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.     

拉索损伤对斜拉桥自振特性的影响分析

针对斜拉桥的动力特性,结合一座斜拉桥的工程实例,采用大型有限元分析程序ANSYS,选取空间梁单元和空间杆单元建立计算模型,计算出斜拉桥的自振频率和振型,并研究了不同工况时拉索损伤对斜拉桥自振特性的影响.分析结果表明,非对称拉索损伤对斜拉桥自振频率的影响较小,对称拉索损伤及损伤位置的不同对其自振频率的影响较大,其中斜拉桥主跨跨中长拉索的损伤对竖向弯曲振动的影响更为显著.     

大跨度斜拉桥拉索分段模拟对动力特性的影响

为反映斜拉桥拉索本身和桥梁的相互耦合的动力特性,将单根拉索用多根索单元分段精细模拟,考虑拉索本身振动对传统的单梁式斜拉桥的整体动力特性计算结果的影响,同时还提出一个考虑拉索分段但忽略拉索本身振动的分析模型,并对三种模型的分析结果进行了比较,最后用一个风洞试验的气弹模型对动力特性进行了校核.     

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。     

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.     

基于振动频率法的斜拉桥索力测试影响因素

基于振动频率法,研究拉索自身参数和外界条件对拉索基频的影响。运用拉索静力平衡振动方程,推导考虑阻尼的拉索振动基频计算方法,研究拉索垂度和抗弯刚度对基频计算的影响范围。通过数值计算,分析阻尼器、梁体振动和温度变化等外界条件对基频计算的影响规律,提出斜拉桥索力测试和基频计算建议。研究结果表明:当反映垂度影响的量λ2≤0.9,不可忽略垂度的影响;当反映抗弯刚度影响的量0≤ξ≤210,不可忽略抗弯刚度的影响。拉索安装阻尼器将导致索基频增加,阻尼器安装越远离锚固端对基频的影响越大;拉索越长和直径越小,阻尼器对基频影响也越大。斜拉桥梁体振动时进行索力测试,拉索的基频存在动态波动;拉索温度越高,基频越小。建议选取车流较少、温度稳定的环境进行索力测试以获得较准确的基频。     

斜拉桥索塔参数共振的数值研究

建立了斜拉桥索与塔的参数共振的数学模型,推导出索塔参数振动的控制方程,并对其进行了数值积分求解,考虑桥塔为弹性连续体.通过对数值结果的分析得出,在一定条件下,拉索可能由于桥塔振动而引发参数共振现象,并且该振动特性与索的振动频率、倾斜角度、静力垂度、初张力等有关,还和桥塔的一些结构性质有关.最后结合数值算例,讨论了阻尼的影响和减小拉索参数共振的可能性.     

考虑参激振动的折线型立体桁架拱动力响应分析

研究了拉索预应力折线型立体桁架拱中的拉索参激振动问题,使用ANSYS软件建立预应力拱有限元模型,分析了结构中拉索发生参激振动的可能性,采用非线性时程分析方法研究了结构在简谐加速度激励和地震作用下的动力响应,以及桁架拱拉索发生参激振动的诱发机制,考察了预拉力、激励幅值对拉索振动的影响.研究结果表明:激励幅值一定,简谐激励频率与拱内侧拉索自振频率成2.05:1关系时,将激发拉索的参激振动,拉索振幅较未发生参激振动时增加了约63倍,拱节点位移及杆件内力均有部分增加;地震波频率集中于拉索发生参激振动的频率范围时拉索有较大响应.为保证预应力巨型网格结构在地震作用下的安全使用,需考虑拉索参激振动对结构的影响.     

三主桁三索面公铁两用双塔斜拉桥动力特性分析

以某三主桁三索面公铁两用双塔斜拉桥为研究对象,采用ANSYS软件建立了有限元模型,计算了桥梁的振动特性,计算分析结果表明该桥横向刚度相对较小。对于不同成桥索力情况,研究了索力对结构动力特性的影响。然后考虑到列车荷载的影响,将列车荷载以等效均布质量的形式加载桥上,对不同车辆荷载工况进行了动力分析。计算分析结果表明该桥成桥索力对结构振动频率影响不明显,横向振动影响甚微。列车荷载对结构竖向振动频率影响较明显,横向较小。     

随机荷载下索梁结构拉索参数振动分析

采用拉索参数振动和索-梁-塔相互振动的有限元方法,以1993年Fujino进行的索梁结构试验模型为对象,进行随机荷载下拉索参数振动计算和分析.结果表明,当随机荷载强度达到一定水平时拉索发生参数振动,横向振动位移远高于主梁位移;三自由度的理论解析法只适用于主梁竖向一阶频率与拉索横向一阶频率之比为2∶1的索梁结构,对于主梁竖向二阶频率与拉索横向一阶频率之比为2∶1的索梁结构,该方法求得的主梁竖向位移偏小.     

悬索结构平衡及振动非线性有限元分析

采用五节点索单元,提出了悬索结构平衡及自由振动非线性分析的一种新的有限元方法,将索元变形后的位置用修正的ａｇｒａｎｇｉａｎ坐标的四次多项式来表示,并在索元变形后的位置上由虚功原理建立了非线性有际元基本方程,所的非线性有限元分析方法可充分考虑拉索的几何非线性特性的影响,并给悬索结构的线形结构的找形及振动分析带来方便,此外,对单索结构的平衡及自振特性进行了计算分析。     

自锚式混凝土悬索桥的动力分析

研究自锚式混凝土悬索桥的动力学性能 .以一新建自锚式混凝土悬索桥为背景 ,首先运用有限元分析获得其动力特性并与地锚式悬索桥进行比较 ,然后利用实桥环境振动试验验证有限元动力特性分析结果 ,最后由地震反应分析进一步考察自锚式悬索桥的振动特点 .结果表明 :自锚式悬索桥由于主缆直接锚固于主梁端 ,主塔纵向弯曲振动频率明显降低 ;因结构耗能方式也随之发生了变化 ,主塔和主梁在纵向地震输入下的各种反应均呈不同程度的增加 .     

基于刚度及经济的CFRP与钢组合拉索设计理论

基于钢斜拉索、碳纤维增强塑料(CFRP)斜拉索适用跨径研究结果,针对1 400~2 800 m主跨斜拉桥整体刚度不足提出一种新型结构方案,即基于刚度及经济性能的CFRP与钢组合拉索方案.该方案将CFRP斜拉索与传统钢斜拉索同时应用于斜拉桥中,将２种材料高强轻质及弹性模量高的优点进行组合,以充分提高斜拉索的等效刚度,进而提高斜拉桥的整体刚度.详细介绍该组合方案设计思路与方法,通过比较等效刚度以及经济性能给出２种材料斜拉索推荐组合比例.最后,通过一座1 400 m主跨CFRP与钢组合拉索斜拉桥试设计说明该方案相对传统方案整体刚度上的优势,证明其工程应用的可行性,是主跨为1 400~2 800 m斜拉桥的优选方案之一.     

悬索桥振动特性对结构参数的灵敏度

振动特性对结构参数的灵敏度对结构设计和诊断十分重要。用一阶随机摄动法建立悬索桥随机特征值问题的基本方程,求其动力特性对结构参数的灵敏度矩阵,并得到随机特征值的统计特征。结构随机参数按局部平均随机场理论离散。取主缆,桥塔和加劲梁的弹性模量和质量密度为随机场。在此基础上计算了青马桥自振频率的统计特征和对随机参数的灵敏度矩阵,并由此讨论随机参数对青马桥自振频率的影响。发现结构参数对悬索桥自振频率影响不显著,但自振频率对不同部位的参数的灵敏度系数有量级上的差别。     

索系-空间杂交结构的动力特性和参数分析

研究由网壳、索系和塔柱构成的索系-空间杂交结构协同工作体系的动力特性，并进行参数分析．采用空间杆单元和空间梁单元分别构建网壳杆件和塔柱构件的力学模型；采用空间索单元并引入等效弹性模量对拉索进行力学建模．分析和比较网格形式、索系布局、结构支承、矢跨比、杆件截面及其尺寸等有关参数对结构动力性能的影响．结果表明，索系-空间杂交结构体系自振模态可分为塔柱在网壳结构切向的振动、塔柱在网壳径向的振动、整体结构协同振动和网壳结构自身振动等4个组群；结构各组群振动的自振频率相对集中，其出现顺序依赖于该类结构的具体构形及网壳、索系和塔柱的刚度．     

CFRP索斜拉梁面内自由振动建模及参数分析

利用张紧弦和欧拉梁振动理论分别描述斜拉梁结构中索与梁的振动,通过索梁连接处的动态平衡条件,建立斜拉梁平面内自由振动理论.利用传递矩阵法和边界条件对斜拉梁结构平面内自由振动的特征值问题进行求解.同时,建立斜拉梁的有限元模型,有限元法所得结果与本文理论研究非常吻合,证明了本文理论和方法的正确性.最后对CFRP索斜拉梁平面内自由振动进行参数分析.研究表明,CFRP索斜拉梁的基本动力学性能优于传统钢索斜拉梁.     

大跨度钢斜拉桥施工过程线形控制

运用几何非线性分析理论,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,对大跨钢斜拉桥施工过程线形控制进行数值模拟研究.采用多段短索桁架单元模拟长索的非线性效应,通过改变单元的无应力长度实现索的多次张拉.根据新增构件的不同激活方式,提出将施工过程模型分为切线安装、平行安装和建模位置安装3类,其中切线安装和平行安装用于施工过程分析,建模位置安装用于施工控制中的反拱分析.考虑几何非线性多次迭代计算安装线形,采用稀疏矩阵算法求解有限元方程.基于以上原理编制了大跨钢斜拉桥非线性分析及施工过程线形控制模拟软件BINAS,通过苏通大桥实例验证了该方法具有较好的计算精度和适用性.     

钢管组合大跨越输电塔结构动力特性研究

利用有限元分析软件ANSYS建立了钢管组合大跨越输电塔SZK系列的杆梁混合分析模型,采用子空间迭代法得到了结构的前5阶模态,对比以实测所得的周期近似公式,经过修正得到了该类结构的不考虑导地线影响的更加精确的第一阶周期计算公式．文章进一步考虑导地线的影响,研究不同垂直档距下输电塔的动力特性,了解了结构动力特性的变化特点,并引进考虑导地线影响的周期放大系数,修正了第一阶周期计算公式．分析研究对输电塔的抗震、抗风设计有一定参考意义．     

直喷式柴油机燃烧压力振荡研究

利用燃烧理论、波动理论、有限元理论，研究直喷式柴油机燃烧压力振荡特性．研究表明，直喷式柴油机燃烧压力振荡具有多阶共振频率，实机缸内燃烧压力振荡是多个共振模态的叠加．经试验验证，本文计算结果与试验吻合较好．