静风荷载下大跨斜拉桥上无缝线路受力与变形

大跨度斜拉桥在自然风场中易因自身柔度特性发生位移变形。为研究静风荷载作用下大跨斜拉桥上CRTS(China Railway Track System)双块式无砟轨道无缝线路桥梁及轨道结构在空间三向的力学性能分布规律,参照某一四线预应力混凝土斜拉桥工程实例,基于有限元法建立了大跨斜拉桥上无缝线路精细化空间耦合模型,分析了横桥向静风荷载作用下桥梁体系及桥上轨道结构的力学性能。分析结果表明:桥梁及桥上轨道结构三向(应)力最大值基本分布在斜拉桥跨中及边墩附近;各结构三向(应)力中,底座板、桥梁结构纵向应力峰值最大,约为横向应力峰值的8倍,约为竖向应力峰值的7倍、15倍,轨道板结构表现为横向应力峰值最大,且与其余两向应力峰值之间差距较小;各结构三向位移中,横向、竖向位移均在跨中及附近达到最大值,纵向位移在斜拉桥边墩附近达到最大值,其中,横向位移峰值是其余两向位移峰值的20余倍;桥梁两侧构件竖向、纵向位移方向相反,即桥梁表现为静风作用下的倾覆、弯曲倾向。研究成果可为风环境中大跨斜拉桥上线路设计、维护检修以及健康监测提供理论依据。

基底隔震高层建筑风振响应和等效静风荷载

基于高层建筑风荷载规范,建立了基底隔震高层建筑在风荷载下的运动方程,推导得到了结构风振响应均方根.通过3栋高度不同的隔震高层建筑工程案例,对比分析了它们隔震前后的结构动力特性和顺风向风致响应;提出了与非隔震建筑等效静风荷载在表达形式上一致的基底隔震建筑等效静风荷载公式,其中对风振因子简化公式进行了修正.结果表明:结构隔震后在初始刚度弹性范围内的振动频率降低,阻尼比减小,振型在隔震层位置存在滑移,因此结构各响应较非隔震建筑增大;提出的背景因子简化公式可精确估计隔震结构风振系数,同时也可用于加速度的计算.该研究为高层隔震建筑在弹性范围内的风振验算提供了参考.

强风下导线的等效随机静风荷载概率模型

输/配电线路是典型的风振敏感结构,而且导线风荷载往往大于杆塔自身风荷载。结构风荷载常呈现强随机性,合理地考虑这种随机性是输/配电线路抗风设计与风险评估的基础。该文以气弹模型风洞试验为依据,结合随机风振反应基本理论,获得导线等效静风荷载的计算方法;引入强风风场特性参数的随机性,推导并拟合得到导线的等效随机静风荷载概率模型;将建立的随机风荷载概率模型应用于配网结构的可靠度分析中,评估现有配网结构规范设计的可靠度水准。分析结果表明,导线风荷载效应占比大于5%时,按现有配网线路规范设计的构件可靠度指标低于构件呈现二级延性破坏所对应的目标可靠度水平。该文建立的随机风荷载概率模型,考虑了平均风荷载的随机性、脉动风荷载的随机过程性及其对结构的随机动力效应,同时引入了描述脉动风随机过程特性参数的随机性,可应用于强风下输/配电网的抗风设计和风险评估。

动力定位船舶等效静风荷载研究

从海洋船舶风荷载的作用机理出发,分别研究了海洋结构物风振响应和等效静风荷载。将船舶风振响应分解为平均风振响应和脉动风振响应,建立了三自由度船舶等效静风荷载模型,分别给出了平均分量、脉动风荷载的背景分量和共振分量的计算公式。对某海洋工程船的仿真结果表明,高海况下不考虑脉动风效应会导致对船舶实际风荷载的严重低估。

静风荷载作用下大跨度钢拱桥施工稳定性的参数研究

随着钢拱桥跨径的不断增大,钢拱桥在静风荷载作用下的施工稳定性问题已引起了人们的广泛重视。本文以上海在建的主跨550m的中承式钢拱桥为例,采用几何和材料非线性分析法详细分析了大跨度钢拱桥在两个不同施工阶段下的静风稳定性。结果表明,拱肋最初合拢状态是拱桥施工过程中最不利的状态。最后,详细探讨影响大跨度钢拱桥施工过程中静风稳定性的主要参数。

静风荷载引起的超大跨度桥梁关键问题研究

在超大跨径桥梁中 ,静风荷载不仅会引起结构的动力特性改变 ,还将导致结构强度破坏和失稳。本文以超大跨径桥梁为研究对象 ,计入几何、材料以及静风荷载的非线性的三重影响 ,对它们在静风荷载作用下的关键问题进行了研究 ,揭示了结构的静风荷载响应与三分力系数曲线关系 ,给出了研究方法和一系列研究成果。

复杂多连体大跨度结构的风压与等效静风荷载模拟和分析

以上海世博会后的世博博物馆"欢庆之云"复杂形体大跨度新建工程为背景对象,运用数值模拟方法,研究在不同风向角来风且存在周边建筑风场干扰的情形下,表面曲率多变的多连体大跨空间建筑结构的表面风压、阵风系数和等效静风荷载.对风压云图和分区域风压系数进行了分析,并基于峰值因子法求解阵风系数,进而提出了考虑最不利风向角的等效静风荷载.

大跨空间结构的多目标等效静风荷载分析方法

针对大跨空间结构风荷载空间分布复杂、多振型参与结构风振以及等效静风荷载中存在多等效目标等特点,以作者提出的单目标(即等效目标)等效静风荷载分析方法为基础,提出多目标等效静风荷载的分析方法,该方法的基本思想是:根据结构风振响应特性,选择风荷载的主要本征模态和结构主导振型惯性力作为构造多目标等效静风荷载的基本向量;根据最小二乘法,得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。该分析方法的优点是:能够再现风振响应特点,又能解决工程中的多等效目标问题。最后,将该方法应用于一单层球面网壳,结果表明:一个等效静风荷载分布形式就可以实现某一类响应(如所有节点的位移)都与动力极值响应等效,验证了本文方法的有效性和精度。

1000kV双回路特高压输电塔顺风向等效静风荷载研究

基于高频动态天平测力试验,研究了1000kV双回路特高压输电塔的等效静力风荷载。基于准定常理论和不同高度的脉动风荷载无量纲自功率谱相等的假设,得到了塔身不同高度处的风荷载自谱和互谱。分别计算了输电塔风偏角为0°和90°时的等效背景风荷载、等效共振风荷载和总等效静风荷载,给出了不同高度处的阵风效应因子,可为特高压输电塔的风荷载计算提供依据。

考虑几何与材料及静风荷载的非线性因素的大跨径桥梁静风稳定分析法

针对现有的桥梁静风稳定分析方法中存在的问题 ,提出了增量与内外两重迭代相结合的新方法 ,并且考虑了结构几何、材料和静风荷载非线性。在上述方法的基础上 ,编制了桥梁非线性空气静力稳定分析程序BNAP ,并进行了相应的算例分析 ,所得结果表明该方法具有计算稳定和速度快的优点。最后 ,以一座主跨 10 0 0米的斜拉桥为例 ,分析了结构几何非线性、材料非线性和静风荷载非线性对大跨径桥梁空气静力稳定性的影响。

静风荷载作用下大跨度钢拱桥极限承载力分析

随着钢拱桥跨径的不断增大 ,钢拱桥的极限承载力问题已引起了人们的广泛重视。本文以上海在建的主跨 5 5 0 m的中承式钢拱桥为例 ,采用几何和材料非线性分析法详细分析了大跨度钢拱桥在静风荷载作用下的极限承载力 。

大跨度屋盖结构等效静风荷载研究

有关等效静风荷载理论的研究,以往多针对高层、高耸结构展开。大跨度屋盖结构与高层、高耸结构形式相比,最大的不同在于要考虑多阶振型的影响。由此带来的问题有:对于结构的不同构件和不同响应类型,其等效原则不是惟一的;结构振动模式与荷载分布形态密切相关;如何考虑多阶振动模态的组合。针对以上3个问题,分别探讨了相应的解决思路,并初步给出了关于结构等效背景分量和等效共振分量的确定方法。研究表明:该方法在保证控制点等效的同时,还能使结构其他部位的等效响应更接近于实际可能出现的最不利响应,因而能够更加准确地反映出大跨度屋盖结构风振响应的本质特征。

大跨干煤棚网壳风振时程分析和等效静风荷载研究

以某热电厂大跨干煤棚网壳工程项目为背景,对开敞干煤棚网壳结构进行风洞测压试验。基于风洞测压试验所得的脉动风荷载时程数据,开展大跨干煤棚网壳风振时程分析。分析不同风向角下是否堆煤对该开敞干煤棚网壳结构风振响应的影响。研究了基于时程计算结果的大跨屋盖结构等效静风荷载计算方法,分析比较几种常用的风振系数计算公式及其与峰值因子的关系。研究结果表明:考虑Weibull分布峰值因子的局部轴力风振系数能够用于确定合理有效的等效静力风荷载,实现大跨干煤棚网壳结构风振响应的静力等效,且便于工程应用。

大跨屋盖结构等效静风荷载研究

等效静风荷载为大跨屋盖结构设计提供了处理时空变化动力风荷载的有效途径。从两个方案对等效静风荷载研究,一种方案是采用模态等效静风荷载组合法,另一方案采用共振响应分量对应的模态等效静风荷载与本征正交分解法(POD)简化的荷载响应相关法(LRC)计算的背景等效静风荷载组合法,两个方案中通过加权因子考虑模态耦合项的影响。利用风洞试验同步测量单层柱面网壳结构的风压数据,根据完全二次型组合法(CQC)和平方总和开方法(SRSS)计算风致响应,结果表明模态耦合项可以忽略,仅选取前几阶模态即可获得准确响应结果。等效静风荷载计算的响应结果与CQC法计算结果进行校核。等效静风荷载确定两方案对比分析显示,第一种方案是非常有效、实用的确定等效静风荷载的方法,而第二个方案有助于分别对背景和共振等效静风荷载研究。

大跨度屋盖结构风振响应和等效静风荷载的快速算法和应用

采用一种新的快速算法—谐波激励法(HEM)计算复杂大跨度空间结构的风致响应,该方法的精度等同于完全二次型组合(CQC)方法,对内存的消耗却要远小于CQC方法且计算速度要显著比CQC方法快。在得到结构风致响应的基础上,基于荷载响应相关(LRC)原理计算出包含共振响应和模态耦合的结构等效静风荷载(ESWL)。将本文方法应用于一复杂体育场屋盖的风振响应和ESWL的计算分析,通过对该结构风致响应的特征和ESWL分布的分析和讨论,证明了本文方法的有效性。文中还对响应的背景和共振分量的相关特征进行分析,结果显示:响应的背景和共振分量的相关系数最大可达-0.13,忽略这种相关特征所产生的误差最大可达6%并高估了结构的风振响应。

肋环型单层曲板网壳结构的风振响应及等效静风荷载

分析了肋环型单层曲板网壳结构的风荷载和风振响应,并对采用不同方法计算结构等效静风荷载的精度进行了比较.风洞试验结果表明:肋环型单层曲板网壳结构屋面主要受负风压作用;但在90°风向角下,由于体育馆受前方入口建筑的影响,屋盖边缘局部出现正风压.风振响应分析结果表明:有多阶振型参与结构的风致振动,高阶模态影响不可忽略;为保证结构表面所有节点位移准确,结构的模态耦合项不能忽略.但如果只保证较大位移处的准确性,忽略模态耦合项的SRSS方法也是可取的.利用LRC惯性力法和改进LRC方法计算肋环型单层曲板网壳结构的等效静风荷载,可以保证所有风向角下节点的最大位移等效,但不能保证所有节点的位移等效.

大跨屋盖的包络等效静风荷载

根据大跨屋盖不同等效目标的静风荷载分析,提出包络等效静风荷载的概念和估算方法。比较了不同等效目标的等效静风荷载产生的屋盖节点竖向位移峰值响应以及杆件内力峰值响应,说明包络等效静风荷载产生的各种响应与实际可能出现的最不利情况比较接近,因而能较全面地反映大跨屋盖结构风振响应的特征。而且还根据柱壳屋盖风洞试验结果分析了杆件内力响应背景分量和共振分量的模态分布,讨论了不同结构刚度对杆件内力共振响应及背景响应的影响。

静风荷载下大跨度钢拱桥施工稳定性分析

随着钢拱桥跨径的不断增大,钢拱桥在静风荷载作用下的施工稳定性问题已引起了人们的广泛重视.以上海在建的主跨550 m的中承式钢拱桥为例,采用几何和材料非线性分析法详细分析了大跨度钢拱桥在2个不同施工阶段下的静风稳定性.结果表明,拱肋最初合龙状态是施工过程中最不利的状态.最后,详细探讨了施工过程中拱桥结构静风失稳机理.

静风荷载作用下大跨度钢管混凝土拱桥位移的数值模拟

基于贵州某大跨度钢管混凝土拱桥,通过对静风荷载下大跨度的钢管混凝土拱桥其所产生的最大位移进行模拟计算,并使用有限元计算方式建立大跨度钢管混凝土拱桥梁体、墩台、基础相互作用的一体化模型,对静风荷载作用下的桥位移进行了数值模拟。结果表明,梁体、墩台在静风荷载的作用下会有较大的横向位移产生,在梁体中间位置出现最大值;在梁体、墩台等位置受到最大静风荷载时,横向位移生成的轨向不平顺值要比高速铁路产生的不平顺管理值小得多。在静风荷载下,桥体的桥型对其高墩所产生的横向位移数值影响效果并不明显,当该桥体呈现连续桥梁和连续刚构桥时,边墩墩顶的横向位移相差为0.51mm;中墩墩顶横向位移分别为7.0、6.7mm。高墩大跨桥梁纵向位移会受到不同桥型的影响。在不同初始荷载集度达到极限状态时,内力和位移曲线形状非常相似,这说明根据设计的初始荷载集度,计算得到的位移变化曲线可对结构极限承载力进行精确分析。

大跨度悬索桥在静风荷载下的动力特性研究

大跨度桥梁的动力特性是研究桥梁振动的基础。随着跨度的增加 ,桥梁更加轻型化和柔性化 ,其几何变形与内力状态都会随着风速的改变而变化 ,从而影响到结构的动力特性。本文介绍了风速变化时大跨径悬索桥动力特性的计算方法 ,并以广东虎门大桥为例 ,分析了大跨度悬索桥动力特性随风速变化的规律。