中速磁浮列车-轨道梁-桥墩横向耦合振动分析

为研究桥墩参与作用的中速磁浮横向耦合振动,基于车辆动力学、结构动力学和PD控制算法原理,建立了考虑桥墩参与振动的车-桥横向动力分析模型。基于Mathematica编写的仿真程序分析了中速磁浮系统横向耦合振动的动力响应,研究了桥墩高度变化对系统振动的影响规律。研究结果表明,风荷载是中速磁浮系统横向耦合振动的主要激振源;是否考虑桥墩受风荷载作用对车辆系统动力响应的影响有限,桥墩高度变化对车辆系统的动力响应影响较小;是否考虑桥墩受风荷载作用对轨道梁位移响应的影响较大,差异值可达20%,桥墩高度与轨道梁位移不是单一线性关系,存在一个临界桥墩高度值,小于临界值时桥墩高度与轨道梁位移呈正相关,大于临界值时呈负相关。

中速磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动分析

为探讨中速磁浮列车−轨道−桥梁系统耦合振动特性,将车辆简化为具有45个自由度的多刚体,轨道−桥梁结构简化为双层弹性Bernoulli-Euler梁,基于比例−积分−微分(PID)主动悬浮控制建立考虑轨道不平顺的磁浮列车−轨道−桥梁系统耦合振动分析模型,并编制相应的仿真程序。利用编制的程序,计算系统的时域和频域响应,分析车速和轨下等效支承弹性模量对系统动力响应的影响。研究结果表明:轨道−桥梁结构振动与磁浮车辆通过时引起的特征频率密切相关;当车辆以200 km/h的速度过桥时,在65~150 Hz之间轨道-桥梁结构表现为F轨的局部振动;由于车速的变化改变了车辆荷载的特征频率,轨道−桥梁结构的位移幅值随车速提高并非单调变化,当特征频率接近轨道-桥梁结构的固有频率时,会发生共振;车体的加速度幅值和平稳性指标与车速之间也非单调关系;轨下等效支承弹性模量的变化对桥梁竖向位移幅值影响较小,但对F轨竖向位移幅值和车体竖向加速度幅值影响较大。研究成果可为后续中速磁浮系统耦合振动研究和轨道结构设计提供参考。

地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动的影响研究

随着磁浮交通线路的不断扩展,地震作用对磁浮交通系统的安全性构成了严重威胁。为探究地震作用对中速磁浮列车-轨道-桥梁系统振动响应特性的影响,基于考虑比例-积分-微分(PID)主动悬浮控制的磁浮车轨耦合关系,在绝对坐标系下建立磁浮列车-轨道-桥梁系统地震响应数值计算模型,其中将车辆简化为具有45个自由度的多刚体,轨道-桥梁结构采用有限元法建立。在此基础上,编制相应的仿真程序,计算只考虑车辆作用、只考虑地震作用以及同时考虑车辆和地震作用3种工况下系统的动力响应,并分析车速对系统地震响应的影响规律。研究结果表明:地震作用对磁浮列车-轨道-桥梁系统耦合振动影响明显,尤其是对横向耦合振动的影响;轨道-桥梁结构跨中竖向位移受车辆作用影响较大,跨中横向位移主要受地震作用影响;轨道-桥梁结构的频域响应与车辆荷载的特征频率及结构固有频率密切相关,地震作用会显著放大轨道-桥梁结构的1阶固有频率振动响应;同时考虑车辆作用和地震作用时,随着车速提高,车体加速度幅值与桥梁跨中竖向位移幅值并非单调变化,而桥梁跨中横向位移幅值呈现下降趋势。研究成果可为后续磁浮列车-轨道-桥梁耦合系统地震响应分析和轨道-桥梁结构设计提供理论支撑。

考虑内部空腔的单箱多室轨道梁温度场数值模拟方法

磁浮交通系统的相关规范对轨道梁的温度变形有着极其严格的要求。目前已有的轨道梁温度场研究中,对混凝土箱梁内部空腔的边界条件大多进行简化处理,计算结果难以满足磁浮规范的精度要求。为解决这一问题,基于大跨度公路-磁浮合建桥的可能性,提出了考虑内部空腔作用的单箱多室轨道梁温度场的数值模拟方法。以湖南郴州赤石大桥为背景,建立了大气环境下由腔内空气与混凝土流固耦合传热的单箱四室轨道梁模型,并用COMSOL有限元软件进行数值分析。将数值模拟结果与实测温度数据进行对比,结果显示全域全时程最大相对误差仅为4.03%,表明提出的数值模拟方法可以用于轨道梁温度场分析;与简化模拟方法相比,该方法能够满足公路-磁浮合建桥的轨道梁的精度要求;研究明确了内部空腔对于轨道梁温度场的影响。

上海新国际博览中心空间钢桁架施工技术

上海新国际博览中心屋盖结构形式为大跨钢结构空间桁架 ,采用空中有支架拼装方法施工。在大跨钢结构施工中 ,施工方案的选择至关重要 ,得当与否直接影响到工程造价和结构安全。在此 ,介绍了该工程施工中采用的拼装单元划分、支撑点设置和支架卸落等方面的施工方法 ,给出了选用这些方法的理论依据。施工中的实测数据与理论分析吻合良好 ,证明采用的方法是正确的。

某半敞开式地铁车站抗震分析

本文分析的地铁车站形式为一侧覆土，一侧敞开，抗震分析较为复杂。本文对土与结构共同工作模型进行了非线性分析，采用场地土实测参数，考虑结构影响范围内的土体的弹塑性性能。计算中采用平面受力模型，分析了场地的震陷，用反应谱法和时程分析法了结构在地震作用下的内力和变形。本文结果已被实际工程采用。

某大跨钢桁架基础施工偏差对地脚螺栓断裂的影响分析

在某大跨钢结构空间桁架施工中 ,当抗风柱安装完毕后 ,连接抗风柱与基础的地脚螺栓发生断裂。现场检测数据显示 ,该抗风柱基础施工偏差略大于允许值 ,连接抗风柱的垫板约有 1 40°倾斜。根据施工偏差的实测数据 ,分析了在垫板倾斜情况下螺栓的受力 ,并与预期正常受力进行比较评价。分析中考虑到了高强螺栓预拉力施加过程中的非线性问题。结论认为 ,施工偏差不是造成断裂的主要原因 。

某大跨钢桁架基础施工偏差对地脚螺栓断裂的影响分析

某大跨钢结构空间桁架施工中,抗风柱安装后地脚螺栓发生断裂.而该抗风柱基础由于施工偏差原因导致垫板有倾斜。本文根据施工偏差的实测数据,分析了在垫板倾斜情况下螺栓的受力,并与正常受力进行比较评价,结论认为施工偏差不是造成断裂的主要原因。

承受移动均布质量的简支梁振动反应分析

考虑磁浮交通等工程背景下,研究了大于简支梁跨度的质量在简支梁上移动时,简支梁的竖向振动情况,建立了简支梁向振动分析的移动均布荷载模型,通过使用荷载移动状态函数得到了简化形式的简支梁振动方程组,并用振型叠加和Wilson-θ法求出了简支梁的振动反应。文中比较和研究了移动荷载作用下简支梁跨中位移和加速度与梁的跨度、荷载移动速度以及移动质量与桥梁质量比之间的关系。结果表明梁的自振频率,荷载的行驶频率和荷载与梁质量比对梁的振动都起着重要的作用。

高温后石灰岩的物理力学特性研究

对焦作石灰岩在常温及经历100℃～800℃不同温度作用后的物理力学特性进行了试验研究,详细分析了加温后石灰岩的表观形态、体积、质量、密度和纵横波波速以及单轴下石灰岩的峰值应力、峰值应变和弹性模量等的变化情况,并对石灰岩高温劣化的影响因素进行了分析。研究结果表明,高温使石灰岩的表观形态发生改变:在400℃以内,温度对石灰岩的物理力学性质的影响不大;200℃以下石灰岩的体积略微减少,超过200℃后石灰岩的体积明显增大,石灰岩的密度随温度的升高而逐步减少;随温度的升高,石灰岩的纵、横波波速大都呈现下降;高温后石灰岩的波速比变化呈无规律性;高温后石灰岩的动弹性模量随温度上升而下降。经历的温度超过400℃后石灰岩的峰值应力和弹性模量均有不同幅度的降低,而800℃内石灰岩的峰值应变随温度的升高变化不明显。温度引起的热应力作用、矿物组分和微结构变化导致石灰岩物理力学性质发生改变与高温劣化。

承受移动均布二系悬挂模型的磁浮三跨连续梁振动分析

考虑磁浮列车与轨道梁之间的主动控制电磁力的作用,车辆简化为移动均布二系悬挂模型,建立了磁浮车辆/轨道梁耦合振动分析模型,对磁浮列车在三跨连续梁上通过时轨道梁的振动反应进行了数值仿真。研究了车辆长度、车速、轨道梁刚度和跨度比等参数对轨道梁动力特性的影响,分析了参数f1/(v/l)与轨道梁动力反应的关系。建议轨道梁动力设计中以控制轨道梁的冲击系数和振动加速度为主,所得结论可为高速磁浮轨道梁设计提供理论依据。

高速磁浮列车−柔性轨道梁横向耦合振动

时速600 km/h高速磁浮列车-轨道梁耦合系统的横向动力学性能对系统安全性、舒适性和经济性有重要影响,有必要建立列车-轨道梁的横向耦合振动统一方程组模型进行研究。基于多刚体动力学,采用矩阵组装法建立246自由度的5节编组列车横向振动微分方程组;基于连续体受迫振动理论,采用模态叠加法建立240自由度的40跨柔性轨道梁的横向振动微分方程组;通过对均布磁浮力进行离散化处理,基于PD控制算法建立156个磁浮间隙代数方程组;采用三角级数法对轨道不平顺功率谱密度函数进行时域反演,考虑轨道横向不平顺对磁浮系统耦合振动的影响。采用软件Mathematica编写了高速磁浮系统横向耦合振动的微分代数方程组模型,并数值求解得到系统动力时程响应。研究结果表明,理论模型能够完整反映高速磁浮系统轨道梁、磁浮间隙和车辆的振动规律,可有效模拟轨道不平顺、风致横向荷载联合作用下的系统横向耦合振动;数值模拟结果表明:轨道梁跨中最大位移与车速呈正相关关系,且存在一临界车速使得跨中最大加速度取最大值;新型轨道梁各车速下跨中最大位移小于0.32 mm,其横向动力学性能满足要求。研究成果可为高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。

面向工程问题的土木工程应用软件课程教学改革

土木工程应用软件课程是土木工程专业本科教育阶段非常重要的一个综合性实践教学环节,与高校本科生的最终培养质量息息相关。土木工程专业教育认证中对现代计算机工具的使用、解决工程实际问题的能力和专业方面的国际视野有明确要求。结合教学实践,文章首先对目前普通高等院校土木工程应用软件教学中所面临的主要问题进行了剖析,然后结合典型工程问题的处理方法对面向工程问题的探索性教学改革进行了论述,最后提出教学改革措施与建议。

基于耦合振动的高速磁浮轨道梁横向刚度研究

为开发600 km/h高速磁浮新型轨道梁结构,须研究轨道梁横向刚度对磁浮系统横向耦合振动的影响。基于多刚体动力学、比例-微分(PD)控制算法、模态叠加法,开发了列车-控制器-轨道梁横向耦合振动数值仿真程序,考虑轨道不平顺和风致横向荷载的作用,分别对12种轨道梁刚度的系统耦合振动进行了数值模拟。结果表明,当刚度比大于0.42时,刚度变化对系统振动响应没有显著影响;风致横向荷载会增大轨道梁横向振动及车体的摆头运动,使列车前后端部电磁铁磁浮间隙波动幅值增加;与轨道不平顺相比,风致横向荷载是主要的激振因素。

温差对磁浮双跨轨道梁变形的影响

为探讨现有规定对磁悬浮轨道梁受温差荷载作用下产生的位移要求是否过于严苛,建立三种不同截面高度的磁浮双跨轨道梁有限元模型进行稳态分析,得到三种不同环境温度下的温度分布及竖向、横向最大位移。比较分析可知:竖向挠跨比均不满足现有规范,现有规范过于严苛;横向挠跨比均满足现有规范。

考虑电磁力作用下磁浮三跨刚构桥振动分析(英文)

研究了磁浮车辆与三跨刚构桥之间的耦合振动.考虑主动控制电磁悬浮力的作用,建立了磁浮车辆-桥梁耦合振动分析模型.使用数值方法对车辆通过时桥梁的动力反应进行了分析.结果表明桥梁的梁墩线刚度比宜在2.0到3.0之间.桥梁的动力反应随着桥梁刚度的降低、车速和跨度比的增加而加剧.建议桥梁动力设计中以控制桥梁的冲击系数和振动加速度为主.移动荷载模型和移动质量模型在磁浮桥梁动力设计中均不适用.所得结论可为高速磁浮三跨刚构桥设计提供理论依据.

地震作用下结构主动调谐质量阻尼器最优控制设计

基于Kanai-Tajimi地震动模型,建立了主动调谐质量阻尼器(ATMD)结构系统的位移和加速度传递函数.定义ATMD最优参数的评价准则为:设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化.ATMD有效性的评价准则定义为:设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数的最小值的最小化与未设置ATMD结构的最大位移和加速度动力放大系数之比.定义ATMD冲程的评价准则为:ATMD的最大位移动力放大系数.基于选择的评价准则,研究了地震卓越频率(EDF)对ATMD在控制结构位移和加速度响应时的最优参数、有效性和冲程的影响.

超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动分析

针对超高速磁浮车-轨道梁竖向耦合振动的问题,提出一种基于轨道梁有限单元模型和磁浮力比例-积分-微分(PID)控制器模型的分析方法。为提高计算效率,整体耦合系统以磁浮力为界,分为车辆和轨道梁2个子系统,车-梁之间的振动耦合则通过PID控制器计算的磁浮力来完成。组成耦合系统的子系统分别采用振型分解法和四阶龙格库塔法计算其振动响应。为验证方法的有效性以及了解超高速磁浮车桥耦合振动特性,使用Mathematica编程进行超高速磁悬浮车-轨道梁的耦合振动分析,得到运行速度为600km/h的车辆和轨道梁的动力响应。研究成果可为超高速磁浮轨道结构设计和关键技术研究提供参考。

部分内填混凝土钢桁梁焊接整体节点力学性能分析

在部分内填混凝土钢桁梁焊接T形整体节点静力试验的基础上,采用有限元软件ABAQUS对试件节点在腹杆竖向荷载下的力学性能进行数值模拟,并通过试验结果验证有限元模型的正确性。在此基础上选取不同的混凝土内填方案进行参数分析,系统研究混凝土填充长度对钢桁梁整体节点弹性刚度、极限承载力以及破坏模态的影响规律。结果表明:仅在核芯区内填充混凝土对节点力学性能改善很不明显,还需将混凝土填充范围扩大至核芯区两侧的弦杆内,但当混凝土填充超过一定长度后,节点的刚度和承载力提高将非常有限,极限破坏模态也不再变化。

预制空心板梁桥铰缝加固试验研究

空心板梁桥在公路桥梁中应用广泛,但随着使用年限增加,板梁铰缝及其附近铺装层发生破坏,严重时导致单板受力。采用加厚重做混凝土铺装层的方法对破损铰缝进行加固,制作了3组板梁加固节点的足尺模型,开展了不同受力模式下的静力加载试验,得到了加固后铰缝部位的破坏模式和极限承载力。结果表明:铰缝与板梁交界面率先发生开裂之后,试件的最终破坏均表现为混凝土铺装加固层的弯曲或剪切破坏,且不同破坏模式下的铰缝节点均表现出较好的延性。与基于全桥实体有限元分析得到的铰缝截面最不利内力设计值相比,加固后铰缝节点的抗弯和抗剪承载力分别高出3倍和1倍,该加固方法可在工程实践中推广应用。