耦合索股系统自振特性与索力全局识别算法

索是缆索承重结构重要的受力构件,索力直接影响结构的服役状态与使用寿命。对于局部刚性耦合的索股结构,索股振动具有独立性和耦联性,系统呈现的整体振动与完全独立或完全耦合的索股系统振动特性均不同。为了对局部刚性耦合的索股系统的索力进行有效识别,首先建立耦合多索股模型并推导了系统的振动方程,根据系统的频率方程对系统的自振特性进行参数分析;然后将填充函数法和最优化理论相结合,构建了耦合索股系统索力识别算法,实现了索力全局识别;最后通过试验和有限元仿真验证了算法的正确性和可靠性。结果表明:刚性耦合使各索股振动同频,索股系统的自振频率在整数倍频之间出现了分数倍频,在整体振型之间出现局部振型;该文所提出的基于全局最优化理论的索力识别算法对迭代初值要求低,计算精度和收敛效率高,可扩展到其他参数识别问题中。

任意边界条件下带集中质量的连续多跨梁自振特性分析

提出一种用于求解任意边界条件下带有任意集中质量的连续多跨梁的自振特性的方法。求解过程为:运用改进的傅里叶级数法(Improved Fourier Series Method,IFSM)确定梁的位移形函数,通过Rayleigh-Ritz法得到梁的拉格朗日方程,然后利用Hamilton原理得到频率特征矩阵,通过求解广义特征值求得自振频率及位移振型。随后,对所提出的方法的收敛性和精度进行讨论,与现有文献中的方法对比,该方法具有计算精度较高、收敛性好、收敛速度快等特点。讨论不同边界条件下截断数、跨数以及频率阶数之间的关系。最后通过工程中的实际案例说明该方法的实用性,与现有文献对比可知,其精度可达99.9%以上,由此验证了该方法的可靠性以及适用性。该方法易于通过编程实现快速计算,可为工程运用提供便捷有效的理论支撑。

下承式钢管混凝土拱桥自振特性敏感性分析

为研究下承式钢管混凝土拱桥自振特性的影响因素,针对下承式钢管混凝土拱桥结构本身设计参数进行敏感性自振特性分析,结合数值分析软件建立三维空间有限元模型,采用多重利兹向量分析法,研究拱肋钢管之间横撑、钢管壁厚、拱肋钢管直径对下承式钢管混凝土拱桥自振特性的影响。结果表明,拱肋之间横撑和拱肋钢管直径的增大会提高拱肋刚度,从而增强整体结构刚度,由此对结构自振特性影响较大。而拱肋钢管壁厚的增加基本不影响结构刚度,因此不会对结构自振特性产生影响。因此在设计过程中可以着重考虑比选拱肋横撑布置形式和优化拱肋钢管直径。

超大跨钢管混凝土拱桥自振特性参数影响分析

文章以某主跨为575 m的中承式钢管混凝土拱桥为例,利用Midas Civil软件建立大桥空间仿真模型,研究横撑结构形式、管内混凝土强度及矢跨比这三个设计参数对结构自振特性的影响。结果表明:横撑形式、管内混凝土强度及矢跨比的变化不会引起大桥结构振型特征发生改变,即振型序列不会发生改变;就结构横向抗扭转、竖向抗弯而言,“X”撑形式更为简洁,推荐采用;混凝土强度变化与结构振型频率正相关,相较于面外刚度,混凝土强度的增加对面内刚度的提升更为显著;矢跨比减小,各阶振型频率缓慢递增,能在一定程度上提高结构抗弯扭能力,但矢跨比减小的同时,拱肋各关键截面应力显著增大,故对矢跨比取值需综合考虑。

大跨度上承式CFST拱桥自振特性分析

为研究大跨度上承式CFST拱桥的自振特性,文章以主跨200 m的上承式CFST拱桥为工程依托,利用Midas Civil软件建立了桥体的有限元模型进行自振特性分析,同时研究了横撑布置形式、边界条件等因素对结构自振特性的影响。结果表明:该桥一阶振型表现为面外侧弯,说明相对于面内刚度,该桥的面外刚度较小;在主拱肋横向支撑布置形式上,X型横撑相较于K型横撑提高了结构的基频;在不同的边界条件设置下,约束桥面的纵向自由度同样可以提高结构的基频。

黏弹性Pasternak地基上两跨连续Timoshenko梁横向自振特性分析

以黏弹性Pasternak地基上的Timoshenko梁为研究对象,研究其在两端简支、两端固支、简支-固支边界条件下的单跨地基梁及两跨连续地基梁(等跨和不等跨两种工况)的自振频率、衰减系数和模态。基于回传射线矩阵法,根据各种约束条件下的节点耦合条件,推导横向振动频率方程,通过观察两跨连续地基梁与单跨地基梁的频率方程,并通过具体算例,研究两跨连续地基梁与单跨地基梁自振频率之间的联系与区别,进一步给出前三阶模态。结果表明:两等跨连续地基梁自振频率方程可分为两个部分,且这两部分分别与两端简支和简支-固支边界条件下单跨地基梁的频率方程形式类同;其奇数阶自振频率与两端简支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相等,而其偶数阶自振频率则与两端固支边界条件下单跨地基梁的偶数阶自振频率相同;不等跨的两跨连续Timoshenko地基梁的模态函数曲线幅值随阶数的增加降低最快。

索桁架柔性光伏支架结构自振特性及地震时程响应分析

为探究自振特性参数及地震作用对索桁架柔性光伏支架结构的影响,选取天津市某光伏电站两跨六排索桁架柔性光伏支架采用Ritz向量法进行模态分析,得到不同预应力、光伏面板模拟情况和索桁架间撑杆形式下的结构自振特性;并选取相应地震波对结构进行地震时程分析,得到结构的变形和内力分布情况。结果表明:索桁架柔性光伏支架结构的自振频率低,且刚度较小;结构振型以平动为主,并表现为水平、竖直平动和扭转等耦合的非典型振动;三种结构参数对结构自振频率的影响均较为明显。地震作用下,结构节点Z向位移最大;节点位移最值沿纵排方向的变化较小,但沿横跨方向的变化存在差异;地震下结构的内力最值与静力计算结果相比变化不明显,说明结构内力受地震影响小。

考虑SSI效应的层间隔震结构自振特性及随机响应分析

基于水平摇摆阻尼系统模型,建立土-层间隔震结构简化分析模型,将地基土等效到上部结构,推导得到简化模型动力特性参数表达式,并通过对结构周期比及振型参与位移进行分析,讨论质量比及土体剪切波速对层间隔震结构自振特性的影响规律。利用虚拟激励法及均匀调制非平稳随机响应分析方法,分别从时域和频域角度分析不同场地条件下SSI效应对层间隔震结构的振动响应影响。结果表明:在刚性地基下,结构质量比对结构周期比及振型参与位移的影响较小,SSI效应放大了各子结构响应,尤其对下部子结构响应影响最大,各子结构在场地土差异下变化明显,软土场地下各子结构响应变大。

基于ANSYS的弧形钢闸门自振特性分析

以某工程弧形钢闸门为例,通过ANSYS软件构建弧形钢闸门有限元模型,并进行闸门闭门和刚刚提升两种状态时前10阶的自振特性分析。结果表明:闸门结构各阶振动频率的振型表现有明显不同,闭门状态时闸门结构和水流脉动频率发生共振的可能性较小,刚刚提升状态时发生共振的可能性增大;随着阶数的增加,闸门自振频率也逐渐增大,应采取必要的工程措施,减少闸门结构和水流脉动频率发生共振的可能性。

索承式人行悬索桥自振特性及弯扭耦合特征分析

为了研究索承式人行桥的自振特性及其弯扭耦合特征,以某实际工程为例,采用Midas软件建立了有限元模型,将各振型中横弯分量和扭转分量贡献度的比值定义为弯扭耦合系数β,分析了索承式人行桥振型模态的弯扭耦合特征,以及主缆矢跨比λc、抗风缆矢跨比λw和抗风缆倾角α对自振特性及弯扭耦合特征的影响。研究发现,竖弯振动不存在与其他振型分量的耦合,而横弯和扭转振型存在耦合,且随振动阶数增加,弯扭耦合系数β减小,振型由横弯为主逐渐过渡到以扭转为主;随主缆矢跨比λc减小,弯扭耦合振型频率增大,β减小;随抗风缆矢跨比λw的减小,以横弯为主的弯扭振型(β≥1)频率下降,以扭转为主的则略有增大;增大抗风缆倾角α会使桥梁整体横向刚度下降,但抗扭刚度增加。

锥形三撑杆双环索索穹顶自振特性与地震响应分析

针对提出的空间锥形三撑杆双环索索穹顶结构,采用有限元分析软件Midas Gen建立了结构有限元模型,在考虑结构初始预应力作用的前提下,基于子空间迭代法对结构进行自振特性分析,并探讨了不同结构参数变化对结构自振特性的影响。然后利用大型有限元软件ANSYS,采用考虑结构静力初始状态的非线性动力分析方法,分析了结构的动力响应。研究结果表明:锥形三撑杆双环索索穹顶结构环向刚度大于竖向刚度,抗扭转性能良好;结构在地震荷载作用下,索、杆内力以及关键节点位移变化都较小,表现出良好的抗震性能。

曲线箱梁在建筑中的应用及其自振特性研究

随着社会的发展,建筑的造型越来越复杂,曲线梁在大型公共建筑和民用建筑中出现的频率也越来越高,而且跨度越来越大,但曲线梁与直线梁在受力特性上并不完全相同。文章探讨了目前曲线梁的受力特点及理论研究现状,并通过实例分析了矩形截面和箱形截面曲线梁的自振特性,为曲线箱梁的设计提供参考。

DP传感器研究及桥梁自振特性测试

研究了磁电传感器的动态特性补偿方法，开发出具有高机械稳定性和低固有频率的ＤＰ传感器，并利用ＤＰ传感器对铁路桥梁的自振特性进行了测试。实验表明了该传感器的有效性。

预应力组合网架结构的自振特性分析及现场测试

本文采用子空间迭代法计算了预应力组合网架的自振频率与振型,分析总结了结构的自振特性及其影响因素,诸如索预应力、跨高比、边界条件、板和梁肋偏心、附加质量以及节点刚度的影响,并回归得出预应力组合网架基本周期简化计算公式。同时使用"脉动法"对天津一中新建活动中心楼层预应力组合网架进行了现场动力测试,结果表明预应力组合网架动力计算所采用的计算模型合理、计算分析结果可信,最后使用自由振动法及半功率点法得出了预应力组合网架结构的阻尼比,此值可作为钢与混凝土预应力组合网架结构的参考阻尼比。

桥梁自振特性与承载能力分析

桥梁结构自振特性与结构承载能力有着内在联系;自振频率与桥跨刚度、结构挠度检验系数存在一定关系。通过结构响应模态振型振幅的比较,可以对结构横向联系使用状况进行损伤识别。通过实测桥梁结构阻尼比的变化,可以对结构边界条件、结构材料阻尼特性的改变进行分析判断。本文结合两座桥梁自振特性的跟踪测试,对桥梁自振特性和承载能力之间的关系进行分析。

栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性影响研究

设计6片钢—混凝土结合梁,从理论分析、试验和数值模拟3个方面,研究栓钉连接件抗剪刚度对钢—混凝土结合梁自振特性的影响。结果表明:在常见的栓钉布置情况下,钢梁与混凝土板的界面存在滑移,二者变形不同步,振型存在明显相位差;随着栓钉连接件抗剪刚度的降低,结合梁整体刚度明显下降,与不考虑界面滑移的结合梁相比,完全连接和部分连接(连接度为60%)结合梁的刚度分别降低39%和48%,相应的1阶竖向自振频率分别降低22%和29%;栓钉连接件的抗剪刚度越小,结合梁的刚度折减越大,但各阶自振频率对应刚度的折减程度不同;少量的栓钉损伤对梁的竖向自振频率影响不明显。由于结构的基频对其冲击系数影响很大,因此在结合梁的动力性能分析及冲击系数计算中,应考虑栓钉连接件刚度的影响。

下承式钢管混凝土拱桥自振特性的有限元分析

利用ANSYS有限元通用软件,对一座下承式钢管混凝土拱桥进行了有限元模拟研究,求出了自振频率、振型等动力参数,对其振型特征进行了分析,并通过变换拱桥的主要结构参数分析了它们对自振特性的影响。桥梁实例分析说明采用有限元计算的自振特性数值和实测值较相近,能够基本反映结构的实际状况,还可为桥梁使用过程中的健康检测和维护提供基础性数据。

钢管混凝土拱桥自振特性分析及其检测应用

针对跨径为140m的中承式钢管混凝土拱桥———瀑布沟大桥建立空间有限元模型,对其自振特性作详细地计算分析,同时进行实桥的自振特性测试。将实桥测试结果与计算分析结果作比较并分析了模型简化、结构参数变化对自振特性的影响状况。最后简要介绍自振特性在桥梁检测中的应用。

中、下承式拱桥自振特性分析

以平行式、提篮式和斜靠式3种中、下承式混凝土拱桥为工程实例,采用有限元程序MIDAS/Civil建立桥梁空间有限元计算模型,对其进行自振特性分析,比较3种不同桥型自振特性的特点,计算结果表明:中、下承式混凝土拱桥的振型主要有拱肋面外横向振动、结构整体竖向振动和扭转振动,高阶振型才出现桥面系的横向振动;3种拱桥都是首先出现拱肋的面外横向振动,低阶振型均以拱肋面外横向振动为主,拱肋的横向自振频率小于竖向自振频率;斜靠式拱桥的振型密集,横向振动基频比平行式和提篮式拱桥的横向振动基频大;3种拱桥的竖向振动都表现为桥梁结构整体竖向振动;3种拱桥的扭转振动都出现较晚。

大跨中承式钢管混凝土拱桥的自振特性及稳定性

对一大跨中承式钢管混凝土拱桥分别进行了自振特性分析及稳定性分析,研究了设计荷载、拱肋矢跨比、拱面内倾角对大跨中承式钢管混凝土拱桥自振特性、弹性稳定性及弹塑性稳定性的影响。研究表明,降低拱肋矢跨比或将拱面内倾均可有效改善大跨钢管混凝土拱桥的横向面外刚度,提高结构的面外振动频率,并使结构稳定性呈现不同的变化规律。综合考虑自振特性及弹性稳定性两种分析结果比单纯依靠自振特性分析结果评价结构参数取值更合理。本文讨论的360m跨度中承式钢管混凝土拱桥矢跨比宜在1/4附近取值,拱面内倾角度不宜超过10°。