路堑过渡段对高速列车气动荷载的影响:基于IDDES方法

当高速列车在横风条件下通过路堑过渡段时,列车的气动荷载将发生显著变化。本文基于改进的延迟分离涡湍流模型建立了列车-路基-风的三维空气动力学耦合模型,重点探讨了路堑深度对列车气动载荷变化和气动性能恶化的影响,揭示了相应的列车周围流场的演化机制。结果表明:当路堑深度为6 m时,头车所受的气动冲击能量最高。在列车完全驶入下一运行场景后,随着路堑深度的增大,来流对列车气动荷载的影响减弱,相应的波动幅度降低。头车气动载荷的突变幅值与风速近似满足线性正相关关系。

中低速磁浮列车的运行品质及运行平稳性研究

以位于临港新城的上海中低速磁浮试验线为研究对象,对中低速磁浮列车的运行品质和运行平稳性进行分析研究。分析了中低速磁浮列车第1节车厢中5个测点各个方向振动加速度的最大幅值,并计算出在不同速度下各测点各方向的加速度振动频谱和平稳性指标,以及同一速度(60 km/h)下的平稳性指标时程变化曲线。研究表明:该中低速磁浮列车的横向振动加速度最大幅值和垂向振动加速度最大幅值分别为0.30 m/s2和0.86 m/s2,列车的横向平稳性指标和垂向平稳性指标最大值分别为1.15和1.30。依据GB/T 5599—2019标准中关于轮轨列车运行品质和运行平稳性的评定方法,测试的中低速磁浮列车的运行品质及运行平稳性等级均为“优”。

斜拉桥拉索磁流变阻尼器减振技术研究

采用数值仿真和现场试验对磁流变阻尼器的减振性能进行了研究。数值仿真计算评估了磁流变阻尼器安装高度、外部激励、阻尼器输入电压等参数对拉索系统模态阻尼比的影响 ,结果表明磁流变阻尼器具有良好的阻尼可调特性 ,调节阻尼器的输入电压可以获得拉索系统的最佳模态阻尼比 ;现场试验表明 ,安装该阻尼器后 ,拉索系统的模态阻尼比提高 3～ 6倍 ,并存在一优化电压 ,在该电压下模态阻尼比达到最大 ;实际风雨振时的现场观测结果显示 ,磁流变阻尼器具有很好的减振效果 ;拉索磁流变阻尼器减振技术已在岳阳洞庭湖大桥全桥实施 。

磁流变阻尼器对斜拉索减振效果的试验研究

采用磁流变阻尼器作为被动控制器件 ,以钱江三桥南岸 15 4 m长的斜拉索为试验对象 ,通过阶跃激励的方法获得斜拉索振动的自由衰减信号。对采集到的信号进行小波分解、希尔伯特变换识别系统的等效阻尼比。据此来判断磁流变阻尼器在施加不同电压情况下对索前三阶模态振动的减振效果 ,并与油阻尼器的制振效果进行比较。试验结果表明磁流变阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显 ,优于油阻尼器且控制的频域范围要比油阻尼器的广 ;当供电失效时也可满足索减振的要求。索的各阶共振峰频率在安装 MR阻尼器后发生稍许漂移。

基于机器视觉技术的桥梁挠度测试方法

针对大跨桥梁的结构位移/挠度测量,提出基于数字图像处理技术的结构位移测量方法,介绍基于模板匹配算法的结构位移计算流程.研发机器视觉位移测量系统,该系统集成远距离、非接触、实时、低成本和便于实施等优势,实现以毫米级的精度进行结构位移测量.对该系统分别进行实验室和现场标定试验,验证该系统用于结构位移测量的可行性以及测量精度的可靠性.在千米级的工作距离,利用该系统和GPS对青马大桥的跨中挠度进行同步测量,结果表明,两者的位移测量数据在时域和频域上均保持高度一致.该机器视觉位移测量系统在土木工程结构位移/挠度监测中具有广泛的应用前景.

洞庭湖大桥斜拉索减振试验研究

采用磁流变 (MR)阻尼器对我国第一座三塔斜拉桥——湖南岳阳洞庭湖大桥斜拉索的减振问题进行了试验研究。内容包括 :(1)设计试验装置 ;(2 )不装阻尼器的斜拉索自由振动试验 ;(3)装有 MR阻尼器的斜拉索自由振动试验。试验结果表明 ,安装 MR阻尼器可显著提高斜拉索的模态阻尼比。通过模态阻尼比随 MR阻尼器外加电压变化的关系 ,可得出拉索等效模态阻尼比的优化值 。

长江地铁联络通道施工安全风险实时感知预警研究

我国不同城市修建地铁所处的地下水环境复杂,特别是长江隧道联络通道施工中,水热力耦合作用机理不清,冻结效果受高水压动水影响,隧道结构、联络通道初期支护和二次衬砌结构受力体系不断发生变化(冻胀、开挖、支护及冻融),一旦发生安全隐患和险情,常会引发不可估计的灾难性后果。以全国首条长江地铁联络通道工程为依托,研究和应用了长江地铁联络通道施工安全状态实时感知技术,分别在冻土、联络通道结构与既有隧道结构中成功埋入光纤布拉格光栅(FBG)传感器共计18根;并研发长江隧道江底联络通道施工实时预警系统,通过实时分析环境与结构安全感知信息,以声、光、震动等形式将预警信号实时传输到施工人员的便携式智能预警终端上,实现长江隧道盾构施工安全风险"感、传、知、控"一体化,为高承压水联络通道施工安全风险实时控制提供一种科学和可靠的手段,具有重要的理论意义和工程应用价值。

随机减量法在斜拉桥拉索模态参数识别中的应用

斜拉桥拉索模态参数 (固有频率、阻尼比 )在索力测试、拉索减振、实时控制等方面起着重要作用。文中利用随机减量技术从岳阳洞庭桥环境激励下拾取的拉索的加速度响应中分离出自由衰减振动加速度响应信号 ,将获取的加速度响应信号表达为一理论形式 ,综合运用参数识别、最优估计理论 ,识别出拉索的模态参数 ,与理论值吻合良好。本文方法简单 ,试验容易实施 ,具有工程实用价值。

基于光纤传感技术的地铁隧道冻结法施工监测

为了掌握地铁隧道联络通道冻结法施工中冻土的温度场和应力场,提出一种基于光纤布拉格光栅(FBG)传感技术的冻结法施工实时监测方法.在低温潮湿工作环境下,FBG传感器比传统电子式传感器在精度、灵敏度以及稳定性等方面存在较大优势.基于此,首次提出了整合FBG传感器的冷冻监测管设计方案及安装方法.通过在联络通道冻土帷幕左右两侧监测孔内布置FBG传感器,对冻结法施工过程中的冻土温度和应变进行实时监测.根据FBG传感原理并采用小波变换去噪方法对原始温度和应变监测数据进行分析,获得了冻土温度和应变沿厚度和深度方向的分布模式,为进一步认识冻土帷幕的形成和发展规律提供依据.

用概率神经网络进行结构损伤位置识别

在不计测量误差情况下 ,神经网络能够成功地识别损伤位置及其程度 ,但在测量噪声影响下 ,神经网络的损伤识别效果则比较差。考虑到基于多变量模式分类的概率神经网络具有处理受噪声污染的测试数据的能力 ,本文将可能的损伤位置作为模式类 ,利用概率神经网络的分类能力来识别结构的损伤位置。针对两个算例 :一个六层框架和一个两层框架进行数值模拟分析 ,并将概率神经网络与 BP网络进行了比较。结果表明 ,概率神经网络具有更好的识别效果 。

斜拉索张力测试和参数评估的理论和应用

基于较完善的有限元模型,通过最小化频率测量值与计算值间的误差,建立了利用多阶测试频率识别斜拉索张力、长度、抗弯刚度、线密度以及支撑条件等多个参数的基本理论,极大地提高了斜拉索张力测试的准确度和可靠度。作为实例,对洞庭湖大桥的斜拉索进行了张力测试和参数评估。

磁流变阻尼器对斜拉索振动控制研究

大跨度斜拉桥拉索的风雨振现象越来越引起人们的重视,应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制是一种新的探索。本文采用模态坐标表示的拉索运动方程和Bingham模型,对磁流变阻尼器-拉索系统的阻尼特性进行了全面仿真模拟,得到了阻尼器安装位置、外部激励大小及阻尼器输入电压等参数对系统前三阶模态阻尼比的影响规律,介绍了在洞庭湖大桥应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的试验研究情况,试验与仿真结果具有很好的一致性,表明仿真计算模型和方法是正确的和可行的。对磁流变阻尼器减振效果的仿真计算表明,该阻尼器具有很好的减振性能。在实际风雨振发生时实测的加速度响应进一步印证了仿真结果,表明应用磁流变阻尼器能很好地抑制拉索风雨振现象,磁流变阻尼器将是抑制拉索风雨振一种非常有效的手段。这些对于应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制具有重要的指导意义。

斜拉桥桥面结构损伤位置识别的指标比较

以香港汲水门大桥为背景,应用高精度三维有限元模型,对斜拉桥桥面结构损伤位置识别的模态曲率指标、模态柔度指标和斜拉索张力指标进行了比较研究。主要比较了(1) 在无噪声情况下,三损伤指标对各种不同损伤情况的识别效果;(2) 三损伤指标对损伤程度的敏感性;(3) 三损伤指标的抗噪声能力。获得以下结论: (1) 曲率和柔度指标在损伤定位上对不同类型的损伤情况显现一定的互补性; (2) 同曲率和柔度指标比较,索张力指标对不同的损伤程度呈现较好的稳定性;(3) 对大多数损伤情况,柔度指标的抗噪性最好,曲率指标最差。

大跨度桥梁模态频率识别中的温度影响研究

针对由环境激励响应辨识得到的桥梁模态频率会受到温度影响的问题,通过建立模态频率-温度分布模型,对香港汀九大桥长期振动和温度分布测试数据进行了分析研究。研究结果表明:不仅环境温度波动会引起模态频率的变化,大跨度桥梁结构上不同部位温度分布的模式对模态频率也有显著影响。对多种建模方法分析比较的结果表明:支持向量机(SVM)的非线性回归模型可以有效地消除引起模态频率变化的环境温度和温度分布模式因素的影响。给出了运用SVM的非线性回归算法消除温度影响的具体方法以及运用这种方法对汀九大桥600 h连续测试数据的处理结果。

环境激励下斜拉桥拉索的振动观测研究

斜拉桥拉索在风、风雨组合、交通荷载等环境激励下发生大幅振动,这种振动对拉索造成极不利的影响。为了研究拉索的振动机理和响应特征,在岳阳洞庭湖大桥建立了包括风速仪、雨量计、加速度传感器组成的拉索振动观测系统,进行了多次长时间观测。根据观测记录,采用时频分析、统计技术,对拉索涡振、风雨振、交通引起的振动等响应特征、振动与环境激励的关系、振动的模态参与性、索力变化等进行了研究,得到了一些对认识拉索振动机理、并进一步控制拉索振动具有意义的结果。

斜拉索风雨振响应特性

为了研究斜拉桥拉索风雨振的机理及响应特征,在岳阳洞庭湖大桥建立了由风速仪、雨量计、加速度传感器组成的风雨振现场观测系统,观测到了多次拉索风雨振现象;得到了发生拉索风雨振时风速、风向及雨量的基本条件,分析了风雨振时拉索振动的幅值、主振频率、模态参与特性及空气动力负阻尼比等响应特征。结果显示拉索风雨振很少为单模态振动,大多表现为主振模态和多阶模态参与的振动。

青马大桥桥板结构损伤位置识别的数值模拟

通过数值模拟研究了香港青马大桥桥板结构的损伤位置识别问题。分两阶段来识别青马大桥桥板结构的损伤位置 ,在第一阶段 ,将青马大桥桥板结构划分为许多桥板段 ,并根据部分模态分量导出了一个损伤指标 ,用于指示大概的损伤区域 (桥板段 ) ;第二阶段 ,在已知损伤桥板段后 ,采用神经网络方法来识别具体的损伤构件。数值模拟结果表明 ,采用本文提出的损伤指标、采用神经网络方法 ,分两阶段进行青马大桥桥板结构的损伤位置识别是有可能的。

MR阻尼器对斜拉索减振控制的数值仿真

为控制斜拉索的大幅振动,在Hamilton原理基础上应用Galerkin法建立了斜拉索振动控制的计算模型。通过改进形函数,采用四阶五级RK算法对钱江三桥南岸154 m长的斜拉索进行了现场试验的数值仿真。磁流变(MR)阻尼器力学关系采用由室内试验结果回归的非线性滞回双粘性数学模型,系统等效阻尼比通过希尔伯特变换识别。分析表明:数值仿真对现场试验具有很好的指导作用,同时能进一步验证现场试验的结果。MR阻尼器作为被动控制器件时制振效果明显,与最优油阻尼器控制效果相当且控制的频域范围要比油阻尼器的广;当供电失效时也可满足斜拉索减振的要求。斜拉索的各阶共振峰频率在安装MR阻尼器后略微增大。MR阻尼器在施加一合适的电压时可以发挥最佳的制振效果。

斜拉桥拉索风雨振控制的智能阻尼技术

洞庭湖大桥自建成通车以来已发生多次严重风雨振 ,必须采取有效的振动控制措施。本文应用磁流变阻尼器对该桥风雨振控制进行了仿真和现场试验研究 ,得到了拉索 -阻尼器系统模态阻尼比随阻尼器输入电压的变化关系 ,显示磁流变阻尼器能提供足够的可变阻尼对拉索进行智能控制 ,在实际风雨振时的现场观测结果显示磁流变阻尼器对风雨振具有很好的减振效果 ,实测的加速度响应表明安装阻尼器拉索的加速度响应仅为未加阻尼器拉索的 1/ 2 0～ 30。洞庭湖大桥已计划全桥安装磁流变阻尼器 。

识别结构模态阻尼比的一种新方法

提出一种新的由结构自由振动响应识别结构阻尼比的方法。对于单自由度振动系统 ,推导出响应历程与时轴所围各面积之间的确定性关系后 ,利用各面积之间的关系来确定自由衰减振动的阻尼比系数。与传统的对数衰减率法比较 ,它具有抗噪声干扰能力强、精度高、稳定性好及简便实用等特点。对于多自由度振动系统 ,先将结构上某测点的自由振动响应表达为一理论解析式x (t) ,以eat相乘x (t) ,预给a初值范围 ,通过牛顿二分法(或黄金分割法 )搜索a值 ,直至eatx (t)做等幅振荡 ,则该阶模态的各模态参数得以确定。从总响应中扣除该阶模态对总响应的贡献后 ,重复这一过程 ,则可识别出响应信号中各阶模态的模态阻尼比。仿真计算与岳阳洞庭湖斜拉桥拉索实测试验结果表明了本文方法的有效性和实用性。