基于振动测试的张弦结构拉索索力识别

张弦结构的拉索索力识别对拉索甚至整个结构的性态鉴定和可靠性评估具有重要意义。针对张弦结构中拉索索力识别应用,选取了5种基于振动测试的解析方法——3种传统的索力实用计算公式和2种新发展的边界不确定的索力识别方法,比较分析了不同方法的优点和不足之处,探讨了索的边界条件、抗弯刚度和长细比的影响,确立了各种方法的适用范围和使用条件。分析结果表明:传统索力实用计算公式仅在边界条件比较明确(简支或固定)的情况下适用;当拉索的边界条件不确定时,宜采用Euler梁方法和Timohenko梁方法进行索力识别;当拉索的长细比20时,宜采用Timohenko梁方法;弦理论、Shimada方法和Zui方法必须采用局部模态;Euler梁方法和Timohenko梁方法既可采用局部模态,也可采用整体模态。     

基于频率法的悬索桥锚跨索股索力测试分析

为准确获得悬索桥锚跨索股索力,便于在施工过程中对索力进行精确控制,针对锚跨结构的构造特点,采用振动频率法进行锚跨索股索力测试,分析激励方式、传感器的布置位置等因素对振动频率识别的影响,得到索股在不同应力、频率阶次、拉索长度下索力计算结果的变化规律。研究结果表明:采用频率法进行测量时,应尽量选用人工激励;传感器布置位置受到限制时,可将传感器布置到距离索股端部L/6处,以便更加准确识别拉索振动频率;进行索股索力计算时,选取1阶固有频率能较好保证索力计算的精度要求;索股的应力接近其正常受拉承载能力极限状态时,拉索的材料属性得到充分发挥,索力计算误差较小。     

超长斜拉索张力振动法测量研究

研究超长斜拉索张力的振动测试方法.索力振动测试过程中用人工激励也很难获得超长斜拉索的低阶振型,此时采用高阶频率多阶差平均的办法求取基频往往误差较大;从考虑了抗弯刚度和垂度影响的斜拉索横向自由振动方程出发,通过对拉索进行单模态振动分析得到其自由振动频率变化规律,将计算结果与实测数据比较,进而确定频谱分析得到的拉索高阶振动频率对应的模态阶数,由此对索力计算公式进行了修正,从而拓展了振动法测量斜拉索张力的适用范围;最后结合具体工程实例进行了讨论分析.     

强震作用下独塔斜拉桥拉索松弛现象研究

为考虑地震作用下斜拉桥拉索的垂度效应,常规方法是将拉索模拟为弹性单元,根据恒载索力修正单元材料的弹性模量;但该方法忽略了索力变化对拉索轴向刚度的影响,也未考虑强震中可能出现的拉索松弛现象。该文先给出了三种不同的拉索应力-应变方程,然后以一座独塔斜拉桥为背景,通过赋予拉索不同的应力-应变关系建立了三个非线性有限元模型,研究了强震作用下拉索的地震响应和拉索松弛现象。结果表明:在近场地震作用下,拉索索力变化幅度较大,部分拉索有可能出现松弛现象;拉索松弛后,出现松弛的拉索最小索力不再减小,最大索力继续增加;对于整个结构而言,拉索松弛只是局部响应的变化,对梁体位移和塔柱受力等地震响应的影响有限;但地震中不考虑索力变化对拉索轴向刚度的影响可能低估结构的地震响应,最大偏差可达到20%。     

采用向量式有限元的斜拉索振动控制仿真

采用向量式有限元(Vector Form Intrinsic Finite Element(VFIFE)),建立斜拉索模型,通过给空间点增加附加作用力来模拟阻尼器对斜拉索的作用。模拟了拉索激振和振动衰减的过程,利用Hilbert变换处理拉索的衰减时程,得到拉索的附加阻尼比,分析了阻尼器的线性粘滞阻尼系数、阻尼器内刚度、阻尼器运动部分质量、阻尼器支撑刚度,及斜拉索垂度对附加阻尼比的影响;并将结果与附加阻尼比通用计算公式计算结果进行对比。结果表明,采用VFIFE建立斜拉索-阻尼器系统能准确地模拟阻尼器对斜拉索的振动控制作用;模拟得到的结果与通用计算公式给出的结论相符;系统存在最优阻尼系数和最优阻尼比;阻尼器内刚度的增大和支撑刚度的减小将降低系统阻尼比;阻尼器运动部分质量的增大将增大系统阻尼比;拉索垂度对第1阶模态阻尼比的降低影响较大,对于高阶模态的影响很小。     

斜拉桥跨中竖向位移的温度灵敏度系数研究

环境温度变化下桥梁跨中竖向位移的变化规律是结构健康监测关注的重要问题。前期研究表明，拉索温度和主梁平均温度是引起斜拉桥主跨跨中竖向位移变化的关键温度变量。该文通过平面几何分析和级数展开得到了对称双塔斜拉桥主跨跨中竖向位移关于拉索温度、主梁平均温度的灵敏度系数的实用计算公式。该公式反映温度变形的物理机理，揭示温度灵敏度系数与材料特性（线膨胀系数）和结构尺寸参数（主跨长度L₀、边中跨比γ₀和塔高跨比ζ）之间的关系，为斜拉桥温度变形的研究提供了新思路。     

黏性剪切阻尼器性能频率依存性对斜拉索多模态阻尼影响研究EI北大核心CSCD

斜拉索振动是危害缆索桥梁安全性和适用性的一个工程难题,实际中常采用附加阻尼器的方法实现减振。在拉索-阻尼器系统分析中,多将阻尼器系数考虑为常数;现有理论和试验表明,阻尼器动力特性包括刚度和阻尼系数存在明显的频率依存性,相关研究尚缺乏。并且,拉索随着长度的增大,基频降低,分析和设计中更需要考虑索的多模态(多频率)阻尼。因此,研究索阻尼器性能的频率依存性对索多模态阻尼效果的影响。研究选取工程中广泛应用的黏性剪切阻尼器(viscous shear damper,VSD)。首先,开展阻尼器单体试验研究,结果表明在固定位移幅值情况下,随着振动频率的增大,阻尼器的阻尼系数变小而刚度系数增大,系数与频率之间近似呈现指数函数的关系;进一步,采用小垂度拉索附加带刚度阻尼器模型,分析索-阻尼器系统的动力特性,讨论阻尼器性能频率依存性对索多模态阻尼效果的影响;最后,通过实索动力测试得到阻尼器对索多阶模态阻尼效果,与理论分析结果吻合。试验结果表明,实际阻尼器的设计需要考虑阻尼器性能的频率依存性,结合阻尼器单体试验和索-阻尼器系统理论分析是一种精确和实用的方法。     

基于门控循环单元神经网络的大跨径斜拉桥索力预测

拉索索力的改变直接反映斜拉桥结构体系受力状态的变化，因此索力监测对斜拉桥健康评估具有重要意义。然而现有关于索力的研究大多为索力识别，难以做到根据历史索力数据实现对未来索力的预测。为此，提出一种基于门控循环单元（GRU）神经网络的索力预测方法：利用GRU神经网络对时序型数据的处理能力以及索力数据较强的序列化特性，搭建基于GRU神经网络的索力预测框架，该预测框架包含输入层、GRU隐藏层与输出层；利用实桥连续采集的索应力时程数据作为训练及验证样本，对样本进行数据切片和归一化；搭建能够实现对该桥未来索力进行预测的GRU神经网络，结合梯度下降优化算法进行网络计算。结果表明所提方法对不同长度的拉索都具有较好的预测效果。     

无背索斜拉桥稳定分析的能量法

无背索斜拉桥在理想的成桥状态下,面内失稳模态为主梁屈曲。将主梁简化成弹性地基梁计算模型,选用正弦级数作位移函数,运用能量方法,提出了主梁屈曲临界荷载的计算公式。结合该类桥梁的结构布置特点,用简洁的连续函数描述主梁轴压力和拉索弹性支承刚度的变化,同时用简单的线形折减系数反映斜塔变形对拉索弹性支承刚度的影响。最后以长沙市洪山大桥为例,用该方法计算了其成桥状态屈曲临界荷载,其结果与有限元解对比具有很好的精度。     

K-cor夹层结构的平压性能

采用欧拉杆屈曲模型,以端部约束系数 μ 定量表征夹层结构Z-pin端部结合程度, μ 取值越小,Z-pin端部和面板结合程度越高,压缩载荷下更不易失稳。以不同参数K/X-cor结构的压缩试验为背景,分别研究了Z-pin直径和折弯长度对压缩试验性能的影响。通过显微观察并利用"混合法则"比较了Z-pin直径对K/X-cor结构的增强效率。从减重方面考虑,探讨了折弯长度对K-cor结构比强度和比刚度的影响,并得到最优折弯长度半解析表达式。结果表明: K-cor结构中Z-pin增强效率高且对结构损伤小,远优于X-cor结构;其比强度和比刚度随折弯长度的增加呈先增加后降低的趋势,不同参数的K-cor结构折弯长度存在最佳值。     

联方型双撑杆索穹顶考虑自重的预应力计算方法

为了改善传统索穹顶结构的受力性能,该文提出了一种联方型双撑杆索穹顶结构,该索穹顶的上弦节点与两根斜撑杆相连,稳定性好并且便于张拉施工。针对联方型双撑杆索穹顶的找力分析问题,根据节点平衡方程,推导出考虑结构自重时索穹顶的预应力计算公式;给出了不同参数下联方型双撑杆索穹顶的预应力计算表,分析了该结构的受力特性;比较了考虑结构自重和不考虑结构自重时索穹顶初始预应力的差别,并采用有限元迭代法对比验证了理论公式的准确性。分析结果表明:随着矢跨比和撑杆高度的增大,结构中所有构件的初始预应力将减小;在自重荷载下,内圈脊索内力降低,最外圈斜索和环索内力显著增加;采用该文提出的理论公式可快速准确的获得考虑结构自重时联方型双撑杆索穹顶的实际预应力分布,为工程设计提供参考。     

拉索静力状态的高精度无迭代求解方法研究

拉索的静力状态由索形、索张力和无应力索长等多个参数共同表示。在结构分析和实际施工中,经常需要在已知索张力或无应力索长等部分参数时,完全确定拉索的静力状态。对比讨论了拉索静力计算的三种常用理论(悬链线索形理论、抛物线索形理论和Ernst简化理论),归纳总结了后两者相对于悬链线索形理论的近似前提。由基于悬链线理论的精确解出发,通过引入高阶近似,推导得到两种不同情况下的高精度的水平分力无迭代计算公式,继而直接确定拉索静力状态的所有参数。以珠江黄埔大桥斜拉桥工程为例,对比了不同方法的计算结果,验证了该文方法的优越性。     

采用定长索设计的索网玻璃幕墙结构索长误差控制理论

单层索网结构体系目前已广泛应用于大尺度玻璃幕墙工程中。而将定长索设计的方法应用于其设计施工中,具有明显优势。在使用定长索设计时,索网玻璃幕墙中整索长度的准确性与节点连接的标定准确性都会影响张拉成形后各索的拉力及节点位形的精确度,进一步影响玻璃幕墙的位形及受力性能。该文首先分别讨论这两种索长误差影响的区别和联系,说明这两者均可转化为索段的索长误差以进行进一步研究。在此基础上,将两种索长误差结合,研究索段初始索长误差的敏感性。之后,应用概率论的相关理论,写出索段索长误差用整索索长误差和节点连接偏差表示的数学关系式,并给出不同施工方法下的不同表达关系。最后,综合应用可靠度理论及线性规划方法,提出整索长度误差和节点连接标定偏差的控制限值。研究成果给采用定长索设计的单层索网幕墙结构的索长误差控制提供指导。     

索结构静力分析的新型拉索单元研究

总结和分析不同工况下索结构中拉索的受力特点, 将拉索行为归纳为已知原长和已知索力两种典型受力情况。利用悬链线拉索解析解的线性展开, 并引入适当的约束条件, 建立两种新型的拉索单元, 给出单元切线刚度矩阵的显式表达。提出索结构非线性静力分析的一般迭代算法, 算法中利用等效线自重考虑弹性变形对拉索静力状态的影响。以斜拉悬臂结构的多阶段安装为例, 分别采用该文方法和传统方法针对不同工况进行了索结构分析, 对比计算结果证明了该文新型单元和算法的效率和精度。     

蜂窝三撑杆型索穹顶结构构形和预应力态分析研究

该文详细研讨了一种新颖的蜂窝三撑杆型索穹顶,索穹顶结构的上弦索平面投影为蜂窝状网格,与下弦节点相连的有三根撑杆。不采用上下弦只有一根垂直水平面撑杆的"拉索海洋和压杆孤岛"传统张拉整体Fuller构想。这种新型蜂窝三撑杆型索穹顶的提出,即减少了环索与斜索用量,又提高了撑杆及结构的整体稳定性。该文对索穹顶预应力态采用节点平衡方程,详细推导和建立了蜂窝三撑杆型索穹顶索杆内力的一般性计算公式,对若干参数的索穹顶给出了索杆预应力的计算用表和大量的算例分析,以诠释索穹顶预应力态的分布规律和受力特性。该文的研究为索穹顶结构的选型和设计提供了一种新方案、新形体。     

工程随机因素对索网结构初始形状确定的灵敏度分析

考虑了张拉结构找形过程中的不确定性,将这些不确定性用随机变量表示。在预拉力给定的索网结构形状确定的特殊拉索单元法的基础上,推导了等效外力向量、等效单元不平衡力向量和单元切线刚度矩阵的偏导计算式,建立了初始平衡状态几何向量的灵敏度计算迭代格式。根据平衡几何向量的灵敏度和索段长度的灵敏度,计算出索网零状态时,索段放样长度对随机变量的灵敏度,并进一步求出了放样长度均匀性的灵敏度。以此为依据,对设计参数进行修改,使索网放样长度更均匀,便于施工安装。此方法同样也可用在放样长度给定的索网找形分析中,使得其初始平衡状态的预应力更均匀,提高索网的受力性能。     

边缘构件刚度对索网结构风振响应的影响分析

本文根据索网结构中索系和边缘支承结构共同工作且相互影响的特点，运用随机振动理论，考虑风的三维相干性，讨论了脉动风作用下，边缘构件刚度对索网结构的自振频率和风振响应的影响规律。分析表明，临界刚度比是索网结构动力响应计算的一个关键参数。     

多重四边形环索-张弦穹顶局部断索冲击分析

多重环索-张弦组合屋盖为复杂的弦支穹顶结构。任一拉索瞬断均会对屋盖结构产生十分显著的动力冲击作用。针对多重环索-张弦穹顶屋盖的结构特点,提出基于AP法的断索冲击动力分析方法。针对断索失效路径、断索持续时间、结构阻尼比及屋盖初始荷载等参数开展敏感性分析,得到适用于多重环索-张弦屋盖的断索冲击动力分析的适用参数。剩余屋盖结构的动力分析结果表明:拉索瞬断冲击下,剩余屋盖的位移及内力响应均会不同程度地大于拉索静力失效,拉索瞬断引起的冲击效应不可忽视。而且,部分结构响应的动力放大系数会大显著大于规范所推荐的放大系数DAF=2.0。不同类型的拉索瞬断分析结果表明:同一重环索中任一拉索瞬断引起的动力效应大致相同;外环索瞬断引起的动力效应会显著大于其他拉索;虽然外环索和张弦索的瞬断均会引起较大的动力响应,但是两者的分布规律差异较大;多根拉索瞬断引起的动力响应并非总是大于单根拉索瞬断。     

弦支穹顶环索连续贯通的摩擦问题分析

在弦支穹顶结构工程中,环索通常连续贯通。为了能够准确、便捷地分析摩擦力在贯通环索张拉成型过程中的影响,该文利用一个4节点4单元算例,对张拉过程中单元内力的变化与分布进行了详细的阐述,并利用贯通环索在张拉滑动前后其无应力长度相等的原则,提出了贯通环索在张拉过程中摩擦力的计算方法。并利用这一摩擦力的计算方法,以摩擦系数、张...