考虑主缆振动的悬索桥三维颤振分析

传统悬索桥颤振分析中通常忽略作用在主缆上的自激力。在系统颤振运动方程中同时纳入作用在主梁与主缆上自激力的贡献 ,研究主缆振动对悬索桥颤振稳定性的影响。以某悬索桥设计方案为工程背景 ,对该桥主梁架设阶段和成桥状态分别进行了三维颤振分析。与传统仅考虑作用在主梁上自激力的颤振分析结果相比 ,考虑主缆振动后计算所得系统颤振临界风速将会提高 ,且对主梁早期架设阶段影响较大 ,对后期架设阶段以及成桥状态影响较小。

基于模态驱动分析方法的桥梁颤振模态影响机理

通过定量描述各阶模态及其分布特性在颤振演化过程中的影响,研究了多阶模态耦合导致的桥梁颤振三维效应。首先,根据系统模态中固有模态间的激励-反馈机制推导出能够反应各阶模态参与贡献的系统阻尼和刚度解析解,建立了适用于三维颤振机理分析的模态驱动分析方法。其次,对桥梁整体系统阻尼沿着跨向进行泰勒展开,建立了跨向节段与气动性能间的定量关系,使得该方法能够量化各阶模态跨向分布特性的影响。然后,以主跨径为500~1500m的悬索桥为例,系统地研究了模态的参与及其分布特性对颤振性能的影响。最后,通过比对二维和三维分析结果,揭示了三维效应的影响及其产生原因。研究结果表明:由于基础竖弯和扭转振型不可能完全相似,三维两模态结果必然大于二维分析结果;随着风速提升二阶正对称竖弯模态先提供负向阻尼后提供正向阻尼,其对颤振性能的影响取决于自身频率与系统颤振频率的比值;约70%的梁段贡献了绝大多数的气动阻尼。

大跨度桥梁非线性颤振理论与试验研究

目前,在线性颤振设防标准下,大跨桥梁的设计与建设成本巨幅增加,严重阻碍了大跨度桥梁的进一步发展,亟需研究大跨度桥梁的非线性颤振特性并构建相关非线性颤振分析理论,为后颤振设防标准的构建提供理论依据。该研究发展了基于自由振动风洞试验识别幅变颤振导数的方法,建立了多/全模态耦合三维非线性颤振频域快速分析方法和能够考虑气动与结构双重非线性效应的三维时域分析方法,拓展了桥梁断面节段模型大振幅非线性颤振研究的风洞试验技术。基于发展的非线性颤振分析方法,以国内某四主缆双层桁架主梁断面悬索桥为背景,研究了该桥主梁断面的非线性颤振特性,量化了竖向自由度对该断面非线性颤振的影响,探究了多模态耦合效应对该桥非线性颤振的影响规律,发现了几何非线性效应诱发的超谐共振行为,并据此揭示了几何非线性效应对该桥非线性颤振的影响机制。该文方便读者对非线性颤振理论与分析方法有比较全面的了解,研究可为今后建立大跨桥梁的韧性抗风设计标准提供理论支撑和技术保障。

钢箱梁高度对桥梁颤振稳定性影响数值计算研究

为设计合适的梁高,在达到结构受力的条件下以较少的用钢量满足桥梁的气动稳定性.本文首次综合考虑了箱梁气动外形变化和刚度变化,运用全桥多模态颤振分析方法计算分析箱梁高度变化对颤振临界风速的影响.并通过颤振导数变化规律,颤振发生时各振型的能量分布来说明优化机理.计算表明:在箱梁宽度相同,风嘴角度相同的情况下,随着箱梁高度的增加,桥梁竖弯频率基本保持不变,扭转频率增加,扭转刚度增加.同时箱梁流线型变差,气动外形变差,颤振发生时竖弯和扭转振型参与程度发生变化.在一定的梁高范围内,桥梁的颤振稳定性没有随梁高线性变化,存在一个最优梁高,使得桥梁颤振临界风速最大.

考虑水平和竖直方向振动作用的导线疲劳损伤检测方法研究

针对架空导线振动损伤检测方法计算精度不高的问题,提出一种更为精确的导线损伤检测方法。该方法以不同风速和张力下具有水平和竖直动力的不对称双跨导线结构响应特征为基础,研究水平和竖直方向振动作用的导线疲劳损伤程度。通过薛氏模型识别出水平和竖直加速度信号,利用深度孪生神经网络(deep Siamese convolutional network,DSCN)架构将水平和竖直方向加速度信号输入标准化时间窗,然后经过希尔伯特黄变换支持向量机(Hilbert Huang transform-support vector machine,HHT-SVM)算法求解导线疲劳损伤值,并与主流算法对比验证。不同风速条件下的数据结果显示,HHT-SVM方法较遗传算法、卷积神经网络(convolutional neural network,CNN)算法两种方法更为优异,计算的疲劳损伤值总体精度分别提高了22.77%、8.06%,模态阶数精度提高了23%、4%,迭代次数减少了45%、17%。最后,通过HHT-SVM方法,结合三维颤振稳定性检测图,得出导线振动与疲劳损伤值的关系与推导出的比例关系一致,从而再次验证该方法的可靠性。

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。

广西邕江组合吊桥节段模型风洞试验

本文以广西邕江组合吊桥实桥为对象,阐述了组合吊桥的动力特性试验、节段模型设计与制作、模型地面调试和风洞试验的方法、三维颤振分析的基本理论,分析了风洞试验的结果,并提出了该桥型的抗风措施。

大跨径悬索桥颤振稳定性的参数研究

颤振稳定性已成为影响和控制大跨径悬索桥设计的一个重要问题。运用大跨径桥梁三维非线性颤振分析方法 ,以润扬长江大桥为背景 ,对一些设计参数 ,如桥跨布置、矢跨比、边主跨比、加劲梁的高度和恒载集度等 ,进行了颤振的参数分析 。