大跨自锚式悬索桥颤振稳定性的敏感性分析

基于桥梁多振型耦合的气弹性理论,建立了基于特征值问题的气动参数敏感性分析方法,并结合目前国内最大跨度的独塔和双塔自锚式悬索桥的风洞试验资料,分别探讨截面形状、气动阻尼、模态耦合、颤振导数等对桥梁气动性能的影响.分析结果表明:对于具有扁平流线型钢箱梁的自锚式悬索桥,其颤振临界风速的计算结果比较接近于薄平板,且绝大部分能量都集中到扭转振型上,表明对颤振发生起主导作用的是扭转模态;结构阻尼的增加在一定范围内对抑制结构响应所起的作用明显.以上特点表明自锚式悬索桥的空气动力性能与斜拉桥更为接近.     

大跨度自锚式悬索桥的颤振稳定性研究及风洞实验

研究大跨度自锚式悬索桥钢加劲梁的截面选形、结构动力特性分析、施工及运营状态的气动力性能等问题;以湘江三汊矶大桥为背景,基于多振型耦合颤振的气弹性理论,分析计算自锚式悬索桥的颤振临界风速;探讨截面形式、施工方法等对钢加劲梁的气动参数及颤振稳定性的影响;此外,与该桥的节段模型和全桥气弹性风洞实验的结果进行对比。研究结果表明:自锚式悬索桥的抗风稳定性主要与主梁的施工方法和架设过程有关;桥梁颤振临界风速随着结构体系的转换而变化,其抗风稳定性主要对结构频率比较敏感;该种桥式具有良好的抗风稳定性。     

内倾式双主缆悬索桥动力特性及颤振性能研究

通过减小主跨为1 708m悬索桥的主缆间距,分析了内倾式双主缆体系的动力特性和颤振性能.动力特性计算发现:减小主缆间距,能在维持竖弯基频的基础上有效提高扭转基频;附加的侧弯-扭转耦合振型在两个自由度上的等效质量均较小,且频率介于竖弯、扭转基频之间.为说明该振型的侧弯-扭转强耦合效应对颤振稳定性的影响,分别基于二维两自由度和三维全自由度状态空间方法对比分析了颤振性能.二维结果显示,小主缆间距时侧弯-扭转耦合振型较常规纯扭振型对颤振更不利;三维分析显示,主缆间距较小时,上述耦合振型参与程度较高,反之,纯扭振型参与较多,同时第二阶竖弯振型作用明显.结果表明:内倾式双主缆体系悬索桥的颤振稳定性受多振型影响,传统二维两自由度分析结果可能不安全,有必要进行三维全自由度颤振分析.     

非线性变形效应对大跨自锚式斜拉-悬吊桥颤振的影响

为分析由桥梁在风荷载作用下产生的变形而引起的结构动力特性以及空气力的非线性变化效应对大跨径自锚式斜拉-悬索桥颤振的影响,基于结构的变形后状态,充分考虑结构变形引起的非线性效应,建立大跨径桥梁颤振分析的三维非线性方法及其计算程序.结合大连湾跨海自锚式斜拉-悬索桥进行颤振分析,揭示结构变形产生的非线性效应对大跨径自锚式斜拉-悬吊桥颤振的影响程度和机理.分析结果表明,该方法是可行的,程序是可靠的.     

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.     

空间缆索体系对自锚式悬索桥的动特性影响研究

为了探索理想的自锚式悬索桥缆索体系以提高桥梁在地震作用下的稳定性,以吉林某自锚式悬索桥为工程实例,设计另外两种不同缆索体系的自锚式悬索桥。运用自振特性的研究方法对其自振特性进行分析;运用时程分析方法,对其自地震作用下的稳定性进行分析。结果表明：自锚式悬索桥采用内倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率增大,对动力特性有利;采用外倾式空间缆索体系时,结构的侧弯及扭转频率减小,对动力特性不利;在纵向地震波作用下,外倾式与平行缆索体系的结构响应更小;在横向地震波作用下,内倾式与平行缆索体系的结构响应更小。     

结构构件阻尼比对大跨度悬索桥地震响应的影响

对某大跨度悬索桥进行3向地震反应谱响应分析,考虑不同构件阻尼比对悬索桥地震响应产生的不同影响.首先通过设定不同构件阻尼比的情况进行模态分析,以振型贡献系数最大值所对应的模态阻尼比作为一个方向结构的整体阻尼比;然后采用反应谱法获取该方向上结构的地震响应.通过对结构的地震响应分析发现,不同构件阻尼比对结构地震响应的影响不容忽视;《公路桥梁抗震设计细则》中对悬索桥整体阻尼比不宜大于0.02的建议会使结构地震响应偏大,从而使桥梁设计偏于安全.     

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。     

自锚式悬索桥空间耦合自由振动分析的理论研究

基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理，考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响，建立了三跨自锚式悬索桥空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函，通过约束变分导出了自锚式悬索桥的竖向挠曲振动、横向挠曲振动、纵向振动及扭转振动的基础微分方程，为自锚式悬索桥的固有振动性状分折提供可靠的理论依据。     

大跨度四塔悬索桥动力特性参数敏感性分析

为了深入研究大跨度多塔悬索桥的动力特性,基于ANSYS软件建立了某大跨度四塔悬索桥的三维有限元模型,采用Block Lanczos法进行模态分析,以获得该桥的自振频率和振型,并分析了主缆矢跨比、恒载集度、主梁刚度以及中塔刚度等结构关键参数对其动力特性的影响.结果表明:该桥基频为0.071 71 Hz,对应振型为主梁一阶正对称侧弯;增大矢跨比有利于提高大桥颤振性能;随着恒载集度的增加,结构各阶自振频率均有不同程度的下降;增大主梁横向和扭转刚度可分别提高主梁侧弯和扭转频率,而增大主梁竖弯刚度对主梁竖弯频率影响较小;主梁一阶竖弯频率随着中塔纵向刚度的增大而显著提高.研究结果可为大跨度多塔悬索桥的结构设计与动力分析提供参考.     

大跨度流线型箱梁悬索桥颤振稳定性气动优化

以主跨为1 660 m流线型箱梁悬索桥为工程依托,采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对影响大跨度悬索桥颤振稳定性的主要因素(主缆空间形式、主梁气动外形和中央稳定板高度)进行了研究,并对气动控制措施机理进行了探讨.结果表明:主缆布置形式对桥梁结构颤振临界风速的影响主要表现为主缆布置形式导致桥梁结构扭转频率的改变,从而影响桥梁结构颤振临界风速;适当增加主梁断面宽高比可有效提高桥梁结构颤振临界风速;设置合适高度的中央稳定板可有效提高带水平分离板的流线型箱梁断面颤振临界风速.中央稳定板附近产生的涡会引起主梁断面竖向气动力增加,导致主梁断面竖向运动参与程度提高,抑制了主梁断面扭转运动,从而提高了流线型箱梁断面颤振稳定性.     

大跨度平行双幅桥面颤振性能干扰效应

以某大跨度平行双幅桥为背景,基于弹簧悬挂节段模型风洞试验和二维三自由度颤振分析理论,分析了叠合梁断面和箱梁断面两种常用桥梁断面形式的双幅桥的颤振性能及颤振驱动机理。研究表明,叠合梁断面双幅桥具有明显的攻角效应,0°攻角时双幅桥的颤振性能大幅降低,但大攻角下气动干扰效应对其颤振性能影响不大;而箱梁断面双幅桥的攻角效应并不明显,各攻角下其颤振临界风速比单幅桥均降低20%～25%。气动干扰效应不仅会降低颤振临界风速,还会使得桥面的颤振形态发生改变;两类断面的颤振驱动机理并不相同,气动干扰也致使上下游桥面的颤振驱动机理发生改变。     

独塔自锚式悬索桥地震响应分析

以佛山市平胜大桥为研究对象,采用空间非线性有限元法,研究了独塔自锚式悬索桥的地震响应特性;考虑了一致输入、行波输入、多点输入这3种地震动模式以及多种地震波组合,并就塔梁不同连接方式对结构响应的影响进行探讨.研究结果表明:行波效应对主梁位移响应影响较大,使得横向位移增大近80%,竖向位移增大约150%,而对结构内力影响不明显;竖向地震动分量使主塔轴力和主梁弯矩明显增大;与塔梁通过滑动支座连接相比,塔梁通过固定支座连接时主梁纵向位移显著减小,主塔弯矩显著增大,因此,在进行独塔自锚式悬索桥的抗震设计时,可在塔梁处增设阻尼器,以达到减震效果.     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基于强度的极限跨径分析

推导了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的极限跨径,分析了其极限跨径与结构几何参数、荷载和材料特性的关系.从材料强度出发,并结合目前桥梁常用的材料,对混凝土主梁和钢主梁自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向静荷载作用下的极限跨径进行了具体研究,得到了相应的极限跨径上限和各因素对极限跨径的影响.分析结果表明,增大矢跨比、高跨比和斜拉段长度比例,减小二期恒载,均可以提高协作体系的跨径.     

超大跨度悬索桥涡激振动响应与振动控制

超大跨度钢箱梁悬索桥的结构阻尼和刚度较小,其竖向模态频率低且密集,随风速变化加劲梁可能先后发生多次涡激振动。首先针对某超大跨度悬索桥,进行有限元建模和动力分析。为研究悬索桥多模态涡激振动响应机理和有效抑振措施,^{在忽略气动刚度和气动阻尼影响时,}通过简化Scanlan^{经验非线性涡激力数学模型得到简谐涡激力数学模型。然后以各竖向模态涡振最大位移响应为优化目标,基于液体黏滞阻尼器参数敏感性分析和}TMD参数优化设计方法,分别确定阻尼器参数和TMD参数。最后探讨了黏滞阻尼器耗能系统控制悬索桥多阶竖向模态涡振的可行性,详细分析了TMD系统控制涡激振动的效果。结果表明：在塔梁间设置黏滞阻尼器对各竖向模态主要起振区域的涡振位移控制效果不理想;TMD系统能有效抑制常遇风速范围内加劲梁的多阶竖向模态涡振响应,将最大振幅严格控制在容许值以内,提高了加劲梁抵抗涡振变形的能力。     

大跨径自锚式斜拉-悬索协作体系桥非线性随机静力分析

自锚式斜拉-悬索协作体系桥综合了斜拉桥和自锚式悬索桥的特点,完全取消了庞大的锚碇,为深海软基建设大跨径桥梁提供了一种理想方案.对自锚式斜拉-悬索协作体系桥进行了确定性非线性分析并应用响应面法进行了非线性随机静力分析,算例研究结果表明,各种随机变量的变异对自锚式斜拉-悬索协作体系桥响应影响规律不同,同其他随机变量相比,主缆弹性模量和截面面积的变异对桥梁跨中挠度影响最为显著,其次是钢主梁参数,而吊杆参数的变异对其影响可以忽略不计.     

自锚式悬索桥主要构件刚度对结构的影响分析

分别分析了自锚式悬索桥的主塔刚度、主缆刚度、吊索刚度和加劲梁刚度对桥梁的主缆、吊索、加劲梁、桥塔和桥墩内力、结构位移、结构动力特性的影响,讨论了设计中各构件尺寸确定的顺序.得出的有益结论可为该类桥的设计提供技术参数方面的参考.     

自锚式悬索桥施工过程模拟分析

基于UL列式的虚功增量方程,推导出了适用于悬索桥缆索几何非线性分析的两节点悬链线索单元,并在此基础上,提出了一套模拟自锚式悬索桥施工全过程的精细迭代算法.以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350 m)为例,对加劲梁的施工拟采用2种模拟方法,方法1为“等效集中力法”,即把加劲梁的重量等化为集中力作用在主缆上,而方法2则是考虑加劲梁的重量由主缆和加劲梁共同承担.应用自编程序,分别对其进行了施工过程的模拟计算,得到了各自的鞍座及索夹偏位、主缆初始线形等架设参数以及一期恒载、二期恒载状态下的结构几何形状及内力.通过对2种施工模拟方法的比较分析得出,方法1具有较好的可行性.