基于同频弯扭耦合强迫振动的桥梁断面颤振导数识别方法改进

为拓展强迫振动法在桥梁断面颤振导数识别领域中的应用能力,采取让断面做2次同频异相的弯扭耦合简谐运动模式,理论推导出任意非零相位差条件下的桥梁断面颤振导数识别公式。以理想平板的Theodorsen解为气动力数据源,对该方法的识别能力进行数值验证,并在此基础上研究弯扭耦合运动相位差、高斯白噪声、整数倍频有色噪声对平板颤振导数识别结果的影响规律。基于Fluent软件,将该方法与计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)技术结合,识别得到丹麦大带东桥主梁断面的颤振导数。研究结果表明:当平板气动力不包含噪声时,在任意非零相位差取值条件下,按照该方法识别所得颤振导数结果与理论值完全吻合;当平板气动力含有高斯白噪声时,在考察的3个低水平噪声条件下(5%、10%、15%),颤振导数识别误差与高斯白噪声比例水平、折算风速均成正相关,但不同颤振导数对高斯白噪声敏感程度各异;当平板气动力包含整数倍频有色噪声时,3倍频、4倍频噪声对颤振导数的识别精度影响显著,其他低倍频噪声和超高倍频噪声的影响较小,在8个颤振导数的识别结果中,H_(2)^(*)、H_(4)^(*)、A_(2)^(*)、A_(4)^(*)对倍频有色噪声更敏感。应用该方法结合CFD数值模拟识别得到的大带东桥主梁颤振导数与既有文献结果吻合良好,经计算得到的颤振临界风速也较为接近。研究结果可满足同类桥梁颤振设计的工程计算需求。

中低速磁浮圆曲线钢箱梁桥车致振动响应研究

随着圆曲线钢箱梁桥在城市交通中的应用愈发广泛,为探究其在中低速磁浮车辆运行作用下的振动响应特性,基于多体动力学和有限元方法建立车辆-轨道-钢箱梁刚柔耦合动力学模型,采用动态电磁阻尼力影响的二维磁轨关系,并考虑轨道关键部件的参振作用,分析圆曲线段钢箱梁的振动特性,探讨钢箱梁板厚、车辆速度及车体质量对钢箱梁振动响应的影响。结果表明:受曲率影响,钢箱梁在发生弯曲的同时亦会伴生扭转,产生弯扭耦合振动;钢箱梁的振动主要由10~20 Hz的钢箱梁整体弯曲振动、30~40 Hz的钢箱梁扭转振动以及50~70 Hz的轨道局部振动引起;计算得到的钢箱梁跨中横向及垂向最大挠度分别为1.26 mm、3.88 mm,均满足相关标准要求,钢箱梁具有足够的支撑刚度;各工况下的垂向加速度均未超过5.0 m/s^(2)的限值,且最高达到2.2 m/s^(2);在板厚10 mm以及超员载荷工况下,横向加速度大多超过1.4 m/s^(2)的限值,且最高达到4.0 m/s^(2);车辆速度的减小和车体质量的增加均会放大弯扭耦合作用影响,而板厚的增加则能够有效降低弯扭耦合作用影响,当板厚由10 mm增至40 mm时,一阶横弯及扭转频率对应振幅分别减小94.3%、98.7%。

索承式人行悬索桥自振特性及弯扭耦合特征分析

为了研究索承式人行桥的自振特性及其弯扭耦合特征,以某实际工程为例,采用Midas软件建立了有限元模型,将各振型中横弯分量和扭转分量贡献度的比值定义为弯扭耦合系数β,分析了索承式人行桥振型模态的弯扭耦合特征,以及主缆矢跨比λc、抗风缆矢跨比λw和抗风缆倾角α对自振特性及弯扭耦合特征的影响。研究发现,竖弯振动不存在与其他振型分量的耦合,而横弯和扭转振型存在耦合,且随振动阶数增加,弯扭耦合系数β减小,振型由横弯为主逐渐过渡到以扭转为主;随主缆矢跨比λc减小,弯扭耦合振型频率增大,β减小;随抗风缆矢跨比λw的减小,以横弯为主的弯扭振型(β≥1)频率下降,以扭转为主的则略有增大;增大抗风缆倾角α会使桥梁整体横向刚度下降,但抗扭刚度增加。

某匝道桥横向相反滑移现象原因剖析与修复

曲线梁桥由于受到弯扭耦合作用,在环境温差和车辆荷载作用下,梁体易产生横向滑移,影响曲线梁桥的结构安全。现就上海某高速匝道桥为例,对其特殊的反弯曲线产生的横向相反滑移现象进行理论分析,并与实际进行对比,得出环境温度和车辆离心力是引起横向滑移的主要因素。最后提出修复措施,可为同类型新建曲线梁桥提供参考。

不同梯度温度作用下曲线桥梁的温度效应分析

梯度温度作用在曲线桥梁中会产生较大的温度应力,这会影响到桥梁结构的安全性和耐久性。文章采用通用有限元程序ABAQUS建立了某曲线梁桥的空间有限元模型,分析了不同国家规范的梯度温度荷载模式下结构的变形和内力。结果表明:不同温度模式的计算结果差距很大,例如采用新西兰规范、中国规范和英国规范的计算结果较为保守;截面最大主应力出现在中腹板与顶板相交的位置;不同曲率半径下的曲线桥梁横桥向应力极值变化较大,顶板的横向配筋应考虑曲率半径的影响。

曲线桥梁弯扭耦合减震半主动控制分析

理论研究与震害经验表明,地震时曲线桥梁会产生弯扭耦合振动。为了减少弯扭耦合的地震反应,提出了利用压电摩擦阻尼器进行曲线桥梁地震反应半主动控制的方法,建立曲线桥梁空间有限元模型,在桥台支座部位设置半主动控制阻尼器,在不同地震波入射角情况下分析了半主动控制算法的减震效果。结果表明,半主动控制界限Hrovat最优控制算法能有效地减小曲线桥梁地震反应,其控制效果优于简单Bang-bang控制算法,而始终提供最大阻尼力的被动控制方法会增大桥梁地震反应,并不是被动控制阻尼力越大越好。

大跨度曲线刚构桥预应力设置对扭矩的影响

为了减小曲线梁桥的弯-扭耦合效应,以一座大跨度曲线连续刚构桥为依托,采用有限元软件MIDAS建立空间有限元模型,计算得到自重、预应力、混凝土收缩徐变等荷载作用下的主梁扭矩分布,结果表明:曲线刚构桥主梁的扭矩主要由自重和预应力产生,且随着曲率半径的减小显著增大。因此,改变预应力筋的设置方式是抵消主梁扭矩的一种有效措施,通过不同方式改变原设计方案的对称布筋方式,得知采用预应力筋的不对称张拉以及不对称布筋方式能有效抵消恒载产生的扭矩。

预应力设置方式对曲线梁桥扭矩的影响

曲线梁桥的弯-扭耦合效应明显,文章以一工程实例为依托,采用有限元方法建立空间模型,分析在恒载、预应力作用下主梁的扭矩和支座反力分布,研究抗扭支座的预偏心和预应力的设置方式对主梁扭矩的影响,探索有效减少主梁扭矩的方法。结果表明,抗扭支座的预偏心对支座反力及下部结构的受力影响较大,预应力筋的不对称布置方式能改善恒载作用下曲线梁桥的扭矩分布。

曲线箱梁桥悬臂施工应力与线形现场测试研究

通过现场监测和数值模拟手段,分析了预应力混凝土曲线箱梁桥悬臂施工过程中的应力和线形变化规律,讨论了曲线箱梁弯扭耦合效应及日照温度梯度对曲线箱梁桥内力和线形的影响。研究结果表明,曲线箱梁两侧翼缘板应力差值、竖向位移差值及箱梁径向位移随着箱梁曲率、墩身高度和悬臂长度的增大而增大;日照温度应力随温度梯度、约束条件和悬臂长度的变化而变化,其量级可能超过结构的活荷载水平,温度对箱梁标高的影响也不容忽视,且温度应力和温度位移具有滞后效应。研究结论可为预应力混凝土曲线箱梁桥的设计和施工提供有益的参考。

基于应变能的三塔悬索桥静风失稳形态分析

因三塔悬索桥的中塔缺乏有效的纵向约束而对风作用敏感,为了深入研究三塔悬索桥静风失稳机理,以马鞍山长江公路大桥为背景,从应变能的角度分析该桥静风失稳形态。通过计算获得0°和3°初攻角下主缆、吊杆、主梁和桥塔等构件的应变能,并对比主梁和桥塔在失稳前、后各自由度应变能。结果表明:低风速下该桥相邻跨的位移呈相同的变化趋势,但在静风失稳临界风速下,邻跨位移出现了"分岔"现象,其静风失稳形态表现为反对称扭转与反对称竖弯的耦合;总应变能的变化规律由主缆主导,并且和初攻角有关;桥塔应变能增长主要由纵向弯曲引起;主梁应变能在侧弯、竖弯和扭转3个自由度上的分配比例关系反映了失稳后的弯扭耦合程度。

隔板式钢-混凝土曲线组合梁弯扭性能

为了研究钢-混凝土曲线组合梁的受力性能及横隔板影响,以跨径比(计算跨度与曲线半径的比值)和横隔板数目为参数,对6片'隔板式'简支曲线组合梁进行了试验研究和有限元数值模拟,分析了其在跨中荷载作用下的全过程受力性能、应变分布和结合面相对滑移规律。结果表明:跨径比的增大使曲线组合梁的弯扭破坏特征加强,横隔板数量对其影响不大;切向和径向应变均在有横隔板处曲线内侧小、外侧大,无横隔板处则相反;结合面切向和径向滑移均随跨径比的增大而增大,横隔板数目对切向滑移影响较小,但横隔板处径向滑移增大。因此横隔板对曲线组合梁的横向应变分布和径向滑移有较大影响,端横隔板对增加抗扭刚度作用明显。

曲线梁桥振型主方向判定方法研究

由于曲线梁桥独特的构造特点,其振型存在"弯扭耦合"现象。为了判定曲线梁桥各阶"弯扭耦合"振型的主方向是弯曲或纯扭转,把曲线梁桥的每阶振型分解为竖向弯曲、纯扭转、横向弯曲和纵向移动4个子方向,把每阶振型的能量亦分成竖向弯曲能量、扭转能量、横向弯曲能量和沿纵向平移能量4个方向上的能量,引入4个方向参数来分别表示各子方向能量所占各阶振型能量的比值。然后从结构动力学理论知识出发,根据无阻尼系统每阶振型动能和变形能之和为常数的基本原理,推导了4个方向参数的计算公式,推导结果显示,方向系数仅为结构质量、截面几何特性和振型向量的表达式。最后提出了一种根据方向参数值的大小判定曲线梁桥各阶振型以哪个子方向为主的方法,并通过实例介绍了该方法的应用。

斜支承曲线梁桥内力影响因素分析

为了深入了解斜支承曲线梁桥的受力性能,基于结构力学的力法原理,推导了任意斜度的斜支承曲线梁桥的内力计算公式。以这些公式为依据,编制了相应电算程序,详细分析了荷载作用位置、荷载类型、弯扭刚度比、斜度、圆心角等因素对斜支承曲线梁桥受力性能的影响。绘制的大量曲线清晰地显示了各项因素对斜支承曲线梁桥受力性能的影响规律。

固定谐振荷载作用下曲线轨道动力响应特性研究

将曲线轨道视为周期性离散支撑结构,根据周期性结构的振动特性,通过引入移动荷载作用下曲线轨道梁的数学模态以及广义波数,得出曲线轨道梁频域响应的级数表达,进而求解固定谐振荷载作用下曲线轨道梁平面外弯扭耦合振动的响应特性。通过计算不同频率固定谐振荷载作用下曲线轨梁的动力响应,可以求得曲线轨梁垂向位移频响特性。对单层离散点支撑轨道模型进行计算分析可知:曲线轨道梁一阶自振频率受扣件支点垂向支撑刚度、垂向支撑阻尼系数、扣件支点间距变化影响较大,扣件支点垂向支撑刚度增加时轨梁一阶自振频率提高,垂向支撑阻尼系数增加时轨梁一阶自振频率略有减少,扣件支点间距减小时轨梁一阶自振频率提高;扣件支点间距对曲线轨梁频响特性具有显著的影响,跨中处一阶pinned-pinned共振峰幅值及支点处反共振峰幅值随支点间距的增加而变大;曲线半径对地铁轨道轨梁垂向位移频响特性几乎没有影响。

移动谐振荷载作用下曲线轨道钢轨动力响应求解方法研究

将曲线轨道视作周期性轨道结构,根据周期性结构的振动特性,可将荷载作用下曲线轨道钢轨动力响应的求解问题转化在一个基本元之内进行。通过引入移动谐振荷载作用下曲线轨道钢轨的数学模态,得出了曲线轨道钢轨频域响应的级数表达。在频域内采用模态叠加法表示钢轨的弯曲及扭转变形,进而求解得出钢轨的频域动力响应。经研究发现:移动荷载作用下曲线轨道钢轨响应显著的频段位于荷载激励频率附近,随着荷载移动速度的增加,荷载激励频率附近一个很窄频段内的位移响应将有所减小,但其它大部分频段内的位移响应将显著增大;随着荷载移动速度的增加,移动谐振荷载引起的钢轨响应峰值变化不大,但响应显著的持续时间变短;离散支承引起的参数激励受速度的影响显著;采用曲线梁模型模拟曲线轨道钢轨所得垂向动力响应结果与直梁模型基本一致,可以采用直梁模型近似研究曲线轨道钢轨垂向动力响应;当对曲线轨道钢轨进行精细化建模分析时,曲线半径对曲线钢轨扭转振动有一定程度的影响,需采用曲梁模型研究曲线轨道钢轨动力响应。

支座斜交角度对曲线刚构桥静力特性的影响

针对曲线T形刚构桥在运营过程中支座脱空和翘曲变形的现象,以一座跨度为(100+100)m的曲线T形刚构桥为工程实例,建立有限元分析模型,研究了斜交角(桥轴线与双支座中垂线的夹角)对桥梁内力分布规律的影响。研究结果表明:斜交角为-5°时,能一定程度上降低曲线刚构桥的弯扭耦合作用;负向斜交角能减小正常使用状态下支座反力的不平衡程度;随着支座斜交角的减小,车辆内侧偏载引起支座反力的不平衡效应随之减弱。

用直接法求解半圆形输液曲管的极限流速

根据D.Alembert原理导出了半圆形输液曲管弯曲-扭转-流体耦合问题的自由振动方程。对这类方程解耦而单独求出弯曲、扭转的解析解非常困难,于是介绍了一种近似计算方法--直接法。采用直接法,首先选取满足自然边界条件但不一定满足方程的试函数作为方程的近似解,并使误差在整个空间上加权累积为零,这可解释为广义力在虚位移上所做的虚功之和为零(平衡方程的弱积分)。而后求出了系统固有频率的近似解析公式,同时也得到了极限流速的近似解析公式。通过算例,分析了曲管中流体流速对系统固有频率的影响,得出了更为精确的结果。

铁路小半径曲线刚构-连续梁桥设计研究

为研究小半径曲线刚构-连续梁桥的受力特点,以某(36+60+36)m铁路刚构-连续梁桥为背景进行分析。采用BSAS、MIDAS、ANSYS建立有限元模型,针对该桥小半径、施工复杂等特点,从弯扭耦合效应、刚度、变形、稳定性等方面进行详细分析,结果表明:该桥具有足够的强度、刚度和稳定性。

大曲率小箱梁桥型研究

笔者对简支曲线小箱梁桥型的设计、理论计算、模型与实桥试验作了系列研究 ,并以曲线梁理论计算为依据进行弯矩拟合和扭矩拟合 ,为实际工程应用提供了一种具有足够精度的实用计算方法 .在实桥施工中摸索出一套适合我国国情的预制曲线小箱梁的施工工艺 .

不平度下曲线箱梁桥冲击系数的参数相关性

采用经试验验证的数值模拟方法对大量不同跨度、半径、支承类型和截面形式的混凝土连续曲线箱梁桥进行分析,讨论了各种不平度等级下冲击系数与圆心角、弯扭刚度比、综合影响系数和竖向弯曲振动基频之间的参数相关性,计算了对应的相关系数。结果表明:当不平度等级从A级变化到D级时,除中跨跨中的内力冲击系数外,主梁的弯矩、扭矩、剪力、挠度和反力冲击系数与竖向弯曲振动基频、圆心角和综合影响系数均呈负相关,而与弯扭刚度比则呈正相关;各项内力、挠度和支座反力的冲击系数与结构竖弯基频的相关性最大,且受不平度等级变化的影响较小。