变截面桥墩复合振动基频近似算法

为了快速准确地估算出桥墩的振动基频,在瑞利法和Southwell频率合成法的基础上导出了变截面桥墩复合振动基频的计算公式.将基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成,其中惯性元为墩身分布质量和墩顶集中质量;复原元包括基础变形、墩身弯曲和剪切变形.然后用有限元建模来验证该方法,并分析了不同变截面系数和墩顶附加质量比对桥墩基频的影响.计算结果表明,导出的公式与有限元计算结果很接近.该方法适用于各种基础类型的桥墩和高耸结构基频的估算.     

高耸工程结构基础约束刚度识别方法

在Rayleigh能量法和Southwell频率合成法的基础上导出了高耸工程结构复合振动基频计算公式,将基频表示成各惯性元和变形元所组成子系统的频率合成.在此基础上建立了结构基础约束刚度的识别方法,该方法利用结构固有基频和地基约束刚度的关系,只需测出结构顶端加载前后2种状态下的振动频率就可以估算出基础约束刚度.同时用标准实验证明了该方法的正确性.高耸工程结构复合振动基频计算公式计算简单,精度高,特别适用于识别桥墩和各种高耸建筑的基础约束刚度.     

考虑基础-墩-梁的大跨度连续刚构竖向振动特性分析

以某大跨度连续刚构桥为背景,采用有限元分析软件Midas/Civil,建立了不考虑基础作用和考虑基础作用两种整体计算模型,对比分析了基础(桩土效应)对大跨度连续刚构桥竖向振动特性的影响,并通过改变两种模型的桥墩设计参数,定量地分析了在对大跨度连续刚构桥竖向振动特性分析时桥墩对基础的考虑与否的影响规律。计算结果表明,考虑基础作用会使结构的整体刚度降低,竖向自振频率减小,且对全桥竖向振型有一定的影响;随着墩高的增加,连续刚构桥的竖向基频不断减小,基础的作用越小;当墩高大于30m时,基础对连续刚构桥竖向振动特性的影响较小,在对大跨度连续刚构桥进行竖向振动特性分析时可不考虑基础的作用;而当墩高小于30m时,基础的影响较大,应该考虑基础的作用;随着桥墩截面尺寸的加大,连续刚构桥的竖向基频会增大,且相对于墩高的改变,截面尺寸的变化对连续刚构桥进行竖向振动特性分析时基础的考虑与否影响不大。     

在用简支梁桥横向地震动研究

为了研究在用简支梁桥的抗震性能,将弹性基础上桥墩的总变形分为三部分,即桥墩自身的弹性变形、基础转动和平动所产生的变形;以该变形曲线作为桥墩的振型函数,利用Lagrange方程推导了任意跨简支梁桥的横桥向地震振动方程,得到了相应的基频和振型参与系数的计算公式,在此基础上给出了包含地基综合参数在内的地震力的求解方法.利用冲击力锤法对室内模型桥进行了模态试验.试验结果表明:实测频率值与理论振型计算的频率值相差在5%以内,将桥墩的静力挠度曲线作为桥墩的振型函数是可行的;该计算方法可供简支梁抗震评估参考.     

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.     

基于简化模型的铁路桥墩健康状态快速评估方法及应用研究

针对存在墩梁耦合效应的重载铁路多跨简支梁桥桥墩健康状态评估问题,以重载铁路多跨简支梁桥为研究对象,推导了梁体等效集中质量的计算公式,提出了多跨简支梁桥桥墩简化模型,进而建立了一套基于简化模型的铁路多跨简支梁桥桥墩健康状态的评估方法 .并以南排河特大桥为试验对象,探究了该方法在实际工程中的应用情况.结果表明：锤击激励和环境激励下梁体振型等效集中质量系数计算值差异很小,其计算方法不受外部激励的影响;提出的单墩简化分析模型可以较好地等效局部墩梁体系的振动;基于模态频率和振型构建的模型修正方法可以实现桥墩墩身刚度与基础约束的定量评估;整体和局部健康评估结果均表明南排河特大桥4号和5号墩服役状态良好,该快速评估方法能够准确反映桥梁健康状态,具有良好的实用价值.     

考虑垂度及抗弯刚度影响的斜拉桥索力测试

基于轴向受力梁的振动微分方程,提出同时考虑拉索垂度及抗弯刚度的拉索振动非线性微分方程,并引入多尺度法求解拉索非线性振动问题,得到拉索频率与索力的非线性关系式.对拉索非线性振动频率的公式进行分析,研究初始条件、索力、抗弯刚度及拉索的几何特性对基频的影响,建立索力计算的实用公式并对公式的适用范围进行讨论,将其与目前索力计算公式及有限元分析结果进行比较.结果表明:所获得的基频计算公式简单实用,能同时考虑拉索抗弯刚度与垂度的共同影响,满足精度要求.     

铁路实体桥墩横向振动规律

我国铁路桥梁检定规范中,以墩项横向振幅作为桥墩横向刚度的控制指标,但计算公式中所考虑的影响因素不是很全面,不能很好地反映桥墩横向振动的规律.本文针对铁路实体墩进行了大量的统计分析,以墩顶横向振幅最敏感的综合指标为变量,从试验和理论两方面研究了铁路实体桥墩横向振动的内在规律,并将实测值和理论值与"检规"通常值进行了比较.研究表明,仅与桥墩尺寸有关的"检规"通常值未能反映梁墩体系共同振动的特性,墩顶横向振幅的限值应与梁墩体系的结构特性有关,在后续研究中应制定更合理的桥墩横向刚度检定标准.     

基于能量原理的框架桥墩地震力分析

用Lagrange方程导出了框架桥墩地震振动方程，并给出了相应的基频和振型参与系数的近似计算公式。根据框架桥墩结构特点构造基本振型函数，将框架桥墩的横向总变形分解为墩身的弹性变形与基础转动和平动所产生的刚体位移的叠加，其中弹性变形由墩顶水平推力和约束力矩联合产生。分别讨论了横向设置防震限位构造与不设限位构造对框架桥墩地震力的影响。研究表明，现行公路桥梁抗震规范方法计算值偏小。本文方法适应于各种基础类型的桥墩，对新抗震规范修订具有参考价值。     

既有桥梁墩台自振频率测试的冲击振动试验法

提出了一种测量既有桥墩自振频率的新方法,即冲击振动试验法(IVTM).该方法是用重锤击打桥墩,测量桥墩顶部的响应并对其进行傅立叶解析,通过比较响应的幅值谱和相位谱来确定桥墩的自振频率.试验时可仅在墩顶布置一个传感器,因而试验相对较简单,试验费用较低,可以用来方便准确地对大量桥墩进行测试.     

高速铁路桥梁圆端形墩地震反应数值分析

以高速铁路简支桥梁圆端型实体墩为工程背景,建立了2种有限元模型计算桥墩的弹塑性地震反应,一种是包括桥墩的杆系单元全桥体系模型,可以考虑列车荷载的影响;另一种是单墩实体模型,用以分析桥墩的地震响应;基于2种有限元模型和弯矩-曲率关系程序,分别计算了不同车速、墩高、地震作用组合和有车/无车等工况下桥墩的弹塑性地震响应.计算结果表明,随着地震强度的增加,桥墩的地震响应呈上升趋势,车速、墩高的增加对桥墩地震响应的影响不呈线性增长关系,地震频谱特性对桥墩地震反应影响较大;罕遇地震作用下墩底进入弹塑性状态,给出了适合低配筋率桥墩塑性铰区箍筋加密长度简化计算公式.     

弹性转动约束边界组合梁高腹板加劲肋设置

通过构建组合梁腹板的转动约束边界计算模型,采用里兹能量法推导了弹性转动约束边界刚性加劲和柔性加劲状态下加劲板的屈曲应力计算公式.在此基础上,获得组合梁受边界约束影响的纵向加劲肋临界刚度和最优位置的计算公式.理论推导结果与有限元分析结果符合良好,证明本分析方法正确.结合算例对本方法和现行规范进行对比分析,结果表明:采用本方法设计钢-混组合梁高腹板纵向加劲肋,相比现行规范可以显著提高腹板屈曲荷载,有效降低材料消耗,更具经济性和合理性.     

考虑墩顶约束作用的桥墩船撞力学模型及其响应

在考虑上部主梁对桥墩墩顶约束及基础约束作用的基础上,建立了边界条件合理的船舶与桥墩撞击理论力学模型,采用Laplace正变换和Crump逆变换,对该动力控制微分方程进行理论求解并分析撞击力与位移响应。将理论计算结果与欧洲规范以及未考虑墩顶约束的悬臂墩模型计算值进行了比较,结果表明考虑被撞桥墩墩顶受上部结构的约束作用对撞击响应的影响较为显著。分析上部主梁结构等效约束刚度与被撞桥墩船撞力及墩顶位移的关系并与欧洲规范和铁路规范进行了比较。建立了峰值撞击力简化计算公式,该公式在欧洲规范的基础上增加考虑了桥墩侧向刚度、船舶质量及船艏刚度等因素,与其他规范公式在改变不同参数的情况下进行了比较,验证了其具有较好的适用性。     

高桥墩几何非线性分析的能量法

考虑地基弹性变形影响,用能量法对高桥墩进行几何非线性分析。在基础弹性约束下,墩身的形函数用墩自身弹性变形与基础平、转动产生的刚体位移之和来构造。算例计算结果表明,对弹性地基高桥墩的设计计算,几何非线性及地基弹性变位的影响均不可忽视。     

不同曲率下预应力斜墩曲线连续刚构桥施工过程变形分析

桥墩横向变形是曲线连续刚构桥产生径向位移和扭转变形的主要原因,为探究预应力斜墩对曲线连续刚构桥施工过程变形的影响规律,通过矩形斜墩在曲梁偏压和桥墩预应力作用下墩顶横向位移和转角计算公式的理论推导,阐释了预应力斜墩在曲线连续刚构桥悬臂施工过程中变形的主要规律;以实际工程为背景,通过不同曲率半径的曲线连续刚构桥数值模拟分析,研究了曲率半径对该类桥梁各施工荷载作用下空间变形的影响规律.结果表明:斜墩的斜腿构造和预应力对减小曲梁的径向位移和扭转变形作用明显;最大悬臂状态曲梁的径向位移和扭转变形由悬臂根部向悬臂端先增大后减小,且峰值随曲率半径的减小而向桥墩靠近;直线连续刚构桥的径向位移和扭转变形产生于桥墩的横向变形,而曲线连续刚构桥还包含了曲梁自身的径向位移和扭转变形.预应力斜墩曲线连续刚构桥施工过程变形复杂,桥梁施工控制尤其需要关注其径向变形和扭转变形.     

高墩-群桩体系临界荷载计算

考虑桩-土相互作用对上部高桥墩稳定性的影响,基于力效相等原则,通过力法原理,将群桩基础进行等代以模拟桩土作用,导出了单肢高墩-群桩体系在竖向荷载作用下的屈曲临界荷载计算公式.通过工程实例验证了本文方法的可行性,分析了桥墩刚度和高度对体系稳定性的影响.结果表明:桥墩的刚度和高度是影响体系屈曲性能的两个重要因素,但当墩高及其刚度值超过某一界值,体系的临界荷载趋于一定值,即结构的屈曲破坏不是一个材料破坏的问题,而是体系存在一最优墩桩刚度比和长度比,使得墩-桩-土三者共同工作最协调.     

考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震分析模型

基于OpenSees数值分析平台的纤维梁柱、剪切弹簧和转动弹簧单元,建立了考虑桥墩剪切破坏的不规则桥梁排架抗震数值分析模型.其中纤维梁柱单元模拟桥墩、盖梁弯曲变形,剪切弹簧单元模拟桥墩剪切变形,转动弹簧单元模拟纵筋拔出变形.基于圆形截面桥墩抗震试验结果,并结合数值分析手段建立了桥墩剪切破坏时塑性铰区转角计算公式.并以此公式为基础,监测数值模型中桥墩剪切破坏,剪切破坏前桥墩以弯曲反应为主,剪切破坏后桥墩侧向强度和刚度发生显著退化.最后以3座实际不规则桥梁排架为工程背景,进行了排架横桥向地震作用下的滞回性能分析.研究表明,所建立的抗震分析模型可有效模拟由于桥墩剪切破坏造成的强度和刚度退化,为不规则桥梁结构抗震性能分析提供了依据.     

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。     

考虑地面转动分量的双向偏心隔震结构减震性能分析

针对双向偏心结构,考虑地面转动分量对偏心结构的影响。采用隔震装置减小偏心结构在地震作用下的平动和扭转振动。着重分析地面转动分量对结构扭转响应的影响。分析非隔震结构、隔震结构分别在考虑地面转动分量前后结构的平动和扭转振动。研究表明,地面转动分量会加剧结构的扭转振动,隔震措施可减小地面转动分量对结构扭转振动的影响。从而使得双向偏心隔震结构在多维地震作用下的响应分析更加完备。     

Pasternak地基上弹性转动约束层合板的振动特性

基于经典层合板理论 ,研究在面内预加荷载作用下 Pasternak地基上带有弹性转动约束的复合材料矩形层合板的振动特性 ,给出了相应的半解析数值方法 .在运用一维 DQ格式沿 X轴将板的横向振动控制方程实施离散化的基础上 ,沿 Y轴选取满足边界条件的特征函数作为挠度试函数与应力试函数 ,应用 Galerkin法建立起求解自振频率的特征方程 .数值结果表明 ,转动约束刚度、地基参数、面内载荷形式、层合板铺设方式等因素对层合板振动特性均有较大影响 .