悬索桥静风扭转发散的影响因素研究

基于索-梁体系广义模型揭示了主缆系统刚度退化是导致大跨度悬索桥静风扭转发散的主要原因.研究了主缆和桥塔的变形对悬索桥刚度退化的影响.理论分析表明,主缆的竖向运动对系统的扭转刚度影响至关重要,当任何一条主缆向上的竖向位移足够大时,主缆将处于松弛状态,进而导致系统的扭转刚度急剧下降.因此,主缆竖向运动引起的刚度退化是大跨度悬索桥发生静风扭转发散的关键原因.本文的研究还表明主缆的侧向位移和两座桥塔塔顶之间沿桥轴方向的相对变位对主缆的刚度退化起延缓作用,从而提高临界竖向位移.此外,紊流对扭转发散的影响不容忽视,紊流明显降低了桥梁结构的静风扭转稳定性.本文的理论成果可以尝试性地解释西堠门大桥非线性有限元分析的数值结果.     

新技术护卫大跨度桥梁安全

中国的斜拉桥、悬索桥、拱式桥的跨度分别在1991年、1995年、2001年突破了400米,并且分别由上海杨浦大桥和苏通长江大桥、舟山西堠门大桥(最大跨度钢箱梁悬索桥)、上海卢浦大桥和重庆朝天门大桥等多次创造了这三种桥型跨度的世界记录. 桥梁结构的设计中,抗风安全性是需要着重考量的问题,其主要涉及极限设计风速下的动力稳定性——颤振发散.当桥梁结构颤振发散的临界风速小于设计风速时,就会发生颤振失稳,必须采用控制措施提高结构临界风速,这就是结构抗风安全控制技术.     

箱梁悬索桥空气静力稳定的三重非线性效应

根据两塔三跨悬索桥的中跨跨径和最小主缆净截面面积与其他参数的关系,获得中跨跨径分别为1 000,1 500,2 000,3 000,4 000和5 000 m悬索桥的加劲梁和主缆设计参数,并建立悬索桥参数化有限元模型;实现两重循环、两条主线超大跨度悬索桥三重非线性静风稳定性能分析方法;分别对闭口钢箱梁、理想平板、中央开槽钢箱梁、中央双开槽钢箱梁4种典型断面各6种跨度的悬索桥进行静风稳定性能分析.研究发现:材料非线性对超大跨度静风稳定性能影响不大于5％;几何非线性和气动力非线性对静风稳定性能的影响最大可超过50％;跨度小于2 000 m悬索桥采用闭口钢箱梁断面可满足静风稳定性能的需求,超过2 000 m需采取开槽措施,2 000 m是闭口钢箱梁悬索桥的空气静力稳定上限.     

西堠门大桥结构监测系统的设计与实现（II）：系统实现

采用“西堠门大桥结构监测系统的设计与实现（I）：系统设计”中的设计方法,为西堠门大桥设计并实现桥梁结构监测系统。研究西堠门大桥结构监测系统的总体设计方案、子系统的设计方案及其软硬件的实现。分析西堠门大桥结构监测系统在运营中监测的桥梁荷载和结构响应。研究结果表明,西堠门大桥结构监测系统正常运行,实现了预期设计功能,基于工业以太网分布式数据采集与传输系统在桥梁结构监测系统中得以成功应用,可在其他工程中加以推广。     

中央扣对大跨悬索桥颤振稳定性的影响

为研究中央扣对大跨度悬索桥颤振稳定性的影响,以矮寨大桥为工程背景,基于大桥精细化空间桁架梁有限元模型,根据主梁整体刚度等效原则,采用悬臂梁位移法建立了大桥等效单主梁有限元模型;考虑了跨中短吊杆(无中央扣)、一对柔性中央扣、三对柔性中央扣和刚性中央扣4种不同结构形式,计算分析了中央扣对大跨度悬索桥自振特性的影响;基于试验获得的颤振导数,采用脉冲响应函数结合Roger有理函数并利用非线性最小二乘拟合方法拟合其系数从而得到主梁断面自激力的时域表达式,随后利用ANSYS二次开发,实现了大桥颤振稳定性时域分析,研究了中央扣对颤振临界风速、颤振频率及全桥三维颤振姿态的影响规律.结果表明:不论柔性还是刚性中央扣都能够显著提高主梁纵飘振型的振动频率,其对反对称侧弯和反对称扭转频率的影响比正对称大;刚性中央扣能够大幅提高反对称扭转振型的频率.由于矮寨大桥是以一阶正对称竖弯、二阶正对称竖弯和一阶正对称扭转相互耦合的振型发生弯扭耦合颤振,因此,中央扣对颤振临界风速的影响极小,但对颤振频率与主梁三维颤振姿态有一定影响,并一定程度上有利于颤振稳定性.此外还发现当结构阻尼很低时,由于颤振频率落于固有频率分布十分密集的区域,主梁颤振状态有复杂拍振现象(间歇性颤振现象)的出现.     

静风效应对千米级悬索桥颤振的影响

在状态空间法的基础上,提出考虑静风效应的三维颤振分析方法.以驸马大桥为工程背景,采用自由振动法识别攻角从0°到6°主梁断面的颤振导数,在考虑非线性静风引起的主梁附加攻角效应以及结构动力特性变化的基础上,运用状态空间法对大桥进行三维颤振分析.结果表明:附加攻角对颤振导数有明显的影响;在颤振临界点,静风效应会使主梁附加攻角增大、结构动力特性降低;3°攻角下考虑静风效应,桥梁的颤振临界风速会降低14%.     

大跨径悬索桥静风稳定性研究

为探讨大跨径悬索桥静风稳定性问题,利用ANASYS软件建立有限元模型,分别采用二维和三维分析方法,研究了不同来流风攻角下1480 m的洞庭湖二桥和2016 m的SUDNA海峡大桥的静风稳定性能.结果表明:不同断面形式的静风稳定性能差别较大,各种非线性效应的影响不可忽略,按照二维分析方法往往高估结构的抗风性能,三维非线性静风稳定性分析更为合理;来流风攻角不同时,静风稳定性能也有所差异,与箱梁桥相比,攻角对桁架桥静风稳定性的影响更为复杂;大跨径悬索桥的失稳形态多为横向屈曲失稳或者静力扭转发散失稳.     

考虑风速空间分布的三塔悬索桥静风稳定分析

为了研究平均风速空间分布对大跨桥梁静风稳定性的影响,将风速空间分布系数引入到大跨桥梁静风稳定性计算中,建立了考虑风速空间分布的静风稳定分析方法.以马鞍山大桥为算例,分析了平均风沿展向的不均匀分布对三塔悬索桥静风失稳临界风速和失稳形态的影响.结果表明:风速非对称分布且风速最大值位于任一跨跨中时的静风失稳临界风速最低.风速非对称分布时,低风速下两跨扭转位移和竖向位移的变化趋势类似,随着风速增长,风速较大的一跨变形加剧,由于主缆的牵扯作用,另一跨只能以相反的趋势变化.风速空间分布对三塔悬索桥静风稳定具有较大影响,不可忽略.     

基于综合分析法的大跨径斜拉桥可靠性分析

鉴于目前复杂桥梁结构可靠性分析方法的局限性,提出一种新的可靠性综合分析方法。在随机有限元法的基础上,结合了几种常用可靠度计算方法的优点,能较方便得出复杂结构极限状态方程的概率分布及数值特征,进而求得相应的结构可靠度指标及失效概率,可为复杂桥梁结构的可靠性分析提供新的思路。以某大跨径斜拉桥为研究对象,采用ANSYS程序建立随机有限元模型,将结构材料特性、荷载及材料强度等参数模拟成随机变量,采用综合分析法对大桥进行可靠性分析。研究结果表明:在承载能力极限状态下,大桥斜拉索最低可靠度指标为5.89,桥塔的可靠度指标为6.37,主梁最低可靠度指标为5.29,均高于规范容许值4.7,相应最大失效概率为1.01×10-8。正常使用极限状态下,大桥跨中挠度可靠度指标高达3.43,也高于容许值,失效概率仅为3.02×10-4。表明大桥在两种极限状态下均具有较高的可靠性。     

中央扣对不同悬吊结构体系悬索桥的影响分析

为研究中央扣对不同悬吊结构体系悬索桥受力的影响,文章以西堠门大桥为背景,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS建立了计算模型,模型中主缆的跨度为578 m +1 650 m +465 m。通过比较加劲梁不同的支承形式分析中央扣对悬索桥受力的影响。     

桥塔刚度对悬索桥的影响分析

为了研究悬索桥中桥塔刚度对悬索桥整体刚度的影响,以西堠门大桥为原型,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS建立了双塔单跨悬索桥计算模型,该计算模型中跨主缆的跨度为1 650 m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同桥塔刚度（相对原型的0.7,0.8,0.9,1.0,1.1,1.2及1.3倍）情况下悬索桥受力的变化,分析桥塔刚度对悬索桥受力的影响。同时,随着越来越多的多塔多跨悬索桥的建造,笔者也研究了中间桥塔刚度变化对多塔多跨悬索桥受力的影响。     

基于区间有限元的结构广义可靠度分析

相对于只考虑随机性的狭义(或经典)结构可靠度理论,进一步考虑随机性、模糊性、未确知性的结构可靠度理论称为"结构广义可靠度",最早由王光远院士于20世纪80年代提出.本文介绍了作者所在团队近年来在结构广义可靠度理论方面所取得的一些成果.首先介绍了区间数学和区间有限元的基本概念,然后以区间有限元为工具,重点研究了3种类型不确定性情况下结构广义可靠度分析方法:第一种情况同时考虑基本变量的随机性与未确知性,未确知性以区间变量形式体现在随机变量的参数中;第二种情况为随机性与模糊性处于分离状态,即基本变量是随机的,而失效准则是模糊的;第三种情况为随机性与模糊性处于耦合状态,模糊性以模糊数形式体现在随机变量的参数中.采用区间蒙特卡罗模拟(IntMCS)技术和区间一次可靠度方法(IntFORM),提出并发展了上述3种情况下结构广义可靠度的分析方法.以一个平面桁架结构为例,展示了上述方法的适用性和有效性.     

哪吒大桥颤振稳定性验算分析

桥梁结构的颤振是扭转发散振动或弯扭耦合的发散振动,是一种气动弹性不稳定现象,并可能造成灾难性后果,在工程设计中必须充分重视。本文以四川省江油市哪吒大桥为研究对象,详细阐述了悬索桥颤振稳定性验算的方法及过程。文章计算结果已为该桥设计提供依据,对同类桥梁的颤振稳定性分析也具有重要的参考价值。     

考虑参数互相关性的滑坡抗剪强度参数可靠度反演分析

鉴于传统的确定性抗剪强度参数反演方法未能考虑岩土参数的随机性和不确定性对边坡稳定性的影响,文中将可靠度分析方法和极限分析上限法相结合,提出一种简单、实用的滑坡强度参数可靠度反演新方法,并通过工程应用实例验证了该方法的可行性和有效性.结果表明,该方法不仅考虑了岩土参数的随机性和不稳定性,还可解决单一滑动面的强度参数反演计算问题.同时,文中还分析了相关系数对滑坡抗剪强度参数反演结果及可靠度的影响,发现抗剪强度参数的互相关性会导致可靠度指标趋于保守.     

基于可靠度敏感性的2种响应面法研究边坡稳定性

文章研究结构可靠度敏感性,提出参数的相对敏感性分析方法,并基于该方法提出2种智能响应面法分析边坡稳定性.具体思路:由可靠指标对随机变量分布参数的相对敏感性分析,确定边坡可靠度主要影响参数;用2种智能响应面的网络模型近似替代响应量与基本变量间的隐式极限状态函数,根据蒙特卡罗模拟法,对网络模型进行可靠度分析,求解结构可靠度...     

地下大跨度破碎站硐室稳定性可靠度分析

根据叠加压缩拱承载结构和围岩耦合的力学特点,基于极限平衡理论建立了高应力矿区大跨度硐室工程的可靠度分析模型,利用FOSM法确定了高应力大跨度硐室的可靠度指标。通过对金川矿区破碎站硐室施工特点、地质调查和岩石力学3方面变异参数的均值及方差的计算,得到适合该矿区的可靠度指标计算式,并对金川Ⅲ矿区破碎站硐室的可靠度指标计算,其最小值为1.137。假设影响破碎站硐室稳定性的随机变量服从正态分布,则可靠度指标和失效概率存在确定的关系。根据标准正态分布函数关系式可以计算得到硐室结构的失稳风险概率小于5.87%,即该硐室稳定性可靠度大于94.13%满足硐室稳定性要求。     

岩体边坡滑动稳定的概率分析

考虑了岩体边坡滑动破坏的渐进特点，并将岩体的强度参数作为随机变量，研究了单块岩石稳定性的概率分析方法及考虑岩块间相互作用时岩体边坡整体稳定性的分析方法，提出了可靠度计算公式；最后通过算例研究了岩体强度参数的离散性对边坡稳定可靠度的影响．结果表明破坏概率与破坏转移概率密切相关，岩块间的相互作用对边坡的整体稳定性有较大的影响．     

斜拉桥非线性静风稳定性分析

文章综合考虑静风荷载与大跨度斜拉桥几何非线性影响,采用有限元方法,建立了大跨度斜拉桥非线性静风稳定性分析的有限元方程;采用增量法与内外两重迭代相结合的方法,利用ANSYS中参数化语言(APDL)编写了计算程序,对拱塔斜拉桥进行了非线性静风稳定性全过程分析;通过数值算例探讨了梁的位移随风速变化的情况以及初始风攻角对大跨度...     

基于可靠度敏感性的神经网络法研究边坡稳定性

针对边坡工程结构功能函数不能显式表达的可靠性分析问题和非线性问题计算量大的弊端．研究结构可靠度敏感性,提出参数的相对敏感性分析方法,并基于该方法提出了神经网络法分析边坡稳定性。具体思路：由可靠指标对随机变量分布参数的相对敏感性分析,确定边坡可靠度主要影响参数;用神经网络模型近似替代响应量与基本变量间的隐式极限状态函数,根据蒙特卡罗模拟法,对网络模型进行可靠度分析,求解结构可靠度指标。基于可靠度敏感性的神经网络法．对均值和成层边坡进行稳定性分析,与传统可靠度计算方法相比．结果表明：该方法分析边坡稳定性是准确的且具有较高的计算效率。     

铣削加工颤振稳定性可靠度的计算方法

铣削过程中的系统参数往往具有随机性,严重影响了铣削加工的稳定性.利用BP神经网络综合分析了随机因素对铣削加工过程的影响,提出了一种铣削加工再生型颤振稳定性可靠度计算方法.建立铣削加工再生型颤振动力学模型,使用全离散法获取铣削稳定性叶瓣图.利用神经网络拟合极限轴向切深的函数表达式,再分别使用蒙特卡罗法和一次二阶矩法进行可靠度计算.结果表明,基于BP神经网络的方法兼具高效和精确的优点.