紊流风场中桥梁气动导数的识别

提出一种在紊流风场中识别桥梁断面气动导数的新方法，根据随机减量的原理，从风洞中桥梁节段模型的随机响应中提取自由振动信号，再利用时域法对桥梁断面的气动导数进行了总体时域识别，数值仿真结果表明，这一方法具有较高的精度。     

紊流风场中桥梁气动导数的识别

基于作者提出的识别桥梁断面气动导数的新方法———总体最小二乘时域法 ,初步研究了紊流风场中气动导数的识别 .总体最小二乘时域法试验装置简单 ,克服了改进的Ibrahim时域法人为选择时延参数的不足 ,具有很高的精度和收敛性 .由平板理论解和江阴长江公路大桥的全桥气动弹性模型实验结果证实了该方法的正确性 .在模拟的紊流风场中 ,应用这一方法对平板和江阴长江大桥的节段模型进行了试验 ,识别了其气动导数 .试验结果初步表明 ,对具有良好流线型的桥梁断面 ,紊流对气动导数的影响可以忽略     

桥梁断面气动导数识别的模态参数插值方法研究

由系统复模态的特征分析可知,同一折减风速(或折减频率)下系统的气动导数可唯一确定该折减风速(或折减频率)下系统振动模态参数,反之亦然.基于该思想可建立系统振动模态参数插值确定桥梁断面气动导数的方法.在此基础上,本文主要探讨了一种归一化提取可直接插值的模态参数的方法从而保证了模态参数插值求气动导数的可行性.数值算例验证表明,归一化提取可直接插值的模态参数的方法是适用的.     

桥梁节段模型气动导数的神经网络识别法

应用单层神经网络技术和风洞试验得到的桥梁节段模型加速度响应,提出了直接识别节段模型运动方程中的物理参数矩阵,进而一次识别全部8个气动导数的方法.该方法物理概念清晰,计算简单,便于实际应用.仿真计算表明,方法计算结果稳定有效,即使在存在5%～10%随机噪声污染情况下也能获得较好的精度.最后应用该法识别了洞庭湖大桥节段模型的气动导数.图2,表1,参6.     

桥梁断面气动导数识别的修正最小二乘法

分析了总体最小二乘方法在桥梁断面气动导数识别中存在的问题,提出了气动导数识别的修理最小二乘方法,为防止由噪声信号所造成的非线性参数迭代求解时出现的发散现象,提出应用进度因子的措施,通过对是试验数据模态参数识别的验证,表明该方法比总体最小二乘方法具有更好的可靠性和强健性,收敛速度更快应用该方法可以识别出颤振甚至颤振后的桥梁断面气动导数,且识别精度有所提高。     

高架栈桥断面气动导数的数值识别

为了缩短高架栈桥的设计周期并降低成本,采用CFD技术计算桥梁的气动导数.应用CFD方法研究了某型高架栈桥断面绕流场,用强迫振动法结合动网格生成技术识别了栈桥断面的气动导数.各折算风速下的高架栈桥气动导数计算值与Theodorsen理论值大小相近,变化趋势相似,在苏通大桥断面的气动导数计算中,本方法也取得了较好的效果.结果表明,使用强迫振动法结合动网格技术识别高架栈桥气动导数是可行的,为该型栈桥设计时考虑风载的影响提供了一种新的方法,可作为风洞试验的一种有力的辅助工具.     

桥梁结构气动导纳识别的随机子空间方法

气动导纳是反映脉动风速谱与抖振力谱之间传递特性的一个重要函数,其精度直接影响着桥梁设计过程中对结构抖振响应估计的精度.首次提出的采用基于输出协方差估计的随机子空间方法来识别桥梁结构气动导纳,将风洞试验简化为一步性的工作,解除结构阻尼对识别精度的制约,降低风洞试验的难度和成本,缩短试验周期.通过对江阴长江公路大桥的气动导纳识别的实践,表明提出的方法可以成功地得到满足工程精度的气动导纳函数,且简单易行.     

平板气动导纳识别理论及测量

气动导纳函数是桥梁抖振分析中的重要气动参数 .首先推导了能够有效测量 6个气动导纳修正系数的理论公式 ;然后通过直接测量脉动风速的 2个分量及由 2个分量引起平板上的抖振力 ,采用互功率谱法计算得出了平板在不同风速、不同攻角下的 6个气动导纳修正系数 ;介绍了利用风洞中的格栅紊流和基座式高频天平对平板的气动导纳进行试验识别的方法 ,并通过试验结果得出了一系列重要的结论     

使用随机子空间法解决受力加速度响应的模态参数识别问题

当外力为高斯白色噪声激励,并且已知线性动态系统的初始条件时,加速度动态响应的随机递减函数和自由衰减振动响应不相等,这是因为在白噪声激励下此随机递减函数中存在一个奇异点;而直接使用有外力嵌入的受力加速度响应会对参数识别精度产生影响。针对随机子空间方法应用于加速度数据的数学基础加以论证,并证明用加速度响应来进行模态参数识别时,将会出现一个识别偏差问题;该偏差问题是因为其加速度相关函数,还受到外力之相关函数的影响。对原始随机子空间方法进行改进,采用无加权模式对Toeplize矩阵进行奇异值分解。透过一个三自由度动态系统的加速度响应进行模态参数识别。结果表明,该方法不仅能有效地消除外力的影响,更能提高其识别精度。     

桥梁断面颤振导数识别的协方差块Hankel矩阵法

采用基于协方差块Hankel矩阵（covariance block Hankel matrix，CBHM）方法来处理节段模型风洞试验的二自由度振动衰减信号，通过系统识别来提取桥梁断面的颤振导数．为验证该方法的可行性，进行了实际桥梁断面的节段模型试验，并将识别的颤振导数与Theodorson理想平板解析解、特征系统实现法（eigensystem realization algorithm，ERA）结果进行了比较，颤振导数的一致性证明了本文方法的有效性．     

桥梁断面18个颤振导数自由振动识别

桥梁断面的自激振动力可以用18个颤振导数来表述。在现有的两自由度体系总体最小二乘法基础上，发展了用于识别桥梁断面三自由度体系18个 颤振导数的方法和试验装置。利用该方法对箱梁断面进行节段模型试验，得到了全部18个颤振导数。将三自由度试验结果与CFD（computatonal fluid dynamics)方法得到的颤振导数进行了分析比较，同时对准定常理论的估算公式进行了考证。     

桥梁断面颤振导数识别的耦合自由振动测力法

随着桥梁跨度的不断增加,桥面风致振动所引起的气动力非定常效应和非线性效应较为显著,钝体断面的自激力高次谐波分量不可忽略.为研究非线性自激力特性,课题组开发了一套高精度测力天平.利用此天平首先采用Scanlan线性自激力模型测得桥梁断面颤振导数,并与修正最小二乘法识别结果进行对比,再用Newmark-β法反算位移,取得了很好的结果,验证了天平的可靠性.本方法因适用于非线性自激力研究,为下一步工作建立非线性自激力模型提供了很好的手段.     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能。结果表明：当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量。     

夹层桥面板的有限元分析

分别建立相同构造尺寸的普通正交异性钢桥面板和夹层桥面板有限元计算模型,并另外建立三种改变U型肋数量和间距的夹层桥面板计算模型,采取相同的边界条件,施加相同的荷载,以比较两种结构桥面板的总体受力性能.结果表明:当采取相同的构造尺寸时,夹层桥面板的刚度和承载力与普通正交异性钢桥面板相比得到了很大的提高;当两种桥面板获得的总体受力性能接近时,夹层桥面板可以大大减少加劲肋的数量.     

紊流对桥梁颤振特性影响的实验研究

以常用的钝头形和近流线形两种桥梁断面为对象,通过在不同紊流强度的均匀格栅紊流下的节段模型风洞实验,研究了紊流强度对桥梁颤振导数及颤振临界风速的影响。     

平行双幅桥气动干扰效应对颤振和涡振的影响

以主跨310 m的天津塘沽海河既有独塔斜拉桥拓宽工程的初步设计方案为背景,通过一系列弹簧悬挂节段模型风洞试验研究了箱形分离平行双幅桥之间的气动干扰效应对其颤振稳定性能和涡激共振特性的影响.结果显示:气动干扰效应使得箱形分离平行双幅桥与既有单幅桥相比,颤振临界风速明显降低,主要气动导数曲线递减至递增的转折点也明显提前,颤振稳定性能变差;气动干扰效应还使得箱形分离平行双幅桥与既有单幅桥相比,竖弯和扭转涡激共振最大幅值和风速锁定区间都有显著增大,涡激共振起振风速降低,斯脱罗哈数有所提高.结果还显示:气动干扰效应对箱形分离平行双幅桥下风侧桥的颤振和涡振性能的影响要比对上风侧桥的影响更大.因此,在将既有桥拓宽成分离平行双幅桥时必须考虑气动干扰效应对其颤振稳定性能和涡激共振特性的影响.     

桥面防水系统设计方法

根据桥梁的类型、性质、重要程度、结构特点和使用功能要求等将桥梁防水等级分为三级，设计时按不同等级设防。基于桥梁防水分级，对桥面防水系统的设计年限进行了研究，相应于桥梁防水等级的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级，防水系统的设计年限分别为20a、15a和10a。同时，提出了以抗剪强度为指标的防水系统结构设计方法，井对桥面细部构造设计提出了建议。最后对防水材料选择的指导原则和需要进行的室内试验评价指标进行了阐述。