阻尼器支架刚度对悬索桥吊索减振效果影响的数值研究

采用数值方法,研究了阻尼器支架刚度对悬索桥吊索减振效果的影响.首先,将阻尼器支架简化为弹簧振子模型,建立了吊索-阻尼器-支架系统的自由振动偏微分方程组.其次,对不连续的狄拉克函数进行近似处理,采用有限差分方法对该方程进行数值离散求解,研究了阻尼器支架刚度对无量纲阻尼比曲线、可实现的最优阻尼比及其对应的最优阻尼系数等的影响,研究了阻尼器支架模态质量的影响,并与相关文献结果进行比较.研究结果表明,随着阻尼器支架刚度的减小,能实现的最优阻尼比减小,对应的最优阻尼系数也减小,会影响阻尼器效率;另外,各阶模态的无量纲阻尼比曲线不一致,不能采用统一的无量纲阻尼比曲线来设计阻尼器参数;阻尼器支架的模态质量对阻尼器效率影响很小.     

限位吊索对三跨连续悬索桥静动力特性的影响

为研究限位吊索对大跨缆索桥梁结构静动力特性的影响,以某非对称三跨连续悬索桥为工程背景,建立了大桥有限元模型,并通过实测验证了模型的正确性,探究了限位吊索对大桥主缆线形、主梁线形及动力特性的影响.研究结果表明：限位吊索可协调三跨连续悬索桥边跨过渡墩处主缆与主梁的竖向变形,使得结构具有合理的应力分布;当一侧不设限位吊索时,主缆最大变形可达355.7 mm,同时引起其余吊索发生应力重分布,使得边跨主梁产生最大正向变形值,并在另一侧边跨产生最大负向变形值;当全桥均不设限位吊索时,主缆与主梁两侧变形均达到最大值,应力重分布呈对称分布;限位吊索主要影响三跨连续悬索桥前3阶竖弯模态频率,设置限位吊索可略微提高结构的竖向刚度.     

桥塔尾流区长吊索风振特性及其影响因素分析

针对悬索桥近塔处吊索突出的风振问题,开展桥塔尾流区长吊索风振特性及其影响因素研究.基于嵌套网格技术,建立桥塔尾流区长吊索计算流体动力学分析模型,开展了长吊索风振特性分析,并研究了吊索与桥塔距离、吊索阻尼比、折算风速等因素对桥塔尾流区吊索风振响应的影响.研究结果表明,桥塔截面尺寸较大,旋涡脱落频率低,易使长吊索发生大幅振动,且横风向振动尤为显著;塔后吊索横风向振幅随距桥塔的距离呈现先增加后减小的规律;增加阻尼比可有效抑制桥塔尾流区吊索振动响应,对横风向振动的抑振效果比顺风向振动更为明显;主塔尾流引起的长吊索风振响应随折算风速的增加呈现先增大后减小的规律,且当折算风速在4.5～5.5之间时振动最为显著.     

阻尼器对悬索桥吊索扭转振动控制效果的数值研究

刚性分隔器对悬索桥吊索各索股的相对振动可起到很好的控制效果,但吊索可能会发生较大的整体振动,包括平动和扭转振动.采用ANSYS有限元软件,以某桥的四索股吊索为工程背景,分别建立了3种索股-刚性分隔器-阻尼器计算模型,并进行了自由振动分析,研究了理想状况下的吊索扭转模态的无量纲阻尼比曲线特征,研究了阻尼器支架刚度、阻尼器刚度对阻尼器效率的影响.研究结果表明,四索股-刚性分隔器-阻尼器体系不同扭转模态的无量纲阻尼比曲线不重合,不同扭转模态的阻尼器设计不能采用同一条无量纲阻尼比曲线进行设计;随着阻尼器支架刚度的减小,能实现的最优扭转模态阻尼比减小,对应的最优阻尼系数也减小;随着阻尼器刚度的增大,能实现的最优扭转模态阻尼比减小,对应的最优阻尼系数线性增大.     

基于频率法的自锚式悬索桥吊索力测试与分析

为准确获取自锚式悬索桥体系转换中的吊索力,采用频率法对南京夹江桥进行吊索力测试.通过部分具有代表性的吊索的压力环测试读数验证了所采用的吊索参数和吊索力计算公式的精度与实用性,提出了吊索自振频率的确定方法,重点分析讨论了空间吊索面内、面外振动,吊索计算长度的选取等因素对索力测试精度的影响.测试结果表明,面内振动受桥面施工影响较大,根据拉索面外振动可以更好地确定拉索基频,从而准确测出拉索内力;同时,应充分考虑减震器和刚性锚头等因素对吊索计算长度的影响,其选取不当会造成测试结果的极大误差.     

大跨度斜拉桥下击暴流风致振动响应实测

以苏通长江公路大桥为工程背景,针对该桥风致振动响应监测系统实测的一次下击暴流风与桥梁结构振动加速度响应实测数据,对该桥在一次雷暴天气下风速、风向及主梁振动响应进行研究.首先,对桥位处下击暴流实测风速、风向数据进行分析,获得了该桥主梁跨中、桥塔塔顶处下击暴流风的时变平均风与脉动风特性;然后,对下击暴流作用下主梁风致振动加速度响应数据进行分析.结果表明:在下击暴流作用下,该桥主梁与塔顶高度处风速发生了明显突变,持续时间约为10～24 min;主跨跨中主梁外侧边缘处下游、上游侧最大瞬时风速分别为32.4 m/s和27.3 m/s,南、北桥塔塔顶高度处最大瞬时风速分别达60.5 m/s和62.9 m/s.主梁高度处30 s时距湍流度约0.048～0.32,10 min时距湍流度约0.43～0.51;主梁下游与北塔处折减脉动风速符合高斯特性,其功率谱与Burlando等学者的实测结果吻合较好.主梁跨中附近(即NJ26D、NJ32D拉索锚固处)发生了较为明显的短时竖向与横桥向振动,相应加速度响应幅值分别为0.25 m/s2和0.10 m/s2,对应位移幅值分别为0.12 m与0.03 m;主梁竖向振动响应明显大于横桥向振动响应,主梁竖向振动主频为0.183 Hz,与主梁全桥一阶正对称竖弯振型频率0.174 Hz接近;横桥向振动主频为0.117 Hz,与主梁全桥一阶正对称侧弯振型频率0.0975 Hz接近.     

新疆大学图书馆大跨度钢梁施工监测与分析

以新疆大学博达校区图书馆为背景工程,选取结构中一大跨度钢梁进行施工期间的现场实测及定性、定量分析。从施工中温度作用对结构安全性影响与结构构件对温度作用敏感程度两方面入手,采用有限元软件MIDAS/Civil进行温度效应分析。通过对7种荷载工况进行数值模拟得出：温度作用对结构应力影响较大,构件对于升温作用的敏感程度要大于降温作用的敏感程度;并通过引入温度应力响应程度这一参数进行了定量分析。最后通过对比数值模拟与实测数据处理得到的温度线性系数验证了有限元分析方法的准确性,并通过相关性分析验证了实测数据处理方法的可行性。     

悬索桥吊索断裂动力响应分析的有限元模拟方法研究

为精确模拟吊索断裂动力过程,基于拆除构件法,对模拟悬索桥断索动力过程的数值方法展开研究.以某自锚式悬索桥为工程背景,详述了三种悬索桥吊索断裂动力过程模拟方法(瞬时刚度退化法、瞬时加载法、等效卸载法)的机理和特点,并对影响结构断索动力响应的因素展开分析.研究表明:采用瞬时刚度退化法模拟悬索桥吊索断裂动力过程简单有效;悬索桥断索后结构的动力响应与限元分析模型中是否包含失效吊索单元、断索持续时间、断索过程中吊索拉力损失变化关系以及断索工况等因素密切相关.     

超大跨度悬索桥涡激振动响应与振动控制

超大跨度钢箱梁悬索桥的结构阻尼和刚度较小,其竖向模态频率低且密集,随风速变化加劲梁可能先后发生多次涡激振动。首先针对某超大跨度悬索桥,进行有限元建模和动力分析。为研究悬索桥多模态涡激振动响应机理和有效抑振措施,在忽略气动刚度和气动阻尼影响时,通过简化Scanlan经验非线性涡激力数学模型得到简谐涡激力数学模型。然后以各竖向模态涡振最大位移响应为优化目标,基于液体黏滞阻尼器参数敏感性分析和调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)参数优化设计方法,分别确定阻尼器参数和TMD参数。最后探讨了黏滞阻尼器耗能系统控制悬索桥多阶竖向模态涡振的可行性,详细分析了TMD系统控制涡激振动的效果。结果表明：在塔梁间设置黏滞阻尼器对各竖向模态主要起振区域的涡振位移控制效果不理想;TMD系统能有效抑制常遇风速范围内加劲梁的多阶竖向模态涡振响应,将最大振幅严格控制在容许值以内,提高了加劲梁抵抗涡振变形的能力。     

空间索形悬索桥吊装施工过程分析方法

以主缆与吊索的下料长度、索夹安装位置为联系,构建吊索下端力矩阵,并建立各个施工阶段临时体系相互独立的平衡方程.分别采用考虑重力的多段二力杆、分段三维悬链线来分析空间索的双向垂度特征,并提出了2种主梁吊装过程的解析解.利用数值迭代法,实现不依赖于前行施工阶段,独立求解任一工况的物理状态.算例分析表明,该方法对施工状态的实时变动能迅速作出响应,适合施工过程的实时监控与技术决策分析.     

悬索桥吊杆风致内共振及减振措施初探

基于现场观测,对特大跨度悬索桥吊杆风致振动现象进行了定性分析,排除了尾流驰振、涡激共振以及风雨激振的可能性.通过数值模拟和理论分析,表明这是一种主缆抖振引起的吊杆共振现象.随机风场激起主缆的随机抖振,而主缆的抖振含有丰富的模态成份,当吊杆的自振频率与具有一定抖振能量的主缆模态的频率充分接近时会激发吊杆的共振.因此,从来流紊流风场中获得能量的是主缆而非吊杆自身.由于与主缆的模态质量相比,一根或几根吊杆的模态质量很小,因此吊杆大幅振动吸收的能量并不会对主缆的振动带来实质性的影响,从而可形成一个相对稳定的能量供给机制.此外,在主缆上加设TMD抑制主缆在吊杆自然频率附近的振动,对吊杆风振有明显的抑制效果.     

空间缆索悬索桥的主缆线形分析

用空间分析模型 ,考虑了主缆和吊索的耦合效应和鞍座的影响 ,采用数值解析法对空间缆索悬索桥成桥状态和空缆状态主缆线形进行分析 ,然后通过算例验证了所提方法的正确性 .计算表明 ,该方法具有使用方便、计算速度快、精度高等优点 ,并适用于多跨空间缆索悬索桥、纵桥向斜吊索及常规悬索桥     

斜拉桥气弹模型拉索振动数字摄影测量技术

利用数字摄影测量的方法,在斜拉桥全桥气弹模型风洞试验中对拉索结构实现振动位移的动态测量.介绍了该方法的基本原理,并通过某斜拉桥进行了实测研究,获得了该桥气动失稳状态时的拉索振动形态,为桥梁颤振发散机理的研究提供了直接依据.讨论了拉索位移测量方法的误差,并提出改进测量精度的对策.     

自锚式悬索桥空间主缆线形的计算方法

基于空间分析模型,研究了自锚式悬索桥空间主缆线形的精确计算方法,根据主缆在吊杆之间的各索段在自重作用下呈悬链线,推导并研究了空间主缆在吊杆力作用下坐标的迭代计算方法.根据主缆空间线形及其理论交点,确定合理的鞍座位置,根据主缆无应力长度不变的原则,确定主缆的空缆线形.基于上述理论,以某空间缆索自锚式悬索桥为例,进行了详细的分析,给出了主缆无应力长度、鞍座位置、鞍座预偏量等,确定了该桥的合理成桥状态及空缆状态时的线形.算例分析表明:空间缆索自锚式悬索桥主缆线形计算方法是正确、可行的.     

空间索形自锚式悬索桥初始平衡状态分析

通过缆索系统与塔梁系统的整体分析,对空间索形自锚式悬索桥的初始平衡状态展开研究.主要研究空间缆索系统的吊索——主缆耦合特性,以及自锚式的自平衡特性.先建立空间缆索竖平面为抛物线、水平面为节段线的简化模型,结合最小势能原理推导了解析简化公式.后采用Steffens-Newton法求解耦合的缆索真实模型,结合有限元给出全桥平衡态的数值迭代方法,并编制了程序SASB-IESA.两种算法分别求解算例,对比了二者精度,指出其各自适用性.     

景观悬索桥装饰缆索的找形与内力计算

景观悬索桥的装饰缆索不参与主结构受力,但却是桥梁不可分割的一部分.为保证其成桥后主缆及吊杆线形,必须有一定的内力与主桥相匹配.提出了一种针对悬索桥装饰缆索的找形及内力计算方法,首先建立主缆模型,并将各吊杆作用简化为竖向约束,计算各区段缆索拉力及吊杆的张力,进而通过主缆及吊杆的适宜张力计算其下料长度.结合新疆某景观悬索桥实例,利用MIDAS/Civil建立主缆局部有限元模型,计算主缆、吊杆张力及理论下料长度,并对其进行风振激励下的动力特性验算.按该方法计算的下料长度及拉力进行施工,成桥后各方面均可满足要求.     

考虑抗风索作用的简易吊桥动力响应分析

简易吊桥作为非永久性使用桥梁,往往忽略动力特性分析。基于云南怒江某简易吊桥,建立动力特性及地震响应分析模型,分析了有无抗风索作用下的吊桥模态情况及内力、位移分布特性等。结果表明,在有抗风索的情况下吊桥自振频率明显提高,地震荷载作用下的主梁受力性能及位移约束大大改善。     

大跨度斜拉桥在车辆动力加载作用下的振动响应计算与监测

大跨度斜拉桥形式多样,结构轻柔,动力响应明显。为研究车辆动力加载作用对大跨斜拉桥的影响,基于健康监测系统长期监测数据建立车辆-桥梁动力相互作用分析模型,并编写相应计算程序。以福州市青洲大桥为工程背景,对随机车流进行模拟,考虑不同车辆类型及随机车流动态加载作用,建立车辆-桥梁动力平衡微分方程,验证车桥耦合振动模型,计算不同工况下由车辆载重、车距、车速等汽车荷载引起的桥梁振动响应。研究结果表明：车辆载重是影响桥梁位移变化的重要因素;控制行车间距有利于控制桥梁位移;行驶车速的提升和车辆数量的增加会在一定程度上引起主梁振动响应的加剧。研究成果可为大跨度斜拉桥的结构设计以及安全运营提供参考。