大跨度钢箱梁斜拉桥施工过程风致抖振时域分析及抗风措施

以杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥为背景,采用ANSYS有限元分析软件对其施工中最大双悬臂及最大单悬臂状态进行了风致抖振响应时域分析.采用谐波合成法进行了随机风场模拟,对塔、梁和索承受的风荷载分别进行了简化,并给出了静风力、抖振力和自激力的时域表达式及自激力在ANSYS中的实现方法;采用“鱼骨式”模型作为斜拉桥主梁的计算模型,分析考虑了结构的几何、气动非线性.分析结果表明:在施工阶段设计风荷载下,主梁悬臂端及塔顶处位移响应较小,风荷载效应与恒载效应组合后,塔根部截面最大拉应力为0.707 MPa;根据抖振响应分析结果和其他因素综合考虑,对杭州湾跨海大桥北通航孔斜拉桥提出了施工过程中有效可行的抗风措施.     

杭州湾跨海大桥风荷载响应

对杭州湾大桥进行了全桥气弹模型风洞试验,实测了不同风攻角、偏角和施工阶段的静风和抖振位移响应,同时布设动态应变片,直接测量了桥塔根部的风载内力.探讨了斜拉桥静风响应和非线性抖振时域分析的计算方法,计算结果与风洞试验值进行了对比,吻合情况较好.分析结果表明:斜拉索的风荷载计算模式对静风响应有较大影响;气动导纳采用Sears函数,可能会得到偏危险的结果;塔根抖振内力基本上随着风偏角的增大而减小,但主梁跨中抖振位移响应不符合这一规律;最大双悬臂状态为抗风最不利状态,施工时务必采取抗风措施.     

杭州湾跨海大桥风载内力试验及计算方法

介绍了杭州湾跨海大桥全桥气弹模型风洞试验中静风和抖振内力测量方法，探讨了斜拉桥静风内力的计算方法，采用考虑桥塔风效应的抖振时域分析方法计算出大跨斜拉桥的抖振内力，静风响应分析采用风洞实测平均风速剖面指数，抖振响应分析也采用风洞实测的紊流风速谱和空间相关性，并分别与风洞试验结果进行了对比．计算值与试验值吻合较好．分析比较结果表明，斜拉索的风荷载计算模式对静风内力影响较大，考虑桥塔风效应将会显著增加桥塔的横向抖振内力．     

青洲闽江大桥的抖振分析及风载内力计算

青洲闽江桥是位于强风地区的一座大跨结合梁斜拉桥,据此较详细地分析了青洲桥设计方案和增设气动外形措施后的风致抖振响应,计算了风荷载作用下在结构中产生的动内力和静风内力青洲闽江大桥的抖振分析及风载内力计算@哈鸿     

高墩大跨刚构桥施工阶段的抗风分析

采用离散涡(DVM)及风洞测力方法,确定主梁静气动力系数.采用抖振时域方法,计算最大双悬臂状态时的抖振响应,与风洞试验结果进行对比分析,计算中阻尼系数由气弹模型实测阻尼比确定;由于气弹模型设计中阻尼比相似不能够实现,故修正计算结果,探讨阻尼比对抖振响应的影响;最后采用两种抗风分析方法——阵风系数法和抖振时域分析法,分别对结构进行分析计算.实例分析的计算结果表明,按阵风系数法得到的横桥向响应偏于保守.     

基于混合编程的大跨桥梁桥塔抖振时域分析

基于大跨桥梁桥塔抖振时域分析,采用Matlab和ANSYS参数化设计语言(APDL),编写了相应程序和命令流,分析大跨桥梁抖振响应;给出了用改进谐波合成法模拟风场和用混合编程实现抖振分析的方法,在Matlab中实现风场模拟,用ANSYS中的瞬态分析实现抖振时域分析,并应用于湖北鄂东长江公路大桥桥塔抖振分析.结果表明:基于混合编程抖振分析方法是可行和正确的;拉格朗日插值改进模拟风场的谐波合成法减少了矩阵分解的次数,提高了计算效率.     

悬索桥简化抖振反应谱研究

为了解决传统抖振分析方法较复杂的问题,采用简化振型函数的方法,总结了一种考虑背景响应的简化悬索桥抖振反应谱计算方法.通过实例计算验证,表明采用这种型函数方法是高效、准确的.采用这种方法分析了结构阻尼比、气动导纳函数、气动自激力及主梁跨径等参数对悬索桥抖振响应的影响.结果表明:对混凝土等阻尼比较大的桥梁,背景响应的影响不可忽略;气动导纳取Sears函数时,抖振响应分析结果可能会偏危险;不考虑自激力影响,抖振响应将偏大10％～150％左右,背景响应比例会偏小10％～130％左右;跨径超过2000m的超大跨径桥梁,背景响应的作用可以忽略.     

对大跨度桥梁非线性颤振的研究

本文首先改进了模拟随机凤场的谐波合成法，提高了模拟的效率。然后实现了时域中耦合自激力的计算，从而在时域中实现了比较完善的风荷载计算。利用这样的风荷载，在时域中统一了抖振和颤振的分析方法。在时域中实现了耦合颤抖振和颤振分析。根据这一方法，运用可乐视化编程技术，编制了大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析的有限元程序Nbuffet，并对程序进行了验证。非线性情况下的颤振和抖振分析是目前桥梁风工程研究的热点之一。     

双频率调谐质量阻尼器在桥梁抖振控制中的应用

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD（调谐质量阻尼器）相比,可以同时实现对桥梁主梁竖向和扭转振动的控制.文中基于多模态耦合抖振理论,导出带有DTMD的桥梁抖振系统运动微分方程,列式中考虑了多模态参与作用和模态间的气动耦合效应,并应用随机振动理论求解系统运动微分方程.最后以一座斜拉桥为例,分析了频率和阻尼比对减振效率的影响,并评价了DTMD对桥梁耦合抖振的双重制振性能.结果表明,与普通TMD相比,DTMD对桥梁抖振具有更高的减振效率.     

对大跨度桥梁非线性颤振的研究

本文首先改进了模拟随机风场的谐波合成法,提高了模拟的效率。然后实现了时域中耦合自激力的计算,从而在时域中实现了比较完善的风荷载计算。利用这样的风荷载,在时域中统一了抖振和颤振的分析方法。在时域中实现了耦合颤抖振和颤振分析。根据这一方法,运用可乐视化编程技术,编制了大跨度桥梁非线性颤振和抖振时程分析的有限元程序Nbuffet,并对程序进行了验证。     

独塔斜拉桥施工阶段抖振响应及抑振分析

针对斜拉桥在最大双悬臂阶段的风致振动响应问题,通过考虑气动导纳和气动弹性效应对基于准定常理论的抖振力和自激力表达式进行了修正,并用谐波合成法模拟得到了具有空间相关性的脉动风荷载样本,继而对金马大桥在最大双悬臂阶段的抖振响应进行了分析,并对风载内力和人体舒适度进行了评价。结果表明,该桥的抖振响应对施工人员影响较小。同时,分析表明增设抗风临时拉索是一种简单有效的抑振措施。     

香港汀九大桥抖振响应时程分析

分析紊流风引起香港汀九大跨度斜拉桥的抖振响应。该斜拉桥是三塔四跨结构,位于台风地区。在分析中我们把紊流风化为一系列沿主梁轴线作用的速度时程点,然后把抖振力表示为一系列沿主梁轴线分布并作用在主梁上的荷载时程点,所有时程点实际上都是多维互相关随机过程,而自激力则由脉冲响应函数与主梁位移的卷积给出。本文编制了在时域中分析紊流风引起结构抖振的三维非线性有限元程序,把该三塔四跨四索面双桥面斜拉桥简化为一个空     

大跨度中承式拱桥的耦合抖振有限元分析

大跨度中承式的拱桥属于柔性空间结构,风荷载及抖振分析相当复杂。基于结构的固有模态坐标,考虑风速沿主拱高度变化,推导了桥梁结构的节点等效气动抖振力公式,进行了大跨度中承式拱桥的抖振有限元分析。该分析方法可以考虑作用于主拱的干扰风谱、风载的空间相干性及主桥及主拱的多模态耦合效应。以重庆菜园坝长江大桥为例,计算了桥梁结构节点位移和单元脉动内力功率谱密度和方差。     

大跨度桥梁耦合抖振的TMD控制

文章推导了装有TMD的结构在考虑气动自激力以及抖振力作用下的动力微分方程;为了提高计算效率使用基于模态空间中虚拟激励分析手段,在对原始的桥梁结构进行耦合抖振分析后,对安装了TMD的桥梁-TMD系统进行耦合抖振分析,以抑制抖振响应;对某在建的跨江三塔悬索桥进行了原结构耦合抖振分析和TMD-结构耦合抖振分析,探讨了TMD控制参数对抑制大跨度桥梁抖振响应的影响。     

桥梁抖振力空间相关性对风-车-桥耦合动力响应的影响

基于提出的抖振力模型和建立的风-车-桥耦合振动模型,发展了一种可以考虑抖振力空间相关性的风-车-桥耦合振动分析方法,并编制了相应的计算程序.以江顺长江大桥为工程背景,测试了桥梁抖振力的空间相关性和考虑车桥耦合作用的车桥气动参数,分析研究了桥梁抖振力空间相关性对侧风作用下桥梁和车辆耦合动力响应的影响.研究结果表明:桥梁抖振力空间相关性对桥梁动力响应有显著影响,对车辆的动力响应也有一定的影响.     

大跨度桥梁耦合抖振正交组合分析方法的应用

结合耦合抖振分析有限元完全正交组合（CQC）方法，编制了大跨度桥梁结构三维抖振分析模块，并选择薄平板截面简支梁结构的耦合抖振问题作为算例进行验证，从分析中发现，此方法的分析结果与Scanlan方法的结果相当吻合，还对主跨跨度1385m的江阴长江大桥的耦合抖振问题进行了分析和研究。分析结果表明，振动模态的气动耦合对系统复模态的阻尼比有较大的影响，在大跨度悬索桥中，对于主梁的竖向和扭转位移抖振响应多模态效应和模态耦合效应非常显著，在高风速区传统的SRSS方法将低估这些抖振响应。广义抖振力的交叉功率谱密度对大跨度桥梁结构耦合抖振响应的作用不可忽略。此外，对江阴悬索桥来说，在设计风速下纵向和竖向脉动风速的交叉风谱对结构抖振响应有明显的影响，在以后研究分析中应该给予重视。     

大跨度桥梁耦合抖振分析的有限元正交组合方法

基于结构的固有模态坐标，提出了用于大跨度桥梁耦合抖振响应分析的 有限元正交组合（complete quadratic combination,CQC)方法。在合理假设基础上，推导出桥梁结构的节点等效气动抖振力公式。结合有限元方法和随机振动理论，给 出了桥梁结构节点位移和单元内力功率谱密度和方差响应的计算方法。该方法可以考虑自然风的任意风谱和空间相关性以及结构抖振响应的多模态耦合效应，且计算效率较高。     

桥梁结构气动导纳识别的随机子空间方法

气动导纳是反映脉动风速谱与抖振力谱之间传递特性的一个重要函数,其精度直接影响着桥梁设计过程中对结构抖振响应估计的精度.首次提出的采用基于输出协方差估计的随机子空间方法来识别桥梁结构气动导纳,将风洞试验简化为一步性的工作,解除结构阻尼对识别精度的制约,降低风洞试验的难度和成本,缩短试验周期.通过对江阴长江公路大桥的气动导纳识别的实践,表明提出的方法可以成功地得到满足工程精度的气动导纳函数,且简单易行.     

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.