刚架拱桥病害与损伤识别的动力学研究

从动力学角度研究刚架拱桥典型病害的机理与损伤识别方法,对多座有病害的刚架拱桥进行了振动测试与分析。利用基于环境激励的模态试验技术和振动响应分析获取了刚架拱桥的实际模态参数和主要振动形式。在此基础上通过有限元分析探讨刚架拱桥的动力特性参数和结构损伤之间的关系,提取了对损伤敏感的动力特征参数。研究结果表明:桥面扭转振动是造成桥面裂缝的主要因素之一;桥面一阶扭转振型的频率对横向联系体系的刚度变化非常敏感,可以作为反映结构损伤程度的特征参数。     

连续梁桥横向抗震挡块简化分析方法研究

地震作用下,经过合理设计的挡块对桥梁上部结构具有很好的限位作用。《公路桥梁抗震设计细则》仅在构造措施中要求设置挡块,但未明确其具体设计方法。为简化挡块设计过程,提高计算效率,对连续梁桥计算模型的简化方法进行研究,并通过简化模型的动力特性与有限元模型对比,验证了其简化的合理性;对简化分析中需考虑的参与振型进行了研究,结果表明,规则桥梁仅需考虑横向平动振型就可基本满足工程精度要求;相较于美国规范和日本规范的计算方法,简化方法基本介于两者之间说明了计算结果的可靠性,且由于考虑了结构自身动力特性的影响,计算的挡块地震力随着墩高的增大而减小,计算结果更为合理。     

桥梁结构地震碰撞分析模型的碰撞刚度计算方法研究

针对桥梁结构地震碰撞模拟问题,文中分别推导了基于波动理论的直杆共轴碰撞模型和基于接触单元法的刚体碰撞模型中相应的最大碰撞变形的计算式,并基于二者相等的关系给出了Kelvin模型和Hertz-damp模型中相应碰撞刚度的计算方法,并对所建议方法的合理性和精确度进行了验证分析。研究结果表明,文中建立方法计算的Kelvin模型的碰撞刚度数值明显小于较短主梁的轴向刚度,这一点与以前学者基于实测数据分析得到的结论相一致。数值分析结果表明,相比以前的碰撞刚度计算方法,采用本文建议的方法确定Hertz-damp模型的碰撞刚度时,可以显著提升其碰撞模拟精确度。     

人群简化模型与人行桥TMD参数设计研究

用两段连续弹性杆模拟静立人体,建立人群-人行桥-调谐质量阻尼器(TMD)振动系统。将静立人群简化建模为单个的广义人体,研究广义人体-人行桥-调谐质量阻尼器振动系统的动力特性及TMD参数设计。运用最小二乘原理确定广义人体的相关参数,通过与已有的实验数据对比,验证了将静立人群简化为广义人体模型的正确性。以均方根加速度作为人体舒适度的优化准则,分析了人行桥TMD的最优频率比和最优阻尼比。         

基于小波包能量谱的结构损伤预警方法试验研究

摘 要：通过钢梁损伤试验,验证基于小波包能量谱的结构损伤预警方法在实际结构上应用的有效性。对钢梁进行完好工况和三个损伤工况的动力响应测试,对得到的响应进行小波包分解,考察损伤前后各个特征频带的能量变化。试验结果显示,损伤预警指标ERV和ERVD能够对三种损伤工况做出有效预警;同一工况的多次测试得到的损伤预警指标ERVD虽有变化但变化不大。基于小波包能量谱的结构损伤预警指标对结构损伤具有敏感性、对测试噪声具有鲁棒性,可以用于实际结构损伤预警。     

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。     

上部建筑物对隧道结构地震响应的影响研究

采用有限元软件ABAQUS,基于一致黏弹性人工边界和波动输入,建立上部建筑物-土-隧道相互作用二维平面应变模型,利用等效线性化模拟土体非线性,输入不同频谱特性的三条地震动,研究了上部建筑物的刚度、层数(高度)、与隧道间距和隧道埋深等因素对隧道地震响应的影响。分析结果表明,上部建筑物的存在对隧道地震响应的影响不可忽视,影响程度可达到30%左右。上部建筑物与隧道的间距、层数(高度)、刚度不同,对隧道地震响应的影响程度也会发生变化。其中间距和层数(高度)影响较大,间距越大,影响越小,当间距与建筑物宽度的比值超过2之后,建筑物的存在对隧道的影响可忽略;建筑物的层数越多、高度越高,对隧道的影响越大,18层时使隧道最大主应力峰值和相对变形的增加较6层时增大了20%~30%。建筑物的刚度对隧道响应的影响较小。在对隧道进行抗震设计时,应考虑上部建筑物可能对其造成的不利影响。     

扩建改造混凝土连续梁桥结构地震响应特性分析

随着扩建改造桥梁的逐渐增多及地震对桥梁结构危害严重性的增加,扩建改造桥梁的抗震性能越来越引起人们的关注。以京沪高速上的新徐海公路分离式立交桥为依托工程,分别对主梁连接、盖梁分离和主梁、盖梁都连接两种扩建方式桥梁的地震响应进行对比分析。结果表明:扩建改造后桥梁的自振周期略小于原桥,并伴随比原桥明显的主梁扭转;地震反应总体上小于原桥,并且主盖梁均连接的方案基本小于只有主梁连接的方案,更能降低地震反应;扩建改造后桥梁横向地震反应相对较复杂,并且不同的扩建改造方案对支座的影响比对桥墩的影响要小;扩建改造部分桥梁对原桥的影响程度与原桥本身的结构形式及连接方式具有较大的关系。     

润扬大桥悬索桥在线模态分析系统的设计与实现研究

介绍了润扬大桥悬索桥在线模态分析系统的设计思路.主要包括:设计策略、测点布置以及模态识别方法.对系统的设计与实现的关键技术问题进行了研究.在模态识别方法上将传统的基于环境激励的模态试验方法引入到在线模态分析中,并对传统频域峰值法做了改进,实现了模态分析的实时性和振型的完整性.对比系统识别结果和现场测试结果表明:系统运行稳定、识别结果可靠.系统的建立为该桥动力特性研究、预警以及评估提供了大量重要参数.     

地震动强度指标与结构地震响应的相关性研究

目前结构抗震分析时使用的地震动强度指标较多,各种地震动强度指标的适用性尚未有统一的定论,缺乏系统的分析。采用考察结构最大地震响应与地震动强度指标之间的线性相关性的方法,选取具有代表性的100条原始地震动记录作为输入,基于不同周期的SDOF系统和实际减隔震桥梁,研究各地震动强度指标与结构地震响应的相关性。根据研究结果,将地震动强度指标划分为4类,其中以Sa(T1)为代表的第Ⅰ类强度指标与不同周期结构的相关程度都较高,而以PGA为代表的第Ⅱ类和以PGD为代表的第Ⅲ类强度指标分别对短周期和长周期结构的相关程度较高,以PGV为代表的第Ⅳ类强度指标相对较稳定,建议采用第Ⅰ类强度指标作为衡量地震动强度的指标参数。并通过工程实例进一步论证了对于自振周期已知的结构,地震动的不同强度指标与结构地震响应的相关性不同。