隔震桥实时混合试验的稳定性和精确性分析

为研究隔震桥梁实时混合试验的稳定性和精确性,以加有摩擦摆和粘滞阻尼器的隔震桥的试验室比例模型为研究对象,以粘滞阻尼器为试验子结构,安装摩擦摆的隔震桥为数值子结构,进行实时混合试验,通过考虑摩擦摆的强非线性,理论分析了振幅误差和时滞误差对试验系统稳定性和精确性的影响,最后通过试验验证理论分析结果。理论分析和试验结果都表明,对于加有粘滞阻尼器的隔震桥系统,基于α法的数值积分的实时混合试验系统满足稳定性和精确性要求。具体而言,作动器振幅误差不会影响系统稳定性,仅仅相当于增加或减小系统的阻尼;而作动器时滞小于0.012 s时,系统是稳定的。该研究对于足尺隔震桥的实时混合试验具有相当的指导意义。     

设备-高层结构-地基土体系交互计算方法

提出了模拟设备-高层结构-地基土体系振动台实时子结构试验的数值交互计算方法,并且结合地基土在强震作用下并非全部进入非线性的特点,认为可尝试将具有局部非线性特点的地基土模型作为数值子结构、设备-高层结构体系作为试验子结构,从而在振动台实时子结构试验中考虑地基土非线性特性影响。采用分支模态子结构法与线性-非线性混合约束模态子结构法推导了设备-高层结构-局部非线性地基土体系的运动方程。选用一幢13层钢框架设备-高层结构-地基土体系模型作为分析实例,采用MATLAB与ANSYS分别建立设备-高层结构体系与局部非线性地基土计算模型,两者之间进行数值交互计算,发现土-结构相互作用与设备的频率变化对设备与结构的地震反应有重要的影响。     

新型钢-砼组合简支桁梁桥自振频率研究

建立了钢-砼组合简支桁梁桥振动性能的力学分析模型,并推导了基于自由界面模态综合法计算结构自振频率的基本原理和公式,以西平铁路80m钢-砼组合桁梁桥的实桥模型为基础,应用有限元软件Midas建立了钢-砼组合桁梁桥模型并对其进行了模态分析,通过脉动试验的自振频率测试结果和有限元分析结果验证了自由界面模态综合法计算桥梁自振频率的准确性和高效性,采用有限元数值计算的方法研究了桥面宽度、腹杆和横撑刚度、槽型梁及上弦杆截面尺寸对钢-砼组合桁梁桥自振频率的影响.     

波形钢腹板-钢管混凝土组合梁桥的试验与有限元分析

波形钢腹板钢管混凝土组合梁桥结构新颖,在实际桥梁结构中所用甚少.通过对侨英人行天桥进行荷载试验及有限元计算,结果表明,该桥的承载能力和动力性能均满足规范要求,有限元计算值与试验实测值吻合良好.同时,利用建立的有限元模型对主梁的受力性能进行了分析,分析发现,波形钢腹板-钢管混凝土组合梁的弯曲变形符合"拟平截面假定",而波形钢腹板对主梁的抗弯作用可忽略不计.     

基于BP神经网络的离线迭代混合试验方法研究

利用反向传播(误差逆传播算法back propagation algorithm,BP简称反向传播算法)神经网络对非线性结构位移-力系统进行拟合,将训练好神经网络作为试验子结构与数值子结构联合求解,省去了混合试验中试验子结构与数值子结构之间的实时数据交互,并通过迭代训练样本的方法不断逼近真实响应,克服了神经网络需要大量训练样本的问题。通过对两个自由度的非线性结构进行混合试验数值仿真,验证了该方法的可行性。以实际工程的一榀框架为混合试验对象,取一个隔震垫作为试验子结构进行数值仿真,进一步验证了该方法的有效性。     

含非线性拉杆的拱结构的混合仿真研究

该文提出一种计算评估含非线性拉杆的拱结构的水平位移混合仿真方法。将线性子结构部分进行数值模拟,非线性部分在试验机上进行实际模拟,通过两部分之间数据的实时传递实现循环,得到试验结果。将混合仿真试验结果与数值计算结果对比,验证了混合仿真试验方法的可行性,该文研究可为非线性结构水平位移的计算评估提供新方法。     

Rosenbrock耦合积分方法及其收敛性分析

做为一种集计算机模拟和现场试验为一体的混合试验方法,实时子结构试验的关键在于如何保证数值子结构和试验子结构的实时耦联,这就需要高效的数值积分方法.文中在Rosenbrock实时积分方法的基础上,提出了一种具有完全并行计算格式的耦合积分方法.基于单自由度分离质量模型,对该耦合积分方法的稳定性和精度进行了理论分析.然后通过三自由度分离质量模型的模拟,验证了该方法的收敛性和其他算法性能.理论分析和数值模拟结果表明,该方法具有良好的稳定性和二阶精度,与直接积分方法相比更适合用于复杂结构的实时子结构试验及类似的并行模拟.     

基于黏结-滑移效应的钢筋混凝土梁裂缝宽度数值计算

基于黏结-滑移理论对钢筋混凝土受弯构件裂缝宽度的计算进行说明,指出采用数值计算方法进行分析的必要性.在综合考虑钢筋与混凝土间的黏结-滑移效应、裂缝间混凝土拉伸硬化效应以及材料非线性本构关系等问题的基础上,建立钢筋混凝土梁构件裂缝宽度计算的数值模犁.以8根HRB500级高强钢筋混凝土梁受弯开裂试验为例,将试验结果、规范公式计算结果以及数值模型预测结果进行对比分析.研究结果表明:试验梁短期最大裂缝宽度的模型预测结果与试验结果较符合,两者比值的均值为1.098,变异系数为0.146 5;而规范公式计算值则普遍大于试验值,需要进行适当修正.取等间距开裂的模型梁进行算例分析,得出平均裂缝宽度预测值与规范公式的计算值较吻合,进一步验证了该数值计算模型是一种有效的、准确的裂缝宽度分析方法.     

考虑车辆过缝的车-桥耦合振动分析方法

为考虑伸缩缝参数变化对车-桥耦合动力响应的影响,通过分析车轮过缝过程,提出了车辆过缝等效力、等效位移模型.利用伸缩缝局部振动模态提取法及模态综合法,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析模型,并基于Matlab平台编制了车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析程序及其数值求解方法.以某简支转连续梁桥为例,通过现场实测对考虑车辆过缝的车-桥耦合动力响应分析方法进行验证.结果表明,利用所提方法计算的伸缩缝和主梁的加速度和位移响应峰值与实测值的误差均在7%以内,说明该方法能够较为准确地考虑车辆过缝对车-桥耦合动力响应的影响.     

瑞利-泰勒不稳定性的实验研究及数值模拟

通过翻转试验对瑞利-泰勒不稳定性（Rayleigh-Taylor Instabilities）引致的湍流混合过程进行实验研究,提出以染料浓度测定法结合数字图像处理技术测量确定混合物前锋的扩散位置和系数,以拉格郎日块体法（LBM）的数值格式和改进的Smagorinsky理论模式对实验过程进行了大涡模拟数值计算,修正了Voropayev用目测法测量的系数,数值模拟的结果与实验测量结果符合较好.     

实时混合模拟频域评价方法的物理意义

为研究实时混合模拟频域评价方法的物理意义,通过数值模拟和实验室试验,分别计算了线性结构和非线性结构在整个试验以及各个频率下的幅值、相位(时滞)和权重.研究发现,各频率上的幅值、等效时滞按照权重加权可以得到整个试验的幅值、等效时滞.因此,实时混合模拟频域评价方法的物理意义实际上是计算各个频率上的幅值和相位(时滞),并根据输入信号各个频率幅值平方的权重进行加权得到试验的幅值和相位(时滞).由于权重的影响,频域评价结果受输入中低频成分的控制;对于非线性结构,需注意虚假时滞对计算结果的影响.     

压水反应堆控制系统动态仿真研究

介绍了压水反应堆控制系统实时仿真模型、数值计算方法、实时仿真程序。仿真试验表明,完全满足实时仿真要求,且计算的动态特性与实际试验数据基本吻合。     

回归法在实时混合模拟数值子结构不确定性分析中的应用

为了分析实时混合模拟试验数值子结构不确定性对试验的影响,采用多项式混沌展开建立不同时滞情况下数值子结构不确定参数与位移最大值的代替模型.多项式混沌展开的系数采用回归法计算,并基于模型误差对多项式混沌模型进行评价.模拟结果表明,时滞和不确定性参数均方差越大,位移最大值的均值和方差越大.当不确定性参数均方差为均值的0.05、0.10和0.20倍时,模型误差的变化范围分别为0.002%～0.02%、0.02%～0.4%和0.5%～5%,说明基于多项式混沌展开的实时混合模拟数值子结构不确定性分析精度受不确定性参数方差的影响.     

高速列车通过隧道-桥梁-隧道时车体的气动效应

以我国高速铁路沿线上某座隧道-桥梁-隧道基础设施为工程背景,基于计算流体力学和多孔介质理论建立了列车-隧道-桥梁-风屏障-空气三维CFD数值仿真模型,研究了列车运行于隧-桥-隧全过程的气动荷载变化特性.针对横风环境中列车运行于桥隧相连段的过程,从流场角度进一步揭示了风屏障的存在与否对气动荷载突变效应的影响.结果表明:1)无风屏障条件下,各节车厢在"由桥至隧"过程的气动荷载波动幅度是"由隧至桥"过程中相应值的1.03～1.89倍,而风屏障的存在将使两过程中气动荷载波动幅度基本相等;2)列车气动横向力的变化对风屏障的影响最为敏感,而气动升力和俯仰力矩的敏感性相对较弱.     

用差异演化-粒子群混合算法确定含水层参数

差异演化-粒子群混合优化算法是利用差异演化算法变异粒子个体的历史最优位置,保持种群多样性,与粒子群优化算法相结合的一种混合优化算法。应用差异演化-粒子群混合优化算法分析直线供水边界含水层抽水试验数据确定含水层参数,并将该算法所得计算结果与其他方法的结果进行比较,分析待估参数的不同取值范围对参数估计的影响,发现差异演化-粒子群混合优化算法能够有效地确定含水层参数,且目标函数值更小,计算精度更高,可达到1.673 1×10~(-6);待估参数范围的增大对差异演化-粒子群混合优化算法的收敛性影响较小,当待估参数取值范围的上限扩大到原来的14倍时,收敛率高达97%,且得到目标函数值基本一致,由此可知,差异演化-粒子群混合优化算法对初值选取的敏感性低,寻优能力强,稳定性好。数值实验结果表明:差异演化-粒子群混合优化算法有效地避免了粒子群优化算法所出现的早熟现象,是分析抽水试验数据,确定含水层参数和计算观测孔与虚拟映射井之间距离的有效方法。     

实时混合模拟误差的理论分析及试验验证

为研究实时混合模拟中幅值比率误差和时滞对试验结果的影响,选用弹簧作为试验子结构进行研究,观测和分析了测量位移与计算位移之间的微小误差.假定在试验过程中幅值比率误差和时滞处处相等,采用时滞微分方程建立了实时混合模拟的数学模型,给出了微时滞下自由振动和简谐振动的近似解.结果表明,理论分析结果与试验结果较为相似,说明所提数学模型具有合理性和准确性.误差会导致作用在试验子结构上的外力失真,并影响了数值子结构的位移峰值和稳态振幅.理论分析结果与试验结果之间的微小差异主要受假设简化、测量噪声、累积误差等因素的影响.     

钢-混凝土混合变截面连续梁桥钢箱梁段合理长度研究

为简便估算恒载作用下钢-混凝土混合变截面连续梁桥的合理钢箱梁段长度,基于现有三弯矩方程推导适用于变截面连续梁的改进三弯矩方程;建立基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩简化计算方法,构建不同跨径的变截面钢-混凝土混合标准连续梁桥,并给出其钢箱梁段合理长度的预估公式.研究结果表明:基于改进三弯矩方程的变截面连续梁弯矩计算结...     

浙江舟山大陆连岛工程H匝道静动载试验研究

为了测试某互通立交匝道的整体受力性能,对该桥进行了静、动载试验,通过将理论计算和试验数据进行对比分析,对该桥的整体受力性能和承载能力进行了评价.试验结果表明:该桥在静载作用下各控制截面的应变和变形满足设计要求,在动载作用下的振动频率和振动阻尼比与理论计算结果吻合较好,该桥的强度、刚度和动力特性皆满足设计要求.     

基于CFD的风-车-桥系统耦合气动力模拟研究

风-车-桥耦合振动气动力是桥梁设计的必要参数,也是影响车辆安全性的重要指标.文章基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)理论,采用Fluent软件对横风作用下风-车-桥耦合振动气动力进行数值模拟分析.首先建立了城市轨道交通中地上运行部分桥梁及车辆的模型,模拟了在不同风攻角下的桥梁单体、车辆单体及车桥耦合系统的气动力系数,分析结果表明在不同的风攻角情况下,车辆、桥梁以及车桥系统的气动力系数会随着风攻角的改变而改变.同时,由于车辆和桥梁间的相互作用,车辆和桥梁的气动力较之两者单体均有所增大.因此,桥梁设计时要考虑两者之间的相互影响.     

钢-混凝土连续组合梁桥的理论分析和试验研究

根据完全剪力连接的连续组合梁桥的构造特点及各部分受力机理,做出合理假设,提出分层平面框架计算模型该计算模型用于沈阳市东西快速干道工程某段连续组合梁桥,计算值与静载试验实测值非常接近,证明了本计算模型用于钢-混凝土连续组合梁桥正确实用的.