斜拉桥一致激励和多点激励下的地震反应分析

讨论了斜拉桥的地震动力分析方法,包括三维斜拉桥线性地震分析的多点激励地震输入问题。对两典型跨径斜拉桥进行了一致激励和多点激励情况的比较分析。结果表明:多点激励对于长大跨径斜拉桥地震响应有很大影响,在进行地震响应分析必须予以考虑。     

超大跨斜拉桥地震行波效应分析

对多点激励下的振型方程进行了推导,简化成类似于一致激励下的振型方程形式,导出多点激励下的振型参与系数和振型等效地震波,从而可由反应谱判断多点激励对结构振动的影响.以一座试设计的主跨1 400m斜拉桥为例,采用振型分析法分析了考虑行波效应的超大跨斜拉桥振动机理。通过拟静力法分析了行波效应引起的各支承点地震动位移的差异对超大跨斜拉桥结构变形的影响,同时,利用位移输入法,对超大跨斜拉桥进行了地震时程分析,研究了行波效应对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震损伤的影响.研究结果表明:行波效应减小了耗能辅助墩的耗能作用,增大了桥塔的地震损伤,对超大跨斜拉桥顺桥向耗能体系地震反应的影响是不利的.视波速为1 000~3 000m·s-1范围内的长周期地震动作用下行波效应的影响尤为显著,因此在超大跨斜拉桥地震反应分析时必须考虑.     

CFRP索斜拉桥地震波行波效应分析

碳纤维增强聚合物(CFRP)具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优良性能,在大跨度桥梁中将会广泛应用.对跨度大或延迟时间长的结构需考虑行波效应的影响,且其对CFRP索斜拉桥和普通斜拉桥影响程度也不相同.因此,为研究CFRP索斜拉桥在地震波行波效应下的动力性能,以某一大跨度斜拉桥为背景,建立模型,按照等强度原则将钢索换为CFRP索,计算并获得CFRP索斜拉桥在地震波一致激励和多点激励作用下的位移、应力及分别对应的时程曲线.计算结果表明,行波效应对CFRP索斜拉桥地震响应有显著的影响,使得该桥的时程曲线发生了较显著的变化,塔根效应增加显著,结构部分位移增长非常显著,对轴力影响比对剪力的影响更为明显,因此在大跨度CFRP索斜拉桥的设计分析中必须考虑行波效应的影响.     

大跨斜拉桥多维多点地震激励减震控制方法分析

首先利用SIMULINK仿真工具箱建立了大跨度斜拉桥在多维多点地震激励下的半主动减震控制分析模型.然后采用拟合规范反应谱的多点人工地震动时程,研究并比较分析了一致激励以及同时考虑行波效应和部分相干效应等激励工况下,行波波速以及部分相干程度对斜拉桥减震效果的影响规律.数值结果表明:无论是有控还是无拉结构,考虑多点激励后,主粱中踌跨中出现较大竖向位移和轴力,且竖向位移随着行波波速的减小和部分相干程度的减弱呈增大的趋势;行波效应和部分相干效应总体上对减震效果的影响很小;主动和半主动控制算法控制效果接近,优于始终提供最大阻尼力的被动控制算法.     

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.     

大跨度连续梁桥在不同激励方式下地震响应

为解决大跨度连续梁桥抗震设计理论不完善的问题,以六库怒江大桥为工程背景,采用MIDAS/CIVIL有限元软件建立三跨混凝土连续梁桥有限元模型,分别进行反应谱一致激励、时程一致激励和时程多点激励,在不同激励方法条件下大对跨度桥梁地震反应进行对比分析.结果表明:反应谱法在桥梁抗震响应分析中存在局限性,在对大跨度连续桥梁地震响应分析中考虑时程多点激励才能更真实地反应出结构的地震响应.     

大型桥梁多点激励效应的研究现状与发展

简要地就多点激励的模拟、分析方法等介绍了近年来国内外多点激励问题的研究现状 ,针对大跨度桥梁 ,侧重阐述在不同结构型式对多点激励的反应特征等方面已取得的一些研究成果和结论 .最后就如何进一步展开该领域的研究进行了初步探讨大型桥梁多点激励效应的研究现状与发展@苗家武 @胡世德 @范立础     

考虑边界条件约束和参数灵敏度的斜拉桥有限元模型修正

为了给五河口斜拉桥的桥梁健康监测提供一个基准的有限元模型,利用环境振动激励对斜拉桥进行了模态试验,得到了五河口斜拉桥模态参数测量值.根据设计图纸,建立精细、参数化的斜拉桥有限元模型,进行了模态分析,并将试验测量值和有限元分析值进行了匹配.对模型修正参数进行了灵敏度分析,选择了那些对目标函数和状态变量比较敏感的参数,尤其是边界条件,参与模型修正.研究表明,基于环境振动得到的模态试验测量值反映了建成后的五河口斜拉桥基本动力特性,有限元分析结果和模态试验结果匹配时出现错位,对参数施加了约束后,修正后的有限元模型更加接近实际结构,各参数修正后的物理意义明确.边界条件刚度应当作为修正参数,其修正结果反映了桥梁的实际情况.     

多点激励下CFST拱桥地震反应分析

基于大质量法的计算原理,在Midas/Civil有限元软件平台上实现多点激励下大跨度桥梁的地震反应分析.采用反映地震动空间和时间变异性的人工地震波,对大跨拱桥空间有限元模型进行在一致激励、行波激励和多点激励下的地震时程反应分析,主要探讨大质量法的应用问题.结果表明,行波激励和多点激励对大跨度连续下承式钢管混凝土系杆拱桥的地震反应有较大影响,应给予考虑.     

铁路斜拉桥的地震响应特性研究

通过对典型铁路斜拉桥在地震作用下的响应分析，研究了斜拉桥这种适用跨度大、空间受力性能优越的桥型的抗震性能。结果表明，影响斜拉桥在地震作用下的响应特性及桥上运行列车稳定性和安全性的因素主要是桥、车的动力特性及输入地震激励的物理特性。通过对不同结构参数、列车速度和地震作用条件下桥车响应的对比分析，得出了行车速度、桥梁横向刚度（宽跨比）、桥梁下部结构刚度以及不同输入地震激励对桥梁地震响应的影响规律与特点。     

Semi-active control of a cable-stayed bridge under multiple-support excitations

This paper presents a semi-active strategy for seismic protection of a benchmark cable-stayed bridge with consideration of multiple-support excitations. In this control strategy, Magnetorheological (MR) dampers are proposed as control devices, a LQG-clipped-optimal control algorithm is employed. An active control strategy, shown in previous researches to perform well at controlling the benchmark bridge when uniform earthquake motion was assumed, is also used in this study to control this benchmark bridge with consideration of multiple-support excitations. The performance of active control system is compared to that of the presented semi-active control strategy. Because the MR fluid damper is a controllable energy- dissipation device that cannot add mechanical energy to the structural system, the proposed control strategy is fail-safe in that bounded-input, bounded-output stability of the controlled structure is guaranteed. The numerical results demonstrated that the performance of the presented control design is nearly the same as that of the active control system; and that the MR dampers can effectively be used to control seismically excited cable-stayed bridges with multiple-support excitations.     

基于位移荷载输入动力时程法的误差分析

针对使用位移荷载作输入时存在的一些问题,从时间步长、质量与静动力参与系数、振型截取几个方面对使用位移荷载作多点输入时存在的误差进行分析.通过对比分析发现,位移荷载与加速度荷载存在根本的不同,前者会激发大量的振型,以致用来估计加速度荷载误差的90%质量参与法则不适用于位移荷载;对于位移荷载输入时需要0.001s甚至更小的时间步长,才能获得精确的结果;采用振型叠加法的振型截取可能会引起构件内力的较大误差,需要采用较高的振型数量来减小误差.     

多点输入下大跨度空间网格结构的地震响应分析

引用了FFT(fast Fourier transform)技术模拟多点输入下的竖向和水平地震加速度时程，水平相干函数模型采用著名的R．S．Harichandran模型，竖向相干函数模型采用刘先明博士提出的模型．分别以多点输入法和行波法对大跨度空间网格结构的2个实际工程的水平与竖向振动进行计算，并与一致输入法的计算结果进行对比，最终在非一致输入与一致输入上结构的差异、视波速及结构跨度对这种差异的影响以及行波法的精度三方面得出了一些重要结论．     

非一致地震激励下大跨斜拉桥的地震反应

为了研究非一致地震激励下大跨斜拉桥的地震响应规律,利用大型通用有限元分析软件ANSYS10.0建立该桥的动力计算模型,然后应用动力时程方法分析其地震反应,探讨波传播效应对非一致地震激励下大跨度双塔斜拉桥地震反应的影响规律.研究表明,对大跨度斜拉桥而言,一致地震激励不能控制其抗震设计,要对大跨度斜拉桥的地震反应进行准确分析,场地条件及行波效应必须予以考虑.     

斜拉索拱考虑拱受外激励作用下1:1内共振分析

研究在拱受外激励作用下斜拉索拱结构中索拱之间1∶1内共振问题.当拱的某阶频率接近索的某阶频率时,可导致索拱之间出现1∶1内共振,利用已建立的斜拉索拱非线性动力学耦合面内运动微分方程,采用Galerkin方法把斜拉索拱的面内运动方程进行离散,然后利用多尺度法对离散的运动方程进行摄动得到拱主共振情况下的平均方程,研究在拱受到外激励作用下拱振动对索振动产生的影响,同时对斜拉索拱内共振时的稳定、分叉及混沌情况进行了分析.结果表明:拱受到外激励产生共振后,通过索拱之间的内共振容易激发对柔性索的振动,导致索出现较大的幅值.能量在索拱之间相互传递,原本静止的索也可能出现共振,共振频域区间内索拱振动将出现跳跃、分叉及混沌等复杂的非线性动力学行为.     

索拱组合结构的动力建模及其内共振分析

利用索拱组合结构连接处的位移协调条件及边界条件,建立索拱组合结构的简化运动学控制方程,利用Galerkin模态截断,得到索拱组合结构的多模态离散动力学方程;利用多尺度摄动方法,分析索拱组合结构可能出现的内共振模式,并对索拱组合结构的内共振行为进行数值模拟。研究结果表明:当索拱的结构设计参数值都在非共振区域时,索拱的动力耦合作用非常弱,索和拱的动力学性质可不考虑耦合作用进行单独分析;若索拱的结构设计参数值在共振区域时,索拱出现内共振,索和拱之间相互激励,能量不断地在索拱之间交换,振幅此消彼长,其最大振幅远大于非共振时的最大振幅。     

独塔斜拉桥动态特性的实验研究

为了研究独塔斜拉桥的动态特性，用来回跳车、风、锤击等方法测试了系统的自振频率，并进行了综合分析；用锤击法得到系统的传递函数，用动态分析仪进行数据处理获得了系统的各阶阻尼比和振型。并对整桥的动态特性进行了评价。     

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.     

竖向激励下斜拉桥的内共振动力响应分析

将斜拉桥简化为单自由度振子-索模型,对振动方程进行线性简化;采用Matlab程序和Ansys程序分别对简化模型进行模态分析。索桥频率比分别取0.98、1.00和1.04,在模型支座处施加竖向加速度激励,进行时程分析,求解了系统的动力响应。分析结果表明,单自由度振子-索模型分析斜拉桥的振动问题是有效的和可行的。当索桥频率比在1∶1附近时,拉索与振子的振动存在耦合效应,产生内共振;在简谐支座竖向加速度激励下,系统的动力响应存在瞬态阶段和稳态阶段,响应峰值出现在瞬态阶段,拉索振动以第1阶模态振型为主;拉索动索力和拉索与振子间的相互作用在稳态阶段的幅值均出现漂移现象,拉索动索力变化幅度剧烈。因此,在斜拉桥设计和索力测试中要考虑索桥内共振的影响。