水下系泊支撑平台非线性动力响应

针对水下系泊支撑平台在水流涡激作用下的非线性动力响应,基于水力学理论和海洋工程结构力学理论,建立流固耦合非线性动力学方程。采用伽辽金法和综合数值解法,计算了支撑平台浮体固有频率与漩涡泄放频率相近发生谐振时,系泊浮体的非线性动力响应。结果表明,第一阶振型对振动位移的贡献最大;高阶振型对振动位移的贡献依次减小,且各阶模态随时间变化呈现明显的非线性特征。高阶模态对动弯矩、动切力的贡献要远远大于对振动位移的贡献,尤其是对动切力的影响非常大。在计算动力响应时,应该多取几阶振型来保证计算精度。     

空间框架式机墩振动的计算与模型试验分析

空间框架式机墩具有结构简单、施工方便、利于机组安装和检修等优点,因而在中、小水电站得到普遍采用。对该结构的动力特性研究就更具有工程实际意义。该项试验研究是陕西省新庄水电站“机墩原型动力分析与试验研究”的组成部分。模型是原型的三分之一,模型Ⅰ采取机墩顶部自由方案,模型Ⅱ是机墩顶部加有电站厂房主梁的约束方案(实际上还有厂房楼板及风道壁的约束),这部分约束对机墩动力特性的影响目前均被许多设计和工程单位所忽略。通过对模型Ⅰ、Ⅱ的振动计算与动力试验,本文经过分析比较。得出忽略机墩顶部约束对机墩动力特性判据的定量差异。理论与试验结果均证明:机墩顶部约束不能忽略。众所周知,在水力发电工程中,如果对机墩结构各阶共振区判断错误,则将给水电站的安全运行带来不可设想的后果。模型试验是采用共振峰值法测试了机墩结构的前四阶自振频率,又分别进行了垂直水流脉动压力,水平离心惯性力、两相和三相短路电磁冲击扭矩作用时机墩结构的动力响应试验、得出了各种干挠力作用下机墩结构各测点的位移历程响应及其位移最大值。每阶段振动试验前,均对所用测振仪和传感器进行了系统配套标定,试验时仍按原仪器的配套编号测振,因此,振动试验数据是可信的。本文振动计算,是按空间有限元法进行,分别以空间梁单元和三维块体单元对机墩模型Ⅰ、Ⅱ的前十阶自振频率和动力响应均作了电算,采用SAP-5动力程序,在7760电子计算机(三机部六三一所)进行,并对计算成果作了分析讨论。本文的试验,计算成果与分析讨论,可供水力发电工程的设计与施工单位参考。     

掺气分流墩台阶式溢洪道的水流流态和流速特性

通过模型试验，研究了掺气分流墩台阶式溢洪道的流流态和流速特性。结果表明：此种消能工能改善台阶式溢洪道的水流流态，大幅度地减小水流流速。在试验范围内，掺气分流墩台阶式溢洪道的流速较相应光滑溢洪道减小了18．4％－68．3％，较相应的台阶式溢洪道降低了6．8％－54．0％。     

大跨屋盖结构风效应的风洞试验与原型实测研究

以广州国际会展中心为工程案例,进行了刚性模型风洞试验和有限元模态分析,在此基础上计算了屋盖的风致位移响应,结果表明,对于屋盖风振响应影响最大的因素是结构的基阶振型,其次才是风荷载;随着阻尼比的增加,位移响应谱的共振峰得到了有效平抑,峰值位移响应也随之减小.基于现场实测,提出功率谱点积识别大跨屋盖结构竖向整体振动固有频率的方法,并与有限元计算结果进行了对比分析,实测得到的前4阶固有频率与振型均能与有限元模型较好吻合,其中基阶固有频率的相对误差仅为0.3%,证明了该方法的有效性.     

高层建筑结构地震响应问题的ANSYS分析

为深入探讨高层建筑的动力响应问题,以15层高楼为例,运用大型有限元分析软件ANSYS,分析了高层建筑结构的动力特性,建立三维空间板梁结构有限元模型,计算了结构的固有频率和固有振型.用时程分析的方法研究了常遇烈度、设防烈度和罕遇烈度地震载荷作用下顶层的最大位移响应,三种烈度的最大位移分别为6.080 6、21.010 3和29.041 5 mm.结果表明:地震烈度越大,结构的动力响应越大.三种烈度下的结构最大层向变位角均出现在第三层,说明第三层为整个结构的薄弱层,为工程抗震设计提供了参考依据.     

栅控电子枪部件的模型修正方法

在进行结构动力分析时,建立具有尽量精确的动力特性如固有频率及固有振型的计算模型是十分重要的,计算模型的正确与否直接影响进一步动力分析(如瞬态动力响应、谐分析和谱分析)的计算结果.但是通过实验得到的固有频率及固有振型实测结果与有限元模型的计算结果通常都存在偏差,因而有必要在实测结果的基础上对有限元计算模型进行修正.以栅控电子枪部件为对象,讨论了结构系统模态分析中的模型修正的一些方法.并运用这些方法对栅控电子枪部件实施计算想的振型与固有频率及相应振型.     

台阶式溢洪道水力特性计算方法分析

提出单纯台阶式溢洪道的水力设计方法。对比分析了台阶式溢洪道的水流流态、自掺气发生点以及消能效果,推荐Yasuda公式作为滑行水流和跌落水流界限的判别式,提出了自掺气发生点和消能率的统一计算公式,给出了台阶段水面线的计算方法。所得成果可以作为单纯台阶式溢洪道的工程设计参考。     

用附加动量理论分析掺气分流墩与消力池联合消能机理

用“附加动量”水跃理论分析了掺气分流墩与消力池联合应用的消能机理，用跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数，估计新增消能设施的经济效益。并通过模型试验验证了消能的理论分析，计算了新增设施的消能量、跃后水深、水跃长度或单宽水跃容积减少的百分数。结果表明，采用掺气分流墩设施，可增进消力池的消能作用，并取得显著的经济效益，达到了附加动量水跃理论所预期的效果。     

掺气分流墩水舌射距的计算方法

依据自由抛射理论,探讨了掺气分流墩水舌射距的计算方法。该计算方法亦可应用于其它挑流式消能工射距的计算。计算结果证明,该计算方法精度高,误差小。     

墩身高阶振型对高墩地震反应影响

采用增量动力分析的方法,全面讨论了墩身高阶振型对桥梁结构地震反应的影响.首先分析了现有规范中的桥梁抗震设计方法应用于高墩的局限性;随后采用了增量动力分析方法,在考虑墩身高阶振型效应的情况下,对高墩桥梁结构在地震作用下的性能进行了研究.结果表明:由于墩身高阶振型贡献,高墩在强震作用下可能沿墩身产生多个塑性区域;墩顶位移与墩底曲率不再同步变化,高墩墩顶极限位移不能采用规范中的方法进行计算;高墩墩身的地震剪力及弯矩需求也会由于墩身高阶振型的显著影响而变得十分复杂.最后提出了针对高墩抗震设计的一些改进措施.     

双柱墩弹塑性位移能力简化计算方法

在目前单柱墩延性能力研究的基础上,通过分析动轴力和塑性铰机制对双柱墩弹塑性位移能力的影响,得出双柱墩弹塑性位移能力简化计算方法,并对该简化计算方法进行误差分析.结果表明:双柱墩墩顶简化计算屈服位移较推倒(Pushover)分析的屈服位移略大;当双柱墩轴压比为5%~20%、长细比为5~10时,简化计算破坏位移误差在20%内.随着长细比的增加和轴压比的减小,简化计算墩顶破坏位移小于Pushover分析的破坏位移,因此该简化计算方法的结果是偏安全的.     

地震表面波引起高桥墩的动力屈曲分析

考虑大变形的影响,建立高桥墩在地震表面Rayleigh波引起的地基椭圆运动时的非线性动力学基本方程式.通过位移形函数假设,采用伽辽金积分方法得到了时间变率的动力学控制方程.对时间变率的非线性微分方程进行数值求解,给出了同一地震波不同强度下高桥墩的位移响应曲线以及从产生横向振动到失稳的全过程,得到了地震波冲击时高桥墩失稳的临界地震加速度和失稳时刻.通过数值算例比较了地震波幅值、高桥墩柔度以及桥面质量大小对位移幅值响应曲线、临界地震加速度和失稳时刻的影响.     

多点地震输入对桥梁动力反应的影响

根据拉格朗日方程推求了多点地震动输入时对三跨简支梁桥的地震动力反应计算公式,并编制了龙格-库塔法数值求解程序。分析与计算结果表明多点地震输入比一致地震输入下墩梁之间的相对位移大,当Δ=0.1s 时,η值可达4.96倍。纵梁质量、等效阻尼系数、桥墩截面刚度对墩梁相对位移有较大的影响,在大跨度桥梁结构设计时,有必要综合考虑三者的影响,选择最优组合,避免发生落梁破坏。     

临时墩对三塔斜拉桥最大双悬臂抖振控制研究

针对某三塔斜拉桥的工程问题,通过三维风致响应数值分析和气弹模型风洞试验分别对该桥最大双悬臂施工状态在设计基准风速下的抖振响应进行了对比研究,结果表明：2种方法得到的结构抖振响应较为接近,验证了数值计算方法的准确性;悬臂端部竖向抖振响应较大,应采用设置临时墩方法对其进行控制.通过三维风致响应数值分析方法对该桥最大双悬臂施工状态下不同临时墩布置位置对抖振响应的影响进行了研究,并同无临时墩结果进行比较,结果显示：临时墩使长悬臂端部竖向抖振极值响应大幅度下降,扭转位移略有降低,侧向位移却有增大;随着临时墩位置的改变,双悬臂结构的竖向和侧向抖振极值响应变化均很小,扭转位移的波动幅度为27%,但扭转位移均值不大,最大双悬臂结构抖振极值响应对临时墩布置位置不敏感,当临时墩距桥塔达到一定距离时,可参考结构抗风之外如河床地貌、经济等因素合理布置.     

附加可更换阻尼器装配式桥墩的抗震性能

为减轻灌浆套筒装配式桥墩的地震损伤，尽快恢复震后桥墩使用功能，在常规灌浆套筒装配式桥墩的基础上，提出一种在桥墩墩底连接处设置可更换阻尼器的改进方案。采用数值模拟方法对常规灌浆套筒装配式桥墩和附加阻尼器灌浆套筒装配式桥墩进行对比分析，研究附加可更换阻尼器装配式桥墩的抗震性能。结果表明，灌浆套筒装配式桥墩安装可更换阻尼器后，水平承载力提高了10%,累积耗能提高了27%,桥墩墩底连接处的损伤减轻，其中最大残余位移减少了19%,桥墩抗震性能提高，对桥梁韧性抗震研究具有一定参考意义。     

辅助墩对大跨斜拉桥在地震作用下的影响——以禹门口黄河公路大跨斜拉桥为例

斜拉桥属于高次超静定柔性结构,辅助墩的设置会改变其结构的受力和变形,对塔顶位移、塔根弯矩、主梁挠度和弯矩等均有一定的影响.为了研究辅助墩的设置数量对大跨度斜拉桥地震响应的具体影响规律,依托陕西禹门口黄河公路大桥工程,采用数值分析的方法,用有限元分析软件CSiBridge对该斜拉桥建立3种方案的有限元模型,即无辅助墩方案、一个辅助墩方案、两个辅助墩方案.在3种方案下利用动力反应谱分析法和时程分析法进行地震作用下的主塔及主梁关键截面内力及线形分析,得到在不同方案下的变化特点.综合两种方法分析结果,辅助墩的设置会增加该类桥型的塔底和主梁弯矩,但对主梁位移有所改善,可见辅助墩的设置对该类型桥梁地震响应的影响有利有弊.     

船桥碰撞中桥梁的力学机理及损伤分析

船桥碰撞事故时,船舷对桥墩的冲击力以及由此引起桥墩、墩柱和桩基的动态变形,可以通过大型非线性动态响应分析程序MSC-Dytran有限元数值仿真全程再现。以一艘4万t载重量球鼻船艏与某长江大桥桥梁碰撞为例,演示了数值仿真计算的过程,获得并分析了船桥碰撞力、能量转换以及桩基、承台和塔柱的冲击响应的一般规律和特点,可为桥梁设计、维护和损伤评估等提供理论依据。     

轻型墩桥梁结构被动控制研究

针对地震作用下轻型墩墩顶位移控制设计问题，提出采用多重调谐质量阻尼器（MTMD）对其位移进行控制，以降低对轻型墩的延性要求．首先将被控结构简化为单自由度体系，建立结构-MTMD系统力学模型和运动方程，分析MTMD各设计参数对动力放大系数的影响规律．在此基础上，针对某一轻型墩桥梁设计MTMD，进行不同地震波作用下的减震时程分析，并与调谐质量阻尼器（TMD）的振动控制效果进行比较．     

滑动支座摩擦效应对连续梁桥地震响应影响

以1座跨度为(55+4×90+55)m的预应力混凝土变截面连续梁桥为研究对象,采用ANSYS软件建立桥梁动力分析模型.选取3条人工地震波作为地震动输入,基于动力非线性分析方法,考虑摩擦效应,分析盆式橡胶支座连续梁桥非固定墩的地震响应和支座的滞回性能,并与未考虑摩擦效应的地震响应进行比较.结果表明:非固定墩处的盆式橡胶支座在地震作用下形成了规则、饱满的滞回曲线,形状近似为矩形;相对未考虑盆式橡胶支座摩擦效应的模型,考虑支座滑动后,固定墩墩底顺桥向弯矩、剪力分别降低了25.91%、27.41%,固定墩墩顶顺桥向位移和非固定墩墩梁相对位移分别降低了26.15%、25.59%;对于多跨长联连续梁桥,滑动支座数量多且反力大,若不考虑滑动支座的摩擦耗能,桥梁结构地震响应结果偏大,抗震设计偏于保守.