风和车流作用下悬索桥纵向减振及阻尼器参数优化

为了对运营阶段风和车流作用下大跨公路悬索桥进行纵向减振并对阻尼器进行参数优化,通过在已有的风‑车‑桥耦合振动分析系统中引入液体黏滞阻尼器单元,建立了随机风‑车流‑悬索桥分析系统。以一座典型山区大跨悬索桥为工程背景,采用建立的分析系统对比分析了布置阻尼器前后加劲梁在随机风和车流作用下纵向振动的时频特性。在此基础上,进行了阻尼器的参数敏感性分析,研究了阻尼器参数的不同取值对加劲梁位移和塔底内力的影响规律。以优化全桥结构受力、降低纵向振动响应为目标,采用响应面法对阻尼器的参数进行了优化分析。研究表明:对于风、车流荷载单独以及联合作用下的加劲梁纵向振动,阻尼器均能有效降低纵向振动的幅值;但能否降低纵向振动的频率取决于纵向振动中主频的成分。设置液体黏滞阻尼器后,风、车流荷载单独或者联合作用下,加劲梁纵向位移极值和纵向累积位移均随着阻尼系数的增大和速度指数的减小呈减小趋势。此外,不同荷载工况下液体黏滞阻尼器对塔底纵向弯矩的影响规律不同:在风荷载单独作用下,阻尼器会增加塔底纵向弯矩。优化后的液体黏滞阻尼器参数建议取值区间为:阻尼系数宜取500-700 kN/(m/s)^(α),速度指数宜取0.3-0.5。

中山一桥桥面系的方案选择

桥面系的方案选择是关系到整座桥的造价以及受力性能的重要因素,广州市中山一桥在进行桥面设计时采用了两个方案,一个是钢-混凝土结合梁体系,另一个是钢箱体系。通过对两种方案的截面几何尺寸、构件内力、挠度和变形曲线、自振周期和振型这几个方面的分析比较,得到它们之间的受力性能异同,结合中山一桥的具体特点和这两种方案下受力性能间的分析比较,最终选定桥面系的方案为钢箱体系。这种体系具有桥面系轻,各主要构件的内力小,桥面的挠度值小,施工速度快的特点,尤其适合于要求施工工期短的城市桥梁,将钢箱体系应用于中山一桥中取得了很好的综合经济效益。通过对中山一桥桥面系方案选择的探讨,旨在为类似桥梁桥面系方案的选择提供参考。

基于移动力模型的多塔悬索桥梁端纵向位移特征研究

为研究多塔悬索桥加劲梁端在车辆荷载作用下的纵向位移特征,以某三塔四跨悬索桥为工程背景建立了全桥有限元模型,并对竖向移动力作用下的梁端纵向振动响应进行了时频域分析。结果表明:作用在主跨上的移动荷载会导致所在跨梁端位移变形特征呈类似正弦形状,同时通过中塔和缆索影响另一跨的梁端响应;移动力和移动速度的大小均会影响梁端分均累计位移,前者的增加会显著放大各频率的梁端振动幅值,而后者的增加会导致振动中高频成分的增多。通过参数分析发现中塔刚度,加劲梁纵向支承体系和桥塔数量会改变多塔悬索桥的纵向刚度。纵向刚度的提高会增强梁端动态响应,导致梁端累计位移的增加;同时抑制梁端纵向拟静态响应,导致梁端累计位移的减少。

随机风、车流联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性研究

为了研究随机风、车流荷载联合作用下大跨公路悬索桥纵向振动特性,基于元胞自动机原理建立了随机交通流模型,采用平稳高斯过程模拟风荷载,同时考虑随机风、车流与桥梁的相互作用,利用ANSYS和MATLAB混合编程技术建立了风-车-桥空间耦合振动分析平台,并基于该平台对随机风、车流荷载单独作用以及联合作用下某大跨公路悬索桥加劲梁的纵向位移时程、纵向位移极值和纵向累积位移等特性进行了深入的研究。研究结果表明:低风速下(5m·s-1)由单风引起的加劲梁纵向位移极值要远小于由单车(流)引起的加劲梁纵向位移极值(不足5.0%)。当风速增加至20m·s-1时,风致加劲梁纵向位移极值分别为稀疏交通流和轻微拥堵交通流引起加劲梁纵向位移极值的57.7%和24.2%。此外,还发现风-车-桥耦合效应显著,若不考虑风-车-桥耦合效应的影响而采取单个荷载效应线性叠加的方法,将明显低估加劲梁纵向位移的极值响应。风荷载单独作用下加劲梁纵向位移极值的概率分布均服从对数正态分布;车流荷载单独作用以及风、车流荷载联合作用下加劲梁纵向位移极值的概率分布均服从广义极值分布。虽然风荷载对加劲梁纵向位移极值的贡献与车流荷载相比要小很多,但由于风致加劲梁纵向振动的频率较高,风荷载对加劲梁纵向累积位移的贡献要比对纵向位移极值的贡献显著。

超大跨径悬索桥在随机车流和风荷载作用下的纵向运动特性与控制研究

大跨径悬索桥在运营状态下,加劲梁的往复运动极易引发梁端伸缩装置、支座、阻尼器的耐久性问题。针对大跨径公路悬索桥在复杂随机荷载作用下加劲梁纵向运动特征及控制措施不明确的问题,以某在建超大跨径悬索桥为工程背景,研究了随机车流和风荷载作用下加劲梁梁端的纵向运动特性以及采用黏滞阻尼器和电涡流—摩擦组合型阻尼器为纵向阻尼系统共同控制下的减振效果,并考虑了阻尼器性能退化的影响。研究结果表明,在运营阶段大桥梁端纵向运动由车致拟静态运动和风致低阶纵飘模态振动共同产生;在风速较低时,梁端纵向运动以车流荷载引起的拟静态运动为主,随着风速的增大,风致低阶纵飘模态振动逐渐占据主导地位,并与拟静态运动共存;纵向阻尼系统对梁端纵向运动的控制效果良好,但随着电涡流—摩擦组合型阻尼器最大摩擦力的减小,以及黏滞阻尼器漏油百分比的增大,控制效果逐渐下降;当黏滞阻尼器的漏油百分比达到20%后,其控制效果以及两种阻尼器的耗能功率比均趋于稳定,此时控制效果仍然较好,说明混合型梁端纵向阻尼系统具有优越的鲁棒性。