基于性能的π型梁桥涡振响应概率性评价

文章以某π型梁悬索桥为例,采用剪切应力输运(shear-stress transport,SST)湍流模型,基于大变形动网格和有限体积法实现π型截面主梁涡激振动数值仿真;用最小二乘法对阻尼比和竖向涡振最大幅值进行拟合,使用Q-Q图检验阻尼比的概率分布,探究阻尼比与涡振的关系;用设计点法、多种蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)法拟合结构随阻尼比变化的损伤曲线,建立桥梁涡振损伤评价框架。研究发现:π型主梁在相当广泛的阻尼比范围存在竖向涡振现象,当阻尼比为5.67×10^(-3)时,主梁的竖向涡振振幅超过限值;阻尼比在每年的8—12月服从对数正态分布,并逐年减小,结构的损伤概率随阻尼比不断减小而增加。文中成功拟合出不同阻尼比下涡振最大幅值、涡振区间的损伤概率曲线,提出基于行车舒适性的桥梁涡振概率性损伤评价方法。研究结果可为π型梁涡振行车舒适度概率性损伤评价提供参考。

大跨度中央开槽钢箱梁悬索桥颤振关键参数研究

中央开槽钢箱梁作为第三代钢箱梁,可改善结构的气动性能,提高颤振临界风速,但开槽箱梁的优化选型受多种因素影响。为全面阐述开槽箱梁的气动优化选型规律,通过风洞试验和数值方法综合研究了多个关键参数对颤振性能的影响:通过节段模型风洞试验,研究了开槽比对颤振临界风速的影响规律,并获得了多组颤振导数;采用二维颤振直接分析数值算法,研究了钢箱梁的几何参数、质量参数、频率参数和纵向遮盖率等对悬索桥颤振临界风速的影响规律。研究发现:颤振临界风速随开槽宽度增加先增大后减小,存在最优开槽比;开槽宽度增加使质量和质量惯矩增大,质量和质量惯矩的增加有利于颤振稳定性能的提高;随着扭转频率的增大颤振性能增强,竖弯频率则相反;纵向遮盖各工况也存在最优遮盖率,影响颤振的规律与中央开槽类似;颤振临界风速对各个参数的敏感度不同,敏感度从小到大依次为:质量、竖弯基频、质量惯矩、扭转频率。该研究成果可为开槽箱梁的气动选型提供参考。

超大跨度悬索桥二维颤振频域直接分析方法

为改善传统复模态特征值分析方法(CEVA)求解二维颤振问题时迭代不收敛和运算时间较长的问题,基于传统复模态特征值分析方法和费拉里求解一元四次方程的思路,提出了二维颤振频域直接分析方法(Straight forward method),在超大跨度悬索桥二维颤振分析中无需频率的预先选取和迭代求解,计算时间短.采用该方法对闭口钢箱梁、理想平板、中央开槽钢箱梁、中央双开槽钢箱梁这4种典型断面各6种跨度的悬索桥进行二维颤振频域直接分析.结果表明:从颤振稳定性能的要求出发,跨度小于1500m的悬索桥可采用闭口钢箱梁,跨度小于3000m的悬索桥需采用单开槽钢箱梁,跨度大于3000m的悬索桥需采用双开槽钢箱梁.

新型大跨度自锚式悬索桥节段模型涡激共振对比研究

以我国东南沿海台风多发区2座大跨度自锚式悬索桥为工程背景,运用节段模型风洞试验技术,采用1∶80加劲梁节段模型研究了2座桥的涡激共振响应,包括-5°、-3°、0°、+3°、+5°五种风攻角,2种不同施工状态的共20个试验工况,综合分析了大跨度自锚式悬索桥在无任何附加措施情况下抵抗涡激振动的性能。

飓风古斯塔夫(2008)过境过程风特性研究

对飓风Gustavo(2008)登陆美国路易斯安那州的全过程进行了风雨特性实测,共获得高度分别为2.5m、4m、5m、7m、10m处约48h的风速、风向、气压、温度、湿度、雨量数据,将采样数据划分为飓风过境前期、中期、后期三个典型区间;从时域角度分析了10min子样本的阵风因子、紊流强度、紊流积分尺度、相关性、分布特性,从频域角度对各子样本水平相脉动风谱进行了拟合平均;从时频域角度对三个典型区间的Hilbert时频谱进行计算和观测。研究发现:阵风因子和紊流强度在飓风过境之前大于飓风过境之后,紊流积分尺度反之,阵风因子均值为1.67,阵风因子随紊流度的增大呈指数率增长;风速概率密度函数服从高斯分布,水平向脉动风谱的拟合平均值呈现低频偏高和高频偏低于规范风谱的现象;三个典型区间内的脉动风时频谱曲线显示,飓风过境前后的脉动风均为非线性和非平稳过程。

新标准车道荷载作用下中小跨度桥梁设计研究

2015年新实施的《公路工程技术标准》（JTG B01-2014）将公路-Ⅰ级车道荷载集中荷载标准值由180~360kN增加到270~360kN。为指导新标准下桥梁设计,以13,16,20,25,30m标准跨径的预应力混凝土T形简支梁桥为研究对象,对比分析车道荷载增加后边梁和中梁跨中活载弯矩、作用基本组合值、作用短期组合值、作用长期组合值的变化;对边梁和中梁预应力钢绞线和受拉区普通钢筋进行对比计算,给出新荷载标准下需增加的配束要求。研究表明：活载引起的边梁跨中弯矩最大增幅为27%;作用基本组合、短期组合、长期组合的最大增幅分别为22%、18%和14%。新标准下所需的预应力钢束和普通受拉钢筋数目均增大,5种跨径下单片边梁分别增配Ф15.2预应力钢绞线3束、3束、2束、1束、1束,受拉区普通钢筋分别增配2根Ф2、3根Ф2、1根Ф5、1根Ф5和0根Ф5;单片中梁分别增配Ф15.2预应力钢绞线2束、2束、2束、1束、1束,受拉区普通钢筋分别增配3根Ф2、2根Ф2、0根Ф5、0根Ф5和0根Ф5。

桥梁构件风致动态内力回归估算方法

为弥补全桥气弹模型试验无法直接测量结构动态内力响应的缺陷,选取江东大桥悬索桥吊杆为例,采用风洞试验和随机振动时域有限元分析相结合的手段:首先对两者的位移响应进行校核;然后根据正交风随机有限元分析中加劲梁中跨跨中位移响应和吊杆内力响应的高度相关性,采用线性回归算法获得回归方程,并对中跨跨中位置在多个风偏角下的位移响应进行全桥气弹模型风洞试验取样;最后通过回归方程,估算悬索桥吊杆在不同风偏角下的风致动态内力响应.研究表明:该回归算法得到的线性回归方程在95%置信区间内的回归效果显著;算法克服了气弹模型风洞试验无法测量结构内力响应的缺陷,也可避免随机振动斜风有限元计算需多组风偏角气动参数和复杂计算框架等问题.

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性能理论研究

为研究5000m特大跨度悬索桥的三维空气动力稳定性能,首先实现了考虑竖向、侧向和扭转向三自由度自激力和静风荷载的三维全桥全模态颤振分析方法;其次根据风洞试验获得的气动参数对宽开槽和窄开槽两种方案进行了三维颤振性能分析,并与风洞试验和二维颤振分析结果进行了逐项对比,认为二维和三维颤振分析对于5000m悬索桥有可比性;然后实现了特大跨度悬索桥三维三重非线性静风性能分析方法,并对该方案进行研究发现5000m悬索桥的动力失稳先于静力失稳出现,静风稳定性能不控制设计。最终研究结论:从三维分析的角度看,中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽但设稳定板的方案都能给跨度达5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求,5000m特大跨度悬索桥的设计由空气动力稳定性能控制。

基于递归图理论的飓风信号非平稳特征定量分析

为解决传统时频域分析方法无法定量表征风信号的非平稳特征问题,提出采用递归定量分析方法对风场的非平稳特征进行可视化和定量化分析,该方法适用性强且噪声对计算过程的影响较小.首先,采用相空间重构技术和递归图理论对飓风Gustavo(2008)典型时间序列做非平稳性分析;然后,通过引入递归率、确定率、信息熵、对角线平均长度、层状度和捕获时间等6项递归定量分析指标对飓风过境的全过程进行信号特征的定量分析,并给出飓风信号和良态风信号的6项定量指标界限;最后用台风梅花(1109)进行了上述指标的验证.研究发现,飓风过境前期信号具有一定的周期性和平稳性,中期信号的非线性、非平稳性比较突出;6项递归定量分析指标能够客观区分开飓风信号和良态风信号;递归定量分析方法完全适用于风信号系统的研究,能够更全面、定量地描述风信号的非平稳特征.

5000m特大跨度悬索桥空气动力稳定性风洞试验研究

伴随跨海大桥建造时代的来临,特大跨度悬索桥的空气动力性能研究日益紧迫,设计了中跨跨度为5000m的宽开槽和窄开槽钢箱梁悬索桥方案,实现了5000m特大跨度钢箱梁悬索桥的节段模型风洞试验,研究了宽开槽和窄开槽两种方案的颤振性能,识别了其颤振导数、颤振风速、颤振频率、三分力系数等重要参数;其次在风洞试验中研究了多种稳定板组合方案对窄开槽钢箱梁的颤振控制作用,发现中央稳定板和上稳定板的组合能将颤振临界风速提高50%;最后提出了适用于特大跨度悬索桥的二维颤振Straight-forward Method分析方法,对风洞试验进行了数值模拟,验证了该方法和节段模型风洞试验对于5000m悬索桥分析结果的一致性。最终研究认为:中央开槽达到足够宽度的方案与窄开槽附加稳定板的方案都能为跨度5000m的悬索桥提供足够高的颤振失稳临界风速,并能满足世界上绝大多数台风区的要求。

悬索桥考虑主缆振型的建模方法及其风振响应研究

针对我国东南沿海某大跨度空间索面中央开槽式自锚悬索桥,建立了多种简繁不同的动力分析有限元模型,结合主梁节段模型风洞试验气动力参数,采用桥梁结构三维颤抖振分析程序数值化地再现了该悬索桥在设计风速下的风振响应全过程,定量地比较了考虑主缆振动形态对于桥梁结构动力特性及风致振动响应的影响,探讨了自锚式悬索桥合理建模的基本思路。

基于性能的大跨桥梁颤抖振响应概率性评价

大跨度桥梁颤抖振响应因风场的随机性呈现较大差异,建立基于性能的大跨度桥梁概率性评价方法尤为重要。文章建立了基于性能的大跨度桥梁颤抖振性能概率性评价方法;首先对同风速时的风场进行10~20组多组随机生成,分别计算不同风速、不同随机风场下桥梁的随机振动响应;然后对同风速下多组响应计算结果进行最不利响应曲线拟合,确定结构响应的概率分布;最后基于结构最不利响应,确定不同损伤程度的界限,建立大跨桥梁损伤的评价标准,对桥梁随机振动全过程损伤程度进行评价,建立不同损伤级别下的损伤曲线。研究结果表明:跨中最不利响应的均值在横向与竖向随风速呈幂指数增长;Q-Q图显示同一平均风速下,跨中横向和竖向随机振动的最不利响应符合正态分布且与风速大小无关;基于行人和行车舒适度的评价标准,结构竖向损伤比横向均对风速更加敏感,结构的损伤主要由竖向损伤控制。

风障对大跨度悬索桥抗风性能的影响

以主跨1 650 m中央开槽钢箱梁悬索桥为对象,进行了主梁的有风障和无风障节段模型颤振和测力风洞试验,分别对比研究了风障对颤振临界风速和气动三分力系数的影响,并利用测力试验获得的三分力系数计算分析了风障对静风稳定性的影响。结果表明:风障不会降低大跨度悬索桥的颤振稳定性;风障增大了阻力系数,减小了升力系数,在-6°—12°范围内风障使升力矩系数减小,在-12°—-7°范围内,风障使升力矩系数增大;风障不会降低大跨度悬索桥的静风稳定性,在某种程度上抑制了静风失稳,尤其是在负攻角和零攻角时。

公路桥梁技术状况评定标准技术问题研究

文章针对《公路桥梁技术状况评定标准》(JTG/T H21-2011)在实施过程中遇到的桥梁结构构件如何合理划分、计算排序影响的定量分析、病害标度判定与划分等问题,通过计算对比以及详细的分析和研究,提出了对相关技术问题的解决办法,可为桥梁技术人员在进行桥梁技术状况评定时提供参考。

Wavelet_Huang和Hilbert_Huang方法用于非高斯风压信号分析的比较研究

非高斯风压时程具有间歇性的大脉冲信号和不对称性,传统的傅里叶变换无法得到信号的频谱特性随时间的变化过程,也不能识别出不同频段处信号的变异性。采用一种结合经验模式分解(EMD)和小波变换(WaveletTransform)的方法(简称WHT)对非高斯风压信号进行时-频-谱联合特性分析,随后讨论了不同频段处信号的奇异性、冲击性和分辨率;并和Hilbert_Huang变换(简称HHT)分析的结果进行对比。两种方法处理非高斯信号都能很好地提取信号的主要特征和分解、重构;由于小波基尺度有限并受到测不准原理的限制,WHT方法得到的小波谱的能量在频率范围内分布较宽,而HHT方法得到的Hilbert能量谱大多都集中在有限的能量谱线上;WHT方法进行不同频段处信号的变异性检测是对EMD分解得到的IMF分量进行小波分解,其更能反映原始数据的固有特性,在任意感兴趣的频段捕捉到信号的局部特征。研究结果表明,HHT方法可以更好地进行非高斯信号的谱特性分析,而WHT方法在信号的分解、重构和变异性检测时效果更好。

大跨度自锚式悬索桥的动力特性分析

以钱江九桥和青岛海湾桥大沽河航道桥两座自锚式悬索桥为例,用通用有限元软件ANSYS建立了大桥的三维有限元动力计算模型,对大桥进行了静力和动力计算分析,发现存在多阶拉索振动振型并对此现象进行了分析,为大跨度自锚式悬索桥的设计、施工提供了参考。

卓越工程师教育培养计划下《桥梁工程》课程教学的工程回归

实施卓越工程师教育培养计划,对课程教改及相应的工程实践教学都提出了改革创新要求。文章针对《桥梁工程》课程教学存在的主要问题,提出了基于工程回归的课程教学改革思路和教改框架,并对完善课程教学内容提出建议,以期进一步提高新形势下的《桥梁工程》教育教学水平以保障人才培养质量。

基于实测的古斯塔夫飓风非平稳特性分析

根据美国路易斯安娜州立大学飓风研究中心对古斯塔夫(Gustavo)飓风的实测资料,首先采用传统方法统计出不同高度处强风的基本参数特性,然后运用轮次法对不同高度、时距和起始点的风速样本进行非平稳特性检验,最后基于希尔伯特-黄变换(HHT)方法对于呈现非平稳特性的风速序列进行经验模式分解(EMD)和时-频-谱联合特征分析。分析发现,飓风的湍流强度和积分尺度较良态风场相差较大,并且其平均风速也极不稳定;通过轮次法对不同高度和时段的风速时程检验发现,非平稳特性与高度和统计时段大小密切相关,相应的10min时距的风速样本也存在非平稳特性;HHT对非平稳风速序列分析结果表明,飓风的非平稳特性主要是由时变的平均风速引起,其能量和频率随着时间的变化明显,并且主要能量集中在0.05～0.2Hz频段内,但EMD分解和Hilbert谱结果表明高频能量同样不能忽略。最终得出的结论为:基于传统的分析方法可以很好地获得基于平稳假定的飓风统计参数,但不能获取其非平稳信息,而轮次法和HHT方法是识别非平稳和分析其时频谱联合特性的良好方法。

斜拉桥拱塔大缩尺比模型试验研究

大跨度缆索承重桥梁桥塔模型试验研究多采用大比例节段模型为研究对象,但该节段模型无法完整反映索塔的整体受力机理。文章采用1∶10大比例全模型,对马鞍山长江大桥右叉斜拉桥的拱形索塔进行试验研究,解决了模型试验设计中的恒载补偿设计、拱塔环向预应力加载和斜拉索张拉模拟等关键技术问题;采用等应变原理设计拱塔模型,并模拟了斜拉索拱塔的受力特性。研究结果表明,除个别点位外,试验结果与有限元数值模拟结果的误差不超过15%。该研究对马鞍山长江大桥右叉斜拉桥以及类似工程的设计和施工均具有借鉴作用。

土木工程专业校企联合实践教学模式构建与探索

文章针对土木工程专业实施卓越工程师培养计划,探讨了如何构建工程实践学习内容与体系,分析了校内学习与企业实践学习的衔接问题,提出了校企合作开展实践教学的思路。结合实践,探索总结,建立了学生企业实践教育学习的内容、过程管理及运行机制。