新型桥塔自立状态动力特性分析

某独塔斜拉桥桥塔装有横撑和风缆,是一种新型桥塔,基于ANSYS软件对其自立状态下的整体动力特性和风缆动力特性进行了计算,并分析了它们的影响因素.结果表明,横撑和风缆增大了桥塔横桥向弯曲频率和扭转频率,而略微减小了顺桥向弯曲频率;风缆是否分段建模对桥塔低阶振型和频率没有影响,而对高阶振型和频率有影响;桥塔频率对风缆初张力不敏感;风缆频率对风缆初张力比较敏感,而且随着初张力的增大而逐渐增大,但频率增幅逐渐减小.     

中承式钢筋混凝土拱桥结构动力特性研究

利用有限元通用软件ANSYS,对一座中承式钢筋混凝土拱桥进行了结构动力特性的数值模拟分析,求出了自振频率、振型等动力参数,对其模态特征进行了描述,并通过变换拱桥的主要结构参数对比分析了它们对结构动力特性的影响.计算结果表明,自振频率随矢跨比的减小略有提高;横撑有助于增强拱肋的横向刚度,减小拱肋面外振动,提高抗风稳定性;各振型的自振频率值随拱肋刚度的提高近似成线性增大,可以通过改变拱肋刚度来调整其自振特性.这些研究结果可以为同类桥梁的抗震设计提供参考.     

自锚式斜拉-悬吊协作体系桥梁动力性能

讨论了自锚式斜拉-悬吊协作体系在主梁、辅助墩及主塔基础等不同约束方式下结构动力特性。通过分析得出该体系桥梁自振周期长,振型密集且振型间相互耦合;缆、塔、梁共同参与振动,提高了结构的扭转频率,结构的抗风稳定性较好;加劲梁受到主缆水平分力和斜拉索水平分力的共同作用,降低了结构的弯曲刚度,需加大截面尺寸;桥梁各阶振型频率随主梁弹性约束刚度的增加而增加,一阶纵飘频率受弹性约束刚度影响比较显著,其他振型频率影响较小;通过设置边跨辅助墩,可以提高协作体系的结构刚度,增加各阶振型的频率;主塔对结构动力特性的影响取决于基础对塔底的约束强度,当群桩基础足够强大时,其自振频率仅略小于沉井、沉箱基础。     

横撑布置形式对某中承式CFST拱桥动力特性的影响

依据工程中常用的横撑布置形式,以依兰牡丹江大桥为原型,设计了六组横向联系各异的模型;并应用ANSYS软件,采用子空间法,对各组模型依次进行了模态分析,得到其前五阶频率和振型;在对模态分析结果进行分析比较的基础上,详细讨论了一字撑、X撑及K撑的布置形式对结构动力特性的影响.     

大跨下承式连续梁拱组合式桥自振特性研究

以(82+172+82)m连续梁拱组合式桥为工程背景,建立空间结构有限元模型.对桥梁自振频率、振型进行了计算分析;研究了拱肋刚度,横、斜撑刚度及其布置形式对连续梁拱组合式桥动力特性的影响.分析结果可为同类桥梁设计提供参考.     

地震多点输入下结构相对动力响应研究

推导了简化模型在多点输入下相对动力响应的振型坐标和内力功率谱解析式,用以研究常见的多点输入效应(行波效应和不相干效应)对结构相对动力响应的影响规律,并以一拱桁架为例,研究实际结构的相对动力响应特征。计算结果表明,相对动力响应曲线受行波效应影响呈波动状,极值点分布由自振频率与行波频率的比值确定,极值点特性由振型特性与地震动方向共同确定;不相干效应减小相对动力响应随行波频率的波动幅值,但不改变相对动力响应的极值点分布规律;不相干效应对低阶振型坐标影响较小,随着自振频率增大,不相干效应的影响也增大。     

多塔悬索桥变形特性

为了探究多塔悬索桥初步设计阶段参数取值,将主缆等效为具有一定刚度的弹簧,建立多塔悬索桥静力力学分析模型;基于加载跨与非加载跨主缆水平力平衡以及塔顶位移、主缆伸长与主缆垂度变化的关系,推导了塔、缆变形解析公式,通过建立的有限元模型进行验证;分析了主要设计参数对结构变形的影响.结果表明:提出的公式可用于初步设计阶段多塔悬索桥的结构变形估算;桥塔刚度及恒活载比值对结构变形影响显著,通过增大桥塔刚度或恒活载比值均可有效减小结构变形;垂跨比对结构变形的影响与桥塔刚度有关,桥塔刚度较小时宜采用较小垂跨比,桥塔刚度较大时,宜采用较大主缆垂跨比;结构变形随跨径的增大迅速减小,当跨径增大到2 000 m时,变形不再控制多跨悬索桥设计;主跨跨数超过3跨时,继续增加主跨跨数对结构变形影响较小.     

不同参数影响下单索面矮塔斜拉桥自振特性分析

通过有限元软件Midas/Civil建模计算,对国内某矮塔斜拉桥进行动力特性分析,采用Lanczos法进行模态分析,列出了大桥的前几阶自振频率和相应的振型;分析研究桥塔高度、桥塔刚度和混凝土弹性模量3类参数对桥梁自振特性的影响,并对其规律进行分析讨论,为今后矮塔斜拉桥相关设计提供依据.     

中央扣对三塔悬索桥动力特性的影响

基于ANSYS软件建立了泰州长江公路大桥的三维有限元计算模型,并采用子空间迭代法对其进行了自振特性分析,研究了在主跨跨中主缆和主梁之间设置中央扣对大跨度三塔悬索桥动力特性的影响。结果表明：中央扣的设置对第1阶竖弯振型有较大影响,对某些竖弯振型有非常大的影响,而且较明显地推迟了1阶反对称扭转振型的出现,增大了侧弯振动频率;对单跨内反对称侧弯振型的影响大于单跨内正对称侧弯振型,使得以缆索振动为主的振型推迟出现;所得结论为该桥的抗风、抗震研究提供了必要的信息和研究基础。     

包含软弱夹层地基上重力坝动力特性和地震响应规律

针对复杂坝基对坝体动力特性及地震响应产生影响的问题,以亭子口水利工程为依托,在考虑地基-结构动力相互作用的前提下,通过不含软弱夹层和包含软弱夹层地基计算结果的对比,探讨了软弱夹层对重力坝动力特性和地震响应规律的影响.计算结果表明:在动力特性方面,软弱夹层的存在使各阶振型自振频率有所降低;在地震响应规律方面,软弱夹层使坝体加速度响应值减小约23%～41%,使坝体顺河向动位移有明显增大,使坝体动应力响应值减小约9%～38%.     

单层平面索网幕墙结构的风激动力性能研究

为深入了解单层平面索网玻璃幕墙结构的风激动力性能,采用基于随机振动理论的模态叠加频域方法进行了单索幕墙结构的风振响应分析.由于单索幕墙具有较高的几何非线性,又将模态叠加频域分析方法的计算结果和非线性时程分析方法的精确计算结果进行了比较,证明了该方法的准确性.同时,采用各阶模态应变能的大小分析了各阶模态对单索幕墙结构风振响应的贡献,得到脉动风荷载下结构的振动以第一阶模态为主的结论.     

可燃性PVC电缆燃烧时的火蔓延速度

电缆燃烧时火蔓延速度受到多种因素影响,与电缆本身粗细、电缆布置方式和环境通风条件有关。不同型号的PVC电缆,火蔓延速度不同,细电缆较粗电缆火蔓延速度要快;电缆的布置方式对火蔓延速度产生影响,无风环境中PVC电缆水平布置时火蔓延速度约为0.05 m.min-1,垂直布置时火蔓延速度约为0.2~0.3 m.min-1;风速和风向对电缆燃烧的火蔓延速度也有影响,当风与火蔓延同向时,在一定范围内增加风速会对电缆火蔓延速度起加速作用,超过此范围后(1.5~2.0 m.s-1),增加风速火蔓延速度下降;反向增加风速,火蔓延速度降低。     

门型桥塔施工期风致抖振分析及舒适性评定

针对门型桥塔施工期典型工况风致抖振和施工人员舒适性问题,提出一种施工期桥塔施工人员舒适性的评价方法.采用ANSYS瞬态动力学研究方法,研究了某大跨径悬索桥砼桥塔施工期典型工况的抖振响应及施工人员的舒适性.实验结果表明,门型桥塔施工舒适性的最不利工况发生在没有施工横梁的工况1,而不是施工的最终裸桥塔工况4.传统上根据位移均方根和最大值来衡量桥塔施工可靠性是不科学的,应该综合考虑位移均方根、最大值和狄克曼指标来科学衡量施工人员的舒适性.该研究结果可为同类桥塔的施工抗风安全控制提供理论参考.     

基于子结构中弯曲波的拉索索力识别方法

以轴向受拉修正Timoshenko梁模型为理论依托,从波的角度对拉索子结构的动力特性进行研究,分别讨论了近场波与行波,发现距离梁端一定距离或较高的频段可不考虑近场波的影响。基于梁结构中的行波传播特性,通过3个测点的频域响应,利用最小二乘法拟合得到波分量系数,再以拟合残差最小为目标进行拉索索力和抗弯刚度的识别。通过拉索振动的数值模拟实验验证了方法的精确性,索力与抗弯刚度值识别误差均不超过1%。相比传统的频率法,该方法基于子结构索力识别,不受减震器和边界条件的影响,而且可基于识别的子索段索力,通过静力分析反推拉索各个位置的索力,同时,在各频率采样点处均能识别出相应索力,减小了外部干扰对索力识别的影响。     

特大跨悬索桥的缆索体系优化

以提高特大跨悬索桥的动力稳定性为目的,基于优化缆索体系的思路,对三种优化方案进行比较.综合考虑抗风性能、施工、经济等因素,通过力学分析,指出一种行之有效的空间索形体系.以某座主跨1 090 m的跨海悬索桥为算例,就实桥使用的平面索形与本文推荐的空间索形,利用自行编制的程序ECFS,分别计算出初始平衡状态下主缆与吊杆的无应力长度、坐标和张力.利用这些力学、几何参数在ANSYS中分别建立平面、空间索形模型,进行动力分析.经过对两种索形自振特性的对比,分析其振动性能的差异与原因,证实了该空间索形可以有效提高悬索桥的横向刚度、抗扭刚度,从而提升结构的动力稳定性.有可能成为大跨悬索桥的发展方向.     

玻璃采光顶预应力索桁架支承体系动力特性

为了提供玻璃采光顶预应力索桁架支承体系抗风和抗震研究的理论基础,寻求其动力特性主要影响因素及影响量,采用连续化理论研究了其动力特性.以圆形平面玻璃采光顶预应力索桁架支承体系为例,考虑温度变化及几何非线性影响,基于动力学理论建立了该体系非线性振动方程.通过Galerkin方法,将偏微分方程转化为常微分方程,并采用LP法及KBM法对常微分方程进行了求解.结合算例讨论了温度变化、振幅、外激励等因素对玻璃采光顶预应力索桁架支承体系非线性振动的影响.算例表明,预应力索桁架支承体系固有频率随着温度的升高而减小,其自振频率随着振幅发生变化,非线性振动呈现“硬弹簧”特性,非线性自振频率高于线性振动频率,在简谐荷载激励下的稳态振动是稳定的周期运动.     

斜拉桥体系可靠度分析

针对大跨度斜拉桥体系可靠度分析中由于失效模式众多带来的困难,结合某独塔斜拉桥的工程实例,应用β约界法搜索对结构失效概率起关键作用的主要失效模式,研究了斜拉桥2级体系可靠度.在搜索主要失效模式的各失效历程中,采用梯度分析随机有限元法计算斜拉桥主塔、主梁和斜拉索各个单元的可靠度指标,应用β约界法确定失效候选单元,将斜拉桥结构体系的失效等效为一个由若干并联子系统构成的串联系统.计算结果表明,斜拉索的失效对整个斜拉桥结构体系的失效起控制作用.     

钢拉索结构抗风效果分析

介绍了钢拉索支撑结构的两种形式:单层索系、索桁架.目前单层拉索体系在国内少有论述,本文对单层体系提出了一些看法.对钢拉索结构进行了静力分析,提出了计算假定.对影响钢拉索点式玻璃幕墙抗风效果的几个因素进行了分析:结构形式、索的断面积、预应力.首次分析了预应力在不同拉索结构抗风载中的作用,提出了把预应力与因应变产生的应力分开考虑的方法,并对不锈钢拉索桁架进行了实体构件实验,证明实测值与计算值较好地相符.     

索塔式风力发电机塔架优化设计

提出一种索塔式新型风力发电塔架,确定了纤绳锚固点高度、初张力及纤绳与地面夹角等参数;以实际工程为背景,根据ANSYS一阶优化方法,编制了索塔式风电塔架和单管塔的APDL优化程序,对两种塔架分别进行截面优化和结构优化.对比结果表明,索塔式塔架具有比单管塔基础工程量小﹑运输方便、施工难度小等优点.就索塔式塔架而言,增大纤绳初张力可有效减小塔底弯矩,在一定范围内增大纤绳初张力可有效提高塔架稳定性.     

悬索桥断索动力响应有限元模型参数研究

采用有限元方法（FEM）建立考虑主缆局部振动影响因素的悬索桥断索动力分析模型,研究主缆局部振动对悬索桥断索动力响应的影响程度. 对主缆物理抗弯刚度、单元网格密度、索夹质量、模型阻尼比以及吊索应力初始状态等因素进行参数分析,给出提高计算结果精度的建议. 结果表明：在进行悬索桥断索动力分析时,主缆局部振动对计算结果精度具有不可忽略的影响;有限元模型中主缆物理弯曲刚度、单元网格密度和索夹质量均是影响主缆局部振动的关键参数. 结构整体模态阻尼和主缆局部阻尼均能有效抑制断索点主缆振动,分析模型须考虑局部主缆单元阻尼和结构整体模态阻尼的差异. 结构断索动力响应随着断裂吊索初始应力增大而增大,结构断索响应动力放大系数变化幅度不大.