中承式拱桥抖振响应具有较大的影响.此类大跨度中承式拱桥的抖振响应中水平脉动风速功率谱和竖向脉动功率谱的贡献较大,交叉脉动风功率谱可以忽略;与SRSS法相比,CQC法更好地考虑了多模态及模态耦合的影响.     

输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.     

独塔斜拉桥施工阶段抖振响应及抑振分析

针对斜拉桥在最大双悬臂阶段的风致振动响应问题,通过考虑气动导纳和气动弹性效应对基于准定常理论的抖振力和自激力表达式进行了修正,并用谐波合成法模拟得到了具有空间相关性的脉动风荷载样本,继而对金马大桥在最大双悬臂阶段的抖振响应进行了分析,并对风载内力和人体舒适度进行了评价。结果表明,该桥的抖振响应对施工人员影响较小。同时,分析表明增设抗风临时拉索是一种简单有效的抑振措施。     

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。     

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．     

A Method in Mixed Frequency time domain for Fatigue Life Estimation of Steel Girders of Cable stayed Bridges Due to Buffeting

发展了斜拉桥钢主梁抖振疲劳寿命的混合时－频域方法．在本方法中,首先建立了桥面处的风速风向概率密度函数,导出的应力谱因其包括背景分量而不再是窄带谱．据应力谱模拟出了疲劳应力的时间历程,并用雨流计数法统计了其幅值特性．基于修正的Ｍｉｎｅｒ定理导出了考虑风速风向作用的桥梁主梁抖振疲劳寿命的估算公式,并用此分析了杨浦大桥钢主梁的抖振疲劳寿命．结果表明,风向对抖振疲劳寿命有很大影响;杨浦大桥主梁的疲劳寿命远大于设计寿命．     

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     

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。     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

大跨度斜拉桥随机有限元抖振概率评价

依据桥梁风致抖振分析理论和随机有限元方法,在结构振型叠加算法中,融人基于参数敏感性分析技术的验算点搜索算法,求解出大跨度斜拉桥复杂结构体系中考虑气动荷载、材料属性和截面特性等随机性因素的风致抖振可靠度指标．以东海大桥为算例,首先进行工程场地平均风极值风速预测和空间脉动风场随机模拟,采用桥梁断面气动力参数识别结果确定结构气动力荷载．在改善结构荷载输入精度前提下,对其中多个关键环节——导纳函数、重现期、多种结构随机性进行参数分析,实现了大跨度斜拉桥抖振失效评价的过程分析,并从中得出相关结论．     

脉动风和车辆荷载联合作用下中央扣对悬索桥吊索疲劳损伤的影响

以杭瑞洞庭大桥为研究对象,建立设置中央扣和无中央扣的大跨度悬索桥有限元模型,研究中央扣对悬索桥跨中短吊索疲劳损伤的影响。首先,采用谐波合成法生成大桥桥址处的脉动风场,采用Monte Carlo法模拟随机车流样本,基于ANSYS软件建立风-车-桥耦合振动分析模型,分析桥梁结构在脉动风和车辆荷载单独与联合作用下的动力响应;其次,采用雨流计数法统计跨中短吊索的应力时程,得到吊索的应力幅值、应力均值和循环次数;最后,基于Miner损伤线性累计理论分析中央扣对跨中短吊索的等效总应力幅值和疲劳损伤度的影响。研究结果表明：中央扣对悬索桥竖弯刚度影响较小,但会提高悬索桥的纵飘刚度和反对称扭转刚度,显著减小荷载作用下缆梁相对位移和跨中短吊索的弯曲应力;中央扣不会改变脉动风荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,但会改变车辆荷载作用下跨中短吊索的缆梁相对运动特性,并显著降低缆梁相对位移对车速的敏感性;在脉动风和车辆荷载联合作用下,跨中短吊索的等效总应力幅值小于脉动风和车辆荷载单独作用下等效应力幅值的叠加值;在脉动风和车辆荷载联合作用下,中央扣会显著减小跨中短吊索尤其是靠近中央扣位置处吊索的等效总应力幅值和...     

大跨度钢箱梁斜拉桥施工过程风致抖振时域分析及抗风措施

以杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元分析软件对其施工中最大双悬臂及最大单悬臂状态进行了风致抖振响应时域分析.采用谐波合成法进行了随机风场模拟,对塔、梁和索承受的风荷载分别进行了简化,并给出了静风力、抖振力和自激力的时域表达式及自激力在ANSYS中的实现方法;采用“鱼骨式”模型作为斜拉桥主梁的计算模型,分析考虑了结构的几何、气动非线性.分析结果表明:在施工阶段设计风荷载下,主梁悬臂端及塔顶处位移响应较小,风荷载效应与恒载效应组合后,塔根部截面最大拉应力为0.707 MPa;根据抖振响应分析结果和其他因素综合考虑,对杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥提出了施工过程中有效可行的抗风措施.     

辅助索对H形吊杆抖振控制分析

为研究辅助索对H形吊杆抖振控制的适用性,分别建立了安装辅助索前后单根H形吊杆有限元模型,采用时域分析法对不同风攻角和风速作用时吊杆应力状态进行数值计算。首先,采用谐波合成法生成脉动风场,获得H形吊杆的风速时程;其次,计算了H形吊杆关键节点的静风力、抖振力和自激力;最后,基于时域分析法,分析设置辅助索前后吊杆关键节点的轴向应力和应力幅变化。研究结果表明:H形吊杆的轴向应力在90°风攻角下最大;吊杆轴向应力增长幅度随风速增长而增大,并在风速超过10 m/s时急剧增大;安装辅助索可降低H形吊杆轴向应力约60%,降低应力幅超过50%。安装辅助索对H形吊杆抖振控制具有良好的减振效果和适用性。     

辅助索对H型吊杆抖振控制分析

为研究辅助索对H形吊杆抖振控制的适用性,分别建立了安装辅助索前后单根H形吊杆有限元模型,采用时域分析法对不同风攻角和风速作用时吊杆应力状态进行数值计算。首先,采用谐波合成法生成脉动风场,获得H形吊杆的风速时程;其次,计算了H形吊杆关键节点的静风力、抖振力和自激力;最后,基于时域分析法,分析设置辅助索前后吊杆关键节点的轴向应力和应力幅变化。研究结果表明:H形吊杆的轴向应力在90°风攻角下最大;吊杆轴向应力增长幅度随风速增长而增大,并在风速超过10 m/s时急剧增大;安装辅助索可降低H形吊杆轴向应力约60%,降低应力幅超过50%。安装辅助索对H形吊杆抖振控制具有良好的减振效果和适用性。     

大跨度中承式拱桥的耦合抖振有限元分析

大跨度中承式的拱桥属于柔性空间结构,风荷载及抖振分析相当复杂。基于结构的固有模态坐标,考虑风速沿主拱高度变化,推导了桥梁结构的节点等效气动抖振力公式,进行了大跨度中承式拱桥的抖振有限元分析。该分析方法可以考虑作用于主拱的干扰风谱、风载的空间相干性及主桥及主拱的多模态耦合效应。以重庆菜园坝长江大桥为例,计算了桥梁结构节点位移和单元脉动内力功率谱密度和方差。     

大跨度桥梁近距离拉索风载作用的数值模拟

为了研究大跨度桥梁中近距离并列拉索在脉动风场下的响应,建立桥梁并列拉索三维实体数值模型,采用MATLAB软件模拟随机脉动风场并导入流体力学计算软件Fluent中,选择计算精度较高的重整化群组理论(RNG)k-ε湍流模型作为计算模型,对近距离并列拉索的3种不同高度处风压分布和风速分布进行数值分析。结果表明:风压力随着高度的增加而增大,在上游拉索前端正压力最大,两侧负压力最大;最大风速出现在两索之间,在下游拉索后端不断减小,随着高度的不同,风速变化呈现规律性;在上游拉索和下游拉索之间区域的风速出现紊乱现象,主要原因是拉索距离较近,两索之间相互影响效应比较明显。     

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。     

大跨度中承式拱桥时域抖振分析

根据大跨度中承式拱桥的三维空间结构形式及主拱风荷载相互干扰的特点,提出了抖振响应的非线性时域分析方法.通过节段模型风洞试验,确定了前后拱在相互干扰下的静力三分力系数.结合试验得出的两榀拱的抖振力时程数据,求出前后拱在相互干扰下的脉动风速功率谱.采用谐波合成法模拟大跨度中承式拱桥的三维风场,通过FFT变换、功率谱插值等技术提高了模拟效率.以重庆菜园坝长江大桥为工程实例,进行了考虑几何非线性的时域抖振分析,计算结果与风洞试验结果吻合较好.     

基于可靠性理论的桅杆焊缝风振疲劳分析

根据某一地区风荷载的分布规律 ,得到不同方向不同风速的累积时间 ,模拟风压脉动时程曲线 ;建立桅杆结构的空间有限元模型 ,计算结构在风荷载作用下的响应 ;得到不同方向不同风速作用下纤绳节点板焊缝的应力循环次数和应力幅 ;根据Miner线性累积损伤准则 ,得到总应力循环次数和等效应力 ;以节点焊缝的极限疲劳循环次数作为随机变量 ,基于可靠性理论 ,计算得到不同服役期节点焊缝的疲劳可靠性 .