基于规范及实测风谱的苏通大桥抖振响应对比研究

复核结构设计是桥梁结构健康监测系统的主要功能之一。以世界第一大跨斜拉桥——苏通大桥为工程背景,采用实测风谱对大桥设计阶段基于规范谱所进行的抖振分析进行验证。首先采用非线性最小二乘法对桥址区实测强风紊流功率谱密度函数进行拟合,获得实测谱曲线,并分别以该实测拟合谱和规范谱为目标谱分别模拟桥址区三维脉动风场。然后采用上述两种风场,基于ANSYS对苏通大桥进行非线性时域抖振响应分析。两种分析结果的对比表明:与实测谱相比,基于规范谱所得的主梁抖振响应情况不一,但主塔抖振响应均偏于保守;两种抖振响应的PSD曲线整体趋势基本一致。分析结果可为该桥的风致抖振性能评价提供研究信息,同时对其他类型结构的抗风设计具有重要的参考价值。     

斜拉桥与刚构协作体系桥梁的静力特性研究

斜拉桥与刚构协作体系桥梁得到广泛应用,形式可分为分载协作和共载协作,本文以金马大桥为背景,研究了对称形式的分载协作体系,考虑协作体系桥梁中连接部位和协作体跨度比例的不同,并和常规斜拉桥比较,分析了结构的静力特性。当合理选择连接形式和协作体结构比例后,斜拉桥与刚构可形成良好的协作体系:刚构提供给主跨较大的刚度,相比长边索支撑更为经济合理,斜拉索则可在成桥后调整刚构内力和变形,从而增大了跨越能力。     

台风作用下超大跨度斜拉桥抖振响应现场实测研究

大跨度桥梁抖振响应的现场实测研究,对桥梁风工程的发展具有重要意义。2008年7月,"凤凰"台风突袭江苏,本文以遭受该台风袭击的世界第一大跨斜拉桥——苏通大桥为工程背景,综合利用现场实测风特性数据和该桥结构健康监测系统(SHMS)中加速度传感器实时采集的数据,采用频谱分析和统计方法对超大跨度斜拉桥的抖振响应进行了现场实测案例研究,主要研究内容包括桥址区的强风特性分析、主梁和拉索振动响应特性分析、振动与风速的关系、上下游拉索的振动特性对比以及斜拉索阻尼器的减振效果分析等。研究结果可用于验证现有抖振理论分析方法的可靠性,同时可为超大跨度斜拉桥的抗风设计提供参考。     

斜拉桥与T型刚构的协作体系的振动特征研究

广东金马大桥主桥为双索面混凝土独塔斜拉桥与T型刚构的协作体系,其独特结构体系的成功实施引起了工程界的巨大关注。基于大位移非线性弹性理论的广义变分原理,考虑了加劲梁轴向压缩应变能和剪切应变能的影响,建立了斜拉桥与T构协作体系空间耦合自由振动的大位移不完全广义势能泛函,通过约束变分导出了协作体系斜拉桥的加劲主梁的纵向振动、竖向挠曲振动、横向挠曲振动、扭转振动及加劲主塔的纵向振动及扭转振动的基础微分方程,并以数值计算验证推导的有效性,为协作体系桥的固有振动性状分析提供可靠的理论依据。     

大连理工大学获奖项目:金马大桥"大型砼斜拉桥与T型刚构协作体系桥梁"设计技术研究

由大连理工大学完成的“金马大桥“大型砼斜拉桥与T型刚构协作体系桥梁”设计技术研究”项目荣获2004年华夏建设科学技术奖二等奖。     

混凝土斜拉桥与T构协作体系的极限承载力研究

考虑结构的材料非线性和几何非线性,通过对协作体系金马大桥进行全过程非线性分析,得到了结构的极限承载力。研究了混凝土收缩徐变、加劲梁配筋率、斜拉索的安全系数、加载方式等因素对协作体系桥梁的极限承载力的影响,结果表明斜拉索的设计安全系数是很重要的影响因素,应加以重视;全桥和半桥加载时,弹塑性极限活荷载安全系数分别为21.4和9.67,表明金马大桥这种协作体系具有良好的极限承载能力;其弹塑性极限承载力远小于弹性极限承载力,研究结果可以为同类桥梁工程的设计和计算提供参考。     

海口世纪大桥施工双悬臂阶段风致抖振反应的控制

海口世纪大桥是一座在建的主跨３４０ｍ的双塔双斜索面预应力混凝土斜拉桥。由于海口市是我国 主要的强风区，在施工设计风速下世纪桥施工阶段存在不安全的因素。为保证大桥的抗风安全，受建设单位委 托，设计单位完成了世纪桥施工双悬臂结构风致抖振反应控制的研究和设计，并经评审通过，建设单位决定采 用。本文在对世纪桥施工双悬臂结构抗风安全性进行评定的基础上，介绍了所完成的世纪桥施工双悬臂结构风 致抖振反应控制方案的原理和设计方法。并通过对设计方案控制效果的理论分析和风洞试验，验证了世纪桥施 工阶段风振控制设计的可行性和可靠性。     

地基变形对斜拉桥施工双悬臂结构风致抖振反应的影响

探讨了地基变形对桥塔沉井基础位于土层之中的斜拉桥施工双悬臂结构风致抖振反应的影响。在建立了桥塔沉井基础位于土层之中的斜拉桥施工双悬壁结构考虑地基变形的风致抖振反应分析方法的基础上，以海口世纪大桥为工程背景计算分析了地基变形对结构风致抖振反应的影响，得出了地基变形对施工双悬臂结构风致抖振位移反应影响较大，而对桥塔根部纵向抖振弯矩反应影响不大的重要结论。     

不同结构体系下大跨三塔斜拉桥地震响应研究

为研究大跨度三塔斜拉桥采用不同结构体系时的地震响应,以某主跨616m的三塔斜拉桥为工程背景开展地震响应分析。通过有限元软件ANSYS,分别建立漂浮体系、支承体系和刚构体系3种结构体系的全桥空间有限元模型,采用桥位处纵、横及竖向人工加速度时程曲线为地震激励,通过非线性动力时程分析得到不同结构体系下桥梁位移及内力响应。综合主塔塔顶位移、主梁跨中位移及塔底内力对该桥不同结构体系方案进行对比研究。计算结果表明:不同结构体系对3塔斜拉桥构件的地震响应的影响不同,支承体系比较有利于大桥的结构抗震。     

开槽断面斜拉桥的随机抖振数值分析

以中央开槽箱梁断面斜拉桥-上海长江大桥为工程背景,首先通过格栅紊流场节段模型测力和测压风洞试验,研究了中央开槽箱梁断面的非定常随机抖振力频谱特性和跨向相关特性;然后,借助于最小二乘拟合方法,提出了同时考虑来流紊流和特征紊流的中央开槽箱梁断面的非定常随机抖振力谱经验数学模型和抖振力跨向根方相干函数经验数学模型;其次在此基础上,建立了开槽断面斜拉桥的非定常随机抖振响应有限元频域数值分析方法,并应用于上海长江大桥的非定常随机抖振响应分析;最后,把数值分析结果与气弹模型风洞试验结果进行了对比,以检验所建立方法的可行性和可靠性。     

湍流风速谱有效模态的POD分析法

大跨度桥梁和极端天气的出现,使得桥梁的抖振问题备受关注。然而抖振分析的最重要参数之一是风速谱,传统的抖振分析方法认为所有频率的风速会激发桥梁的抖振响应,针对此问题本文提出了基于本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition)方法对风速谱分解。以某斜拉桥为算例通过对风速谱的分解研究了其有效参与模态对桥梁抖振的贡献。研究发现并不是所有频率的风速谱会激发桥梁的抖振响应,其响应与结构的自振模态和风速谱的有效湍流参与系数有关。     

模态间气动耦合效应对调谐质量阻尼器最优参数的影响

基于多模态耦合抖振理论,导出带有被动调谐质量阻尼器(TMD)的桥梁多模态耦合抖振系统运动微分方程,采用随机振动理论求解系统运动微分方程,并编制了桥梁多模态耦合抖振TMD控制和参数分析程序。以一座斜拉桥为算例,着重分析了模态间气动耦合效应对TMD最优参数和控制效率的影响。     

斜拉桥索塔施工中的风致抖振影响及减振措施

详细阐述了抖振的定义,分析了抖振对于施工期斜拉桥自立索塔的影响以及抖振研究的三种基本方法,在此基础上,详细论述了目前针对施工阶段斜拉桥自立索塔的减振措施,以减少主塔顶端的抖振响应。     

大跨度桥梁多目标等效静力风荷载基向量法

由于结构抖振响应计算复杂,目前主流风荷载设计规范均采用等效静力风荷载做等代替换。文中以桥梁结构为研究对象,对抖振响应的多目标等效静力风荷载计算方法进行研究。首先,采用经典的荷载-响应相关（LRC）法获得大跨度桥梁主梁各节点处的等效静力风荷载向量,并组成荷载矩阵;其次,采用本征正交分解（POD）技术获得的本征模态矩阵;然后,以主梁的抖振响应极值为等效目标,选取的前i阶本征模态作为构建等效静力风荷载的基向量,获得最小二乘意义的多目标等效静力风荷载;最后,以东海大桥为例对该方法的有效性进行验证。结果表明,由于同时包含了脉动风荷载和抖振响应的主要信息,同时是依据重要程度排序,按照文中方法获得的多目标等效静力风荷载在抖振响应计算精度和荷载分布的合理性方面均表现良好。     

澳門-氹仔第三桥的斜拉桥风载动力特性分析

由于桥址处台风多、风况复杂,为保证桥梁抗风安全,对主桥斜拉桥成桥状态、施工最大单悬臂状态进行了动力特性计算、风载内力计算和抖振响应计算,并给出了相应的计算结果。结果表明该桥无论是成桥状态还是施工状态均具有足够的抗风稳定性。     

Fatigue life estimation of steel girder of Yangpu cable-stayed Bridge due to buffeting

As the main span of modern cable-stayed bridges becomes longer and longer, the buffeting-induced fatigue damage problem of steel girders located in strong wind regions may have to be taken into consideration in the design of the bridge. This paper presents a method in the mixed frequency–time domain for estimating the fatigue life of steel girders of the Yangpu cable-stayed Bridge due to buffeting. In the suggested method, the joint probability density function of wind speed and wind direction at the deck level of the bridge is first established. The power spectra of the critical stress of the girder are then derived from the power spectra of the generalized coordinates of the bridge for different wind speeds and wind directions. The derived stress spectra are no longer a narrow spectrum when the background component of stress response is included. Thus, the time histories of the critical stress are simulated from their power spectra and the stress cycle distributions are estimated in terms of rainflow count method. The formulae derived based on the modified Miner law and the random vibration theory are finally used for estimating the fatigue life of the bridge girder. The results show that the effects of wind direction on the fatigue life of the Yangpu Bridge are significant. The predicted fatigue life due to buffeting is much longer than the design life of the bridge.     

Parametric study on buffeting performance of a long-span triple-tower suspension bridge

The triple-tower suspension bridge is a brand new type of structural form that is equipped with a dominant mid-tower. The dynamic characteristics of this multiple main-span suspension bridge present a significant difference with that of the conventional single main-span suspension bridge. Hence, taking the Taizhou Yangtze River Bridge as an example, the buffeting performance of a long-span triple-tower suspension bridge under strong winds is comprehensively investigated via finite element method. Specifically, the sensitivity of structural buffeting performance to some major structural parameters, aerodynamic parameters as well as parameters of turbulence inputs is analysed in time domain. It was found that the structural buffeting performance heavily depends on the dead load of the main girder, sag-to-span ratio of the main cable, longitudinal stiffness and structural type of the mid-tower. Also, appropriate selection of aerodynamic admittance function, power spectrum model of fluctuating wind and the spatial coherence coefficient is important in the buffeting analysis. Besides, the self-excited forces have small impact on the calculation of buffeting responses of such a bridge. The analytical results can provide references for the buffeting analyses and wind-resistant design of similar long-span triple-tower suspension bridges.