高墩连续刚构桥纵向振动基频的能量法计算公式

为了研究高墩连续刚构桥基频函数表达式,以某一典型桥梁为例,构造了多种不同的桥梁结构形式,建立了64种有限元分析模型,获取了桥梁结构自振特性规律,并提出了桥梁纵向振动的基本振型函数;在此基础上利用瑞利法推导了高墩连续刚构桥纵向振动基频的理论计算公式,最后对此公式的可行性进行了算例验证,讨论了现有抗震规范在此类桥梁结构基频计算上的适用性.结果表明:高墩连续刚构桥第一阶振动以桥墩的纵向振动为主;给出的由能量法得到的基频计算值与有限元模型计算值误差为5％;抗震设计细则中的自振频率计算公式不适用于高墩刚构桥此类非规则桥梁.     

双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥自振特性分析

为确定双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥的自振特性,以某双薄壁高墩曲线五跨连续刚构桥为实例,应用ANSYS有限元软件中的Solid 65实体单元和Beam 188梁单元建立该桥空间有限元计算模型,同时利用Midas/Civil建立大桥空间梁单元有限元模型,探讨不同软件、不同单元类型以及预应力张拉对双薄壁高墩曲线多跨连续刚构桥自振频率的影响,分析曲线桥梁结构的平曲线半径对双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性的影响,最后按照桥墩等线刚度的原则分析墩高对双薄壁高墩曲线连续刚构桥的自振特性的影响.计算结果表明:曲线连续刚构桥第1阶振动模态一般为纵飘;曲线桥梁结构动力特性及其力学行为的分析,建议选用可考虑翘曲的Beam 188梁单元模型;对于高等级公路中的曲线半径较大的双薄壁高墩曲线连续刚构桥,曲率半径对桥梁的自振特性影响很小;在保持墩线刚度不变的前提下,结构的自振频率随着墩高的增大而减小,可以通过优化墩的纵桥向厚度或双薄壁墩间距改善结构的整体刚度.     

大跨曲线高墩连续刚构桥自振特性研究

以栗子坪大桥为实例,研究大跨径曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的自振特性。应用Midas有限元软件分别建立直线桥、曲率半径分别为1 500 m、2 000 m和2 500 m的曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的有限元计算模型,计算得到该桥梁结构的自振频率和振型。分析计算结果可以得出结论:曲线桥与直线桥的振型特征大致一样,随着曲率半径的减小,桥梁前几阶振型中各个方向振型的耦合程度变大;大跨径曲线高墩预应力混凝土连续刚构桥的第1阶振型为桥墩纵向振动,桥墩纵向弯曲刚度更弱;桥梁第2阶振型为主梁横向弯曲振动,且前15阶振型中有6阶是主梁和桥墩的横向振动,主梁横向抗弯刚度相对于竖向刚度较小;随着曲率半径的减小,基频逐渐减小,曲率半径较大(如1 500 m以上)时,曲率半径的变化对大曲率半径连续刚构桥周期的影响较小。计算结果对认识大跨径曲线高墩连续刚构桥的振动特点有较大参考价值。     

大跨连续刚构桥材料参数模态敏感性分析

由于大跨连续刚构桥在建造过程中和投入运营以后都可能受到诸多因素影响,导致组成桥梁结构的主要材料性能发生变化。为了研究主材性能变化对大跨连续刚构桥整个结构动力性能的影响,本文以实际工程为依托,采用有限元方法建模,对大跨连续刚构桥进行自振特性分析,讨论了主材弹性模量和容重对结构模态频率的敏感性。研究结果表明:不同材料参数对结构模态频率的敏感性各不相同;材料容重和弹性模量对模态频率的影响效果相反;合拢段的材料参数对桥梁结构低阶模态频率有较强敏感性。     

系梁设置对高墩大跨弯连续刚构桥动力特性及地震响应的影响

为了研究结构参数对弯连续刚构桥动力性质的影响,以一高墩弯连续刚构桥为工程背景,基于ANSYS有限元程序,考虑桩土与结构的相互作用,建立了有限元空间分析模型,分析了系梁的道数、系梁的刚度、系梁的位置等3个因素24个不同计算工况对结构自振特性的影响,通过线弹性时程法讨论了在不同参数设置下桥梁结构的地震响应规律.计算结果表明,系梁道数及其刚度明显改变了结构的振型序列,对结构顺桥向地震响应的影响较大,而在其它条件一定时,改变系梁的位置对桥梁结构的自振特性及地震响应影响不大.从动力学上讲,应尽量减小系梁的道数及其刚度.研究结论可为桥梁初步设计提供依据,也可供同类桥梁抗震概念设计参考.     

环境温度对混凝土梁式桥频率的影响研究

现有关于环境温度影响桥梁自振频率特性的研究通常针对特定桥梁，其通用性受到了一定的限制.鉴于混凝土梁式桥是应用最广泛的桥梁类型，本文从自振频率解析解出发，推导了混凝土梁式桥自振频率和温度关系的通用迭代计算公式，并通过数值算例和环境耦合箱模型试验进行验证.结果表明：环境温度对桥梁自振频率的影响不可忽视，所提出的桥梁自振频率迭代计算公式能有效考虑环境温度的影响，可用于计算实际温度作用下的混凝土梁式桥的频率.     

高墩大跨连续刚构桥静动载试验

目的评价高墩大跨连续刚构桥在试验荷载作用下的承载能力与工作性能,为此类桥型的设计施工和运营养护提供参考.方法以云南省沾益至会泽高速公路牛栏江大桥为工程背景,荷载试验包括静载试验、动载试验,分别测试静载工况下各控制截面的应力状态和整体挠度,动载工况下桥梁的动态响应和振动模态参数.结果截面各测点的实测应力值、挠度值均小于理论计算值,桥梁的实际状况要好于理论情况.部分截面均出现了残余变形,相对残余变形小于20%.桥梁在无障碍行车工况下冲击系数在0.10～0.14;有障碍行车工况下冲击系数在0.20～0.29,说明桥面不平整时冲击效应较为明显.竖向一阶振动频率大于横向一阶振动频率,说明该桥竖向刚度强于横向刚度;同时该桥自振频率试验值均大于计算值.结论桥梁结构的整体刚度满足《公路桥梁荷载试验规程》(JTG/T J21-01—2015)的规定.桥梁结构承载力及变形满足公路一级设计荷载正常使用要求.     

基于长期动力特性监测数据的大跨度桥梁安全性能评估

为了满足快速、准确地进行大跨度桥梁安全性能评估的需要,提出了一种利用健康监测系统的动力监测数据评价预应力混凝土连续刚构桥的长期安全性能的方法.介绍了一座大跨度连续刚构桥健康监测系统动力测试的基本情况,并比较了环境振动测试和健康监测系统动力测试的结果.利用连续刚构桥的自振频率温度修正模型,采用考虑温度效应的实测动力特性对连续刚构桥有限元模型进行修正,得到反映实际状态的基准有限元模型,通过汽车荷载试验的结果验证该计算结果的准确性.最后,根据基准有限元模型的计算结果与设计计算结果的比较评估桥梁当前的安全性能.结果表明:根据长期动力特性监测结果修正的基准有限元模型能够反应桥梁实际工作状态,评估结果具有很好的精度,可以有效地应用于大跨度桥梁长期安全性能评估.     

良态风和台风下的上海中心大厦动力参数分析

基于2016—2017年日常监测数据和2018年7月台风"安比"登陆时的监测数据,对上海中心大厦动力参数变化规律进行对比分析和研究.利用包络随机减量法,分析低振幅与高振幅下的结构一阶自振频率与振幅、一阶阻尼比与振幅的变化规律.结果表明,良态风作用下,结构振幅低,一阶自振频率随振幅的增加而减小,一阶阻尼比随振幅的增加而缓慢增加;台风作用下,一阶自振频率与振幅仍呈线性关系,由于阻尼器影响,一阶阻尼比与振幅的变化呈现非线性;设计阶段,上海中心大厦在正常使用条件下及台风作用下阻尼比分别取0.3%～1.0%和4.0%较为合理.     

上海环球金融中心顶部风速和加速度实测

基于2011-2016年上海环球金融中心(SWFC)顶部风速和加速度的长期监测数据,对动力响应和动力特性进行了分析.采用包络线随机减量的方法计算超高层建筑的水平向一阶自振频率与一阶阻尼比,分析结构动力响应随风速的变化规律以及动力特性随振幅的变化规律.结果表明:上海环球金融中心顶部加速度标准差随平均风速呈幂函数形式增加,一阶自振频率随顶部振幅的增加而减小,一阶阻尼比随顶部振幅的增加而增加.     

连续刚构桥空间动力特性分析

以重庆市某大跨度连续刚构桥为工程背景,利用大型通用有限元分析软件ANSYS建立该桥的空间实体模型,计算分析其自振频率及相应振型。     

桥梁动挠度数据分析及应用研究

动挠度是桥梁动载试验一项重要的检测内容,通常用来分析桥梁的冲击系数。此外,动挠度曲线还可以用来分析计算桥梁的自振频率、阻尼比以及桥梁的影响线。以某两跨一联连续钢箱梁桥为工程背景,通过对实测动挠度数据的分析,详细介绍了桥梁的冲击系数、自振频率以及影响线的分析计算方法。     

曲率半径和激励角度对刚构桥地震响应的影响

目的研究曲率半径和地震动激励角度对高墩大跨连续刚构桥地震响应的影响,确定该类桥型的最不利地震激励方向.方法以某跨度为(70+3×127+70)m的公路连续刚构桥为背景进行分析,采用有限元法建立全桥模型,并考虑桩-土相互作用,探讨曲率半径对结构动力特性的影响;采用反应谱法研究地震作用下桥梁结构的内力和位移响应.结果分析结果表明:曲率半径对该类桥的自振特性有较大影响,随着曲率半径的减少,结构的自振频率和整体刚度逐渐降低;在纵桥向激励时,随着曲率半径的增大,桥墩纵桥向的内力及位移均有增大趋势,在横桥向激励时,随着曲率半径的增大,桥墩横桥向的内力及位移变化规律不明显.结论该类桥梁的最不利地震动激励方向并不是纵桥向和横桥向,其最不利地震动激励角度大致为80°和165°.     

不同薄壁墩间距的连续刚构桥动力响应分析

以某连续刚构桥为研究对象,用有限元分析程序Midas civil构建结构模型,以时程分析的方法研究了墩间距对连续刚构桥的动力特性及地震反应的影响。结果表明:墩间距对桥梁的自振频率有一定影响,但对自振特征影响不大;当墩间距较小时(3 m),主梁的弯矩及剪力、墩底弯矩及剪力、跨中弯矩及竖向位移、梁端位移均没有明显地变化;当墩间距达到3 m,即主跨径的3/40时,梁端弯矩及剪力有较为明显地变化。     

矮墩连续刚构桥合龙顶推力研究

连续刚构桥中跨合龙时需要通过施加顶推力对结构的内力状态进行预调整.结合工程实例,讨论了柔性基础矮墩连续刚构桥合龙顶推力的确定方法,分析了顶推前后结构的内力与变形规律,得出施加顶推力来主动调整内力可有效地改善桥梁结构的受力和使用状态,提高桥梁的耐久性.     

高桩承台柔性基础连续刚构桥合龙顶推力研究

连续刚构桥中跨合龙时通常通过施加顶推力对结构内力进行主动调整。该文结合工程实例,讨论了具有高桩承台柔性基础的连续刚构桥合龙时顶推力的确定方法,通过对比分析顶推前后结构的内力与变形规律,论证了通过施加顶推力来主动调整内力可有效地改善桥梁结构的受力和使用状态,提高桥梁的耐久性。     

大跨度刚架系杆拱桥自振特性的模态分析

采用大型通用有限元程序ANSYS对一座两跨钢管混凝土刚架系杆拱桥建立了空间有限元计算模型,采用模态分析方法对桥跨结构的自振特性进行了分析,计算了桥梁前10阶的自振频率,得出了该桥成桥状态振动形态的基本特征.通过对主要设计参数的对比分析,得出了矢跨比及拱肋刚度对刚架系杆拱桥自振性能的影响规律,可为该类桥梁的设计、研究、健康监测和维护提供参考.     

基于Rayleigh法的简支梁桥自振频率计算

简支梁桥动载试验时,由于激振车辆的存在,通过仪器测得的是桥梁的有载频率,而非自振频率。按照Rayleigh法建立理论计算模型,给出有载频率解析计算公式,进一步通过有载频率解析计算公式得到自振频率计算公式。将简支梁桥跳车激励模型简化为单、双轴计算模型,推导了采用正弦函数、跨中有集中力作用下梁的静挠度曲线和均布荷载作用下梁的静挠度曲线分别作为振型函数时单轴和双轴计算模型自振频率计算公式。最后以某简支梁桥为例,通过数值计算比较了三种振型函数的计算精度,并推荐了单轴和双轴计算模型计算时宜采用的振型函数。     

基于吊杆损伤的斜靠式拱桥动力特性分析

根据平顶山市城东河路湛河桥主桥———斜靠式拱桥的结构特点,借助M IDAS/C ivil桥梁通用有限元程序,建立该桥的空间精细FEM,对不同吊杆损伤工况进行结构动力特性分析。通过与桥梁完好状态下的桥梁动力特性对比,可以得出结论:吊杆损伤对斜靠式拱桥的低阶自振频率总体影响较小,但对桥梁整体竖向自振频率和扭转自振频率相对影响较大,吊杆损伤导致桥梁竖向和扭转自振频率降低;主拱比稳定拱吊杆损伤对该桥的自振频率影响敏感,跨中比1/4跨处吊杆损伤对该桥自振频率影响大。     

基于频率合成法分析大跨连续刚构桥高墩横向振动基频

桥墩的自振特性是大跨连续刚构桥结构设计的重要参数,而桥墩的横向振动基频对边界弹性约束条件是敏感的.通过平动约束、转动约束和平转动耦合约束来模拟基础对墩底的约束作用,成桥状态下采用平动约束和转动约束弹簧来模拟墩顶的边界约束,利用Rayleigh和Southwell频率合成法推导出桥墩复合振动基频的计算公式.最后将有限元模型分析解和文中公式计算值进行对比,结果表明两者相对误差最大为7.50%,验证了频率合成法和基频计算公式的正确性,对同类型结构的状态评定和动力特性分析具有重要参考作用.