润扬斜拉桥有限元模型的建立和模态分析

讨论了润扬北汊斜拉桥以健康监测和损伤评估为目标的空间有限元模型的建立.在建模过程中,尽可能多的考虑一些影响有限元模型精度的因素,如斜拉索几何非线性(重力垂度和初始应力)的影响,将构造正交各向异性钢箱梁桥面板用复合材料力学的方法等效为物理正交各向异性板等.并用此有限元模型进行了模态分析,讨论了边界条件、边跨压重等因素对斜拉桥动力特性的影响.将有限元模态计算结果与环境振动试验结果进行比较,验证了润扬斜拉桥有限元模型的有效性.因此,建立的有限元模型可以为润扬斜拉桥的结构健康监测和安全评估提供计算和分析的基础.     

空间网架结构的动力性能脉动法测试及分析

为研究某体育场网架结构,利用脉动法对该结构1/10缩尺模型进行了动力特性测试。利用谱分析技术对所采集的数据进行分析,得出该结构的自振频率和各阶振型。根据实际模型,运用ANSYS软件建立有限元计算模型,得到该模型的各阶自振频率和模态的理论值。将试验结果与有限元分析结果进行对比,结果表明:实测结构自振周期小于理论分析值,模态相似。     

基于环境振动测试的润扬桥塔模型修正

桥塔是决定大跨度桥梁结构动力特性的重要部分之一,系统而深入地认识桥塔的动力特性是十分重要的。本文采用环境激励振动测试的方法对润扬桥塔的振动特性进行了测试,识别了其重要的模态参数。为了更深入地了解桥塔的力学性质,建立了桥塔的空间结构模型,依据最小秩方法(MROU),对结构模型进行了修正,识别出桥塔中重要的力学参数。修正后的模型为进一步模拟仿真分析大型桥塔在恶劣环境下的动态响应提供基础。     

悬索桥主塔结构的有限元模拟方法研究：2.模型修正与验证

本文在文献[1]建立的润扬悬索桥主塔的初始有限元模型基础上,采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法,结合主塔动力特性的测试结果对主塔的初始有限元模型进行了动力修正。通过三种修正方案的比较,可以看出考虑梁柱节点刚域的影响以及修正参数的上、下限值约束的修正方案最可行。修正后的润扬悬索桥主塔模型能全面、正确地反映主塔结构的动力特性,可作为主塔结构健康监测与安全评估的基准有限元模型。     

土-桩-结构相互作用对大跨悬索桥动力特性的影响研究

本文以国内第一大跨桥梁———润扬长江公路大桥南汊悬索桥为研究对象,基于大型有限元分析软件ANSYS建立了该桥的三维有限元模型,其中采用质量-弹簧体系模拟了土-桩-结构的相互作用。以此为基础对润扬悬索桥的自振特性进行了分析,重点研究了土-桩-结构相互作用因素对大跨悬索桥动力特性的影响,与现场动力测试结果的良好吻合表明了有限元分析结果的可靠性。研究结果为大桥的损伤预警和状态评估奠定了研究基础。     

北京奥林匹克中心演播塔动力特性实测研究

本文为了研究北京奥林匹克中心演播塔,利用脉动法对该结构进行了动力特性测试。利用谱分析方法对所采集的数据进行了分析,得出了该结构的自振频率和模态。根据实际结构,利用软件SAP2000建立了该结构的三维有限元模型,采用特征向量法,得到了该结构的自振频率和模态的理论值。测试结果与理论计算结果对比表明,结构的频率相差不到12.5%,模态相似。     

某居民楼结构的模态识别与仿真研究

运用振动测试仪器对某高层居民楼的动力特性进行了现场实测,通过模态识别技术对该结构的自振频率和阻尼比进行了参数识别,并在此基础上,采用有限元软件建立三维有限元模型,同时对其动力特性进行了数值仿真。     

基于动态特性灵敏度分析的斜拉桥有限元模型修正

采用基于动态特性灵敏度分析理论对润扬大桥斜拉桥的有限元模型进行修正,建立了最终的全桥结构有限元模型,较为准确的反映了桥梁的实际结构动力特性。     

水泥厂房振动问题的研究

介绍水泥厂房振动问题的现状，某水泥厂（旋风分离器部分）动力特性的现场测试，通过对测试结果进行分析，掌握厂房振源的振动情况及对结构的影响；在此基础上建立厂房结构的有限元模型，进行模态分析。     

大跨桥梁索塔有限元模型修正

首先采用不同的方法分别建立了大跨桥梁索塔的精细有限元模型和简化模型，运用环境振动实测结果对简化有限元模型进行了修正，并和精细模型计算结果相比较；研究结果表明：严格按照设计图纸建立的精细有限元模型计算得到的动力特性与索塔现场环境振动实测值之间的误差较小，而未经修正的简化模型误差较大，由此说明：大跨桥梁在有限元建模时应尽可能详细地反映结构的几何与材料特性，在此前提下，对于设计资料全面的桥梁结构，建立有限元模型时就只需要修正那些无法用数学和物理方法模拟的不确定因素。对于缺乏实测信息的在建桥梁工程，则可以应用精细有限元模型的计算结果暂时代替实测结果对简化的有限元模型进行修正。     

悬索桥主塔结构的有限元模拟方法研究：1．初始模型

在有限元模型误差来源分析的基础之上,以润扬悬索桥主塔结构环境振动测试结果为基准,提出了分层次分阶段的修正主塔结构有限元模型的方法。首先依据设计图纸建立最初的有限元模型,经过模型阶次误差分析和结构误差分析之后,确定了主塔各构件单元划分的数目和梁柱节点刚性区域的模拟方法。在此基础之上,文献[1]将进一步对本文所建立的初始有限元模型进行参数误差的修正,从而最终建立润扬悬索桥主塔结构的基准有限元模型。     

Multi-scale damage analysis for a steel box girder of a long-span cable-stayed bridge

Accurate evaluation of the effect of possible damage in critical components on the dynamic characteristics of a structure is of critical importance in developing a robust structural damage identification scheme for a long-span cable-stayed bridge. The strategies of finite element (FE) modelling of a long-span cable-stayed bridge for multi-scale numerical analysis are first investigated. A multi-scale model of the Runyang cable-stayed bridge is then developed, which is essentially a multi-scale combination of a FE model for modal analysis of the entire bridge structure and FE sub-models for local stress analysis of the selected locations with respect to the substructuring method. The developed three-dimensional global-scale and local-scale FE models of Runyang cable-stayed bridge achieve a good correlation with the measured dynamic properties identified from field ambient vibration tests and stress distributions of a steel box girder measured from vehicle loading tests, on the basis of which the effectiveness of some damage location identification methods, including a modal curvature index, a modal strain energy index and a modal flexibility index, are evaluated. The analysis results show that the effect of the simulated damage in various components of the steel box girder on the dynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge should be properly considered in structural damage analyses using multi-scale numerical computation.     

大跨径斜拉桥动力特性分析

首先针对大跨径斜拉桥的结构特点,从主梁、主塔、斜拉索和边界条件等方面阐述了斜拉桥有限元动力分析的建模方法;然后以苏通大桥为例,用ANSYS有限元分析软件,对其成桥状态下的结构自振特性进行了分析.计算结果表明,该桥具有较好的抗震性能,但需要通过节段模型风洞试验检验其颤振稳定性.     

交通荷载作用下大跨悬索桥的非线性动力响应分析

研究了非线性系统的等价线性化动力分析方法以及大跨悬索桥非线性特性的表征,采用移动荷载模型分析了润扬长江大桥悬索桥在移动交通荷载作用下的非线性动力响应特征,包括单车过桥、车队单向过桥、车队双向过桥以及基于实测交通流量的连续车流过桥等4种工况。结果表明,在60～120km/h的正常行车状态下,车速对结构动力响应的影响并不显著;车重与结构挠度响应呈近似正比例关系;在连续车流作用下,动力响应最显著的部位为跨中区段;在不连续车流作用下,动力响应最显著的部位为L/8～L/4区段。本文的结论可以为大跨悬索桥梁的构造优化设计、空间疲劳分布效应研究及日常养护工作提供参考。     

两座大型斜拉桥索塔锚固区模型试验及对比研究

简要介绍了两座大型斜拉桥（南京长江第二大桥南汊桥和润扬长江公路大桥北汊桥）索塔锚固区的节段足尺模型试验，研究了索塔锚固区的抗裂安全系数和极限承载力；同时，还对索塔锚固区预应力索的合理布置形式、索塔节段模型对索塔整体的仿真效果等进行了研究，对于斜拉桥索塔设计具有理论指导意义和实用价值。     

Static and seismic studies on steel/concrete hybrid towers for multi-span cable-stayed bridges

A new type of hybrid high tower is proposed and applied to a multi-span cable-stayed bridge. This is basically a sandwich type structure and consists of a steel double box section filled with concrete. The filled concrete increases its strength due to the confined effect and the steel plates increase the resistance against local buckling because the deformation is restricted by the filled concrete. Therefore, this hybrid tower is expected to have high bending and compressive strength, and also a good ductile property. First, static analysis is conducted for different live load intensity and distribution because the multi-span cable-stayed bridge is a new structure and its static behavior is not fully understood. The live loads distributed in alternate spans give larger bending moment of the towers than the live loads distributed in full spans. Towers with three different heights are also studied, showing that the higher tower produces smaller displacements and bending moments. Safety of the tower is checked by the limit states design method. Serviceability is not a major problem for the hybrid tower. Second, seismic analysis is carried out for a multi-span cable-stayed bridge subjected to the medium and ultra-strong seismic waves specified in Japanese Seismic Code for Highway Bridges. Three support conditions of the girder at the tower cross beams are compared: movable, connection with linear springs and bi-linear springs. Bi-linear springs are very effective in reducing the dynamic displacements and bending moments of the towers. Restorability of the composite tower is checked when an ultra-strong seismic wave hits the model bridge. This study shows that a new steel/concrete hybrid tower is feasible for multi-span cable-stayed bridges and most effective for seismic forces when the girder is connected with bi-linear springs.     

润扬大桥悬索桥动力特性分析与实测变异性研究

对我国首座采用刚性中央扣代替短吊索设计的润扬大桥悬索桥进行了动力特性分析与实测变异性研究。首先,通过建立三维空间有限元模型,计算了30种不同伸缩缝刚度下的动力特性参数,研究了悬索桥动力特性的边界敏感性;其次,对基于环境激励的桥面模态试验分析结果以及结构健康监测系统获取的不同时期动力特性参数进行了分析,重点研究了通车前后动力特性参数的变异性,指出了部分振型自振频率发生较大变化的原因。研究结果表明:悬索桥动力特性具有较强的边界敏感性,伸缩缝刚度的变化能够引起部分动力特性参数发生较大的变化。设置中央扣后悬索桥一阶反对称振型自振频率边界敏感性增大。在对悬索桥的动力特性进行精确分析时,主梁两端边界条件不容忽视。研究成果对同类大跨度悬索桥的设计和安全评估具有重要的参考价值。     

悬索桥易损性分析与简化模型

对中国当前已建和在建的车行悬索桥进行了统计分析,总结其分类特点,得到了统计意义上桥梁主要参数间的关系,并利用线性拟合得到趋势拟合公式。选取3座典型悬索桥（双塔地锚式平行双索面桥、双塔自锚式平行双索面桥、独塔自锚式空间索面桥）建立有限元模型,对影响悬索桥振动的主要参数进行了敏感度分析;利用塔底弯矩曲率曲线确定不同等级的损伤指标,采用增量动力分析(IDA)法得到地震反应需求值,通过计算不同损伤指标的能力需求比,对悬索桥的易损性进行分析。针对震后灾害快速评估的需求,建立单塔简化模型来计算易损性曲线。结果表明:对算例桥梁而言,主塔顺桥向弯曲振动,主塔刚度对自锚式平行索面悬索桥影响大,主缆刚度对地锚式平行索面悬索桥影响大;横桥向主塔刚度对3座桥影响均较大;地锚式悬索桥比自锚式悬索桥易损,而自锚式悬索桥中双塔平行索面桥抗震性能优于独塔空间索面桥;单塔简化模型在一定程度上能够满足震害后快速评估的需求,误差基本在工程上可以接受的范围。