非一致激励对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响

作为一种新型的桥梁结构形式,三塔自锚式悬索桥的静动力性能较传统双塔自锚式悬索桥更为复杂。由于其跨越能力较大,抗震分析中地震动空间效应通常不能忽略。以某三塔自锚式悬索桥为工程背景,根据实际场地条件拟合得到空间多点地震动时程,基于时程分析法研究了波传播效应、局部场地效应、失相干效应等地震动空间效应对三塔自锚式悬索桥地震响应的影响规律。研究结果表明:非一致激励会使得主塔内力增大、主塔索鞍抗滑安全系数下降、主塔纵向加速度和变形增大、主梁内力增大。因此,对于三塔自锚式悬索桥地震响应分析时应考虑多点非一致激励的影响。进一步研究表明,非一致激励对于各构件响应的影响程度不尽相同;即使对于同一构件,不同地震动空间效应的影响规律也相差较大。综上所述,非一致激励的影响规律十分复杂,需要后续更深入地探讨非一致激励对多塔悬索桥地震响应的影响机理。     

大跨度悬索桥主引桥碰撞效应振动台试验及数值研究

为了研究大跨多塔连跨悬桥与引桥间的碰撞效应,以泰州长江公路大桥为背景,设计并制作1/40缩尺比例模型,进行了全桥振动台模型试验。主桥采用中塔与主梁间无连接的纵向约束结构体系,边跨梁每幅采用2个固定支座和4个聚四氟乙烯滑板支座,初始伸缩缝间隙为3 mm,试验分别测试了3条地震波下主引桥间的碰撞响应。振动台试验表明,主桥与引桥相互靠近运动时,主引桥间的碰撞会减小引桥梁位移及固定墩内力的需求;当主桥追逐引桥运动时,主引桥间的碰撞会增大引桥梁位移及内力的需求。数值模拟结果表明:采用SAP2000商业软件组合Kelvin单元,接触刚度取引桥梁轴向刚度的0.2倍时,能较好的模拟试验结果;接触刚度取值可为相似桥梁碰撞效应模拟提供试验参考。     

计算区间特征值的Rayleigh商法

摘要：为提高区间特征值的计算效率,首先分析了区间结构矩阵特征值的设计变量的单调性问题,随后采用区间因子法给出了基于Rayleigh商计算结构广义特征值的一种快速算法。当诸参数的变化区间相对其均值的离差较小时,区间结构矩阵特征值的计算精度主要由各区间因子的差值大小所决定;且当各区间因子的差值为零时,误差亦为零。最后给出的两个算例表明：相对于全局优化算法和区间离散法,该方法具有计算效率高、误差小的特点,具有一定的工程实用价值。     

独塔非对称自锚式悬索桥主缆施工的监控测量调整

跨河跨谷大桥的结构设计外形美观,为了充分发挥材料的性能,提高大跨度稳定性,设计者们更青睐采用悬索桥。本文以贵州省罗甸县城市综合建设项目1号桥悬索桥为研究对象,分析独塔非对称自锚式悬索桥结构特点,介绍了主缆施工中的架设过程及线型调整方法,可为后期类似工程提供借鉴和参考。     

固支边界条件下复合材料厚层板自由振动的正交多项式Rayleigh－Ritz解

本文应用梁特征正交多项式的Rayleigh-Ritz法分析了固支边界条件下复合材料厚层板的自由振动,与已有解相比,吻合较好。对于层板各种参数及边界条件对于基础频率的影响也进行了研究。     

固支边界条件下复合材料厚层板自由振动的正交多项式Rayleigh－Ritz解

本文应用梁特征正交多项式的Rayleigh-Ritz法分析了固支边界条件下复合材料厚层板的自由振动,与已有解相比,吻合较好。对于层板各种参数及边界条件对于基础频率的影响也进行了研究。      

重力对具有表面层的半空间中Rayleigh波的影响

重力对具有表面层的半空间中Rayleigh波具有重要的影响,假设表面层和半空间均为均匀各向同性介质,首先利用考虑重力作用的运动方程得出了重力影响下具有表面层的半空间中Rayleigh波的弥散方程。该方程经退化后得出了不受重力作用时的弥散方程,且与忽略重力时得到的方程完全一致。然后利用数值方法得到了重力影响下的Rayleigh波弥散曲线,分析了泊松比和表面层的厚度的影响,结果表明泊松比和表面层的厚度对弥散曲线具有明显影响。     

悬索桥跨径的空气动力极限

气动失稳是大跨度悬索桥设计中的关注重点之一。为了在悬索桥初步设计阶段,给主梁断面形式和跨径长度的确定提供参考,对主跨1000 m~5000 m悬索桥开展气动稳定性分析。基于跨径从888 m(虎门大桥)~1991 m(明石海峡大桥)的悬索桥动力特性,拟合在1000 m~5000 m跨径范围内主梁侧弯、竖弯与扭转基频随跨径增长的变化趋势。根据该趋势构建主跨介于1000 m~5000 m的双塔单跨悬索桥有限元模型,其中垂跨比为1/11。选取常用的流线形单箱、格构式桁架、窄开槽双箱与宽开槽双箱4种主梁断面,将主梁宽度统一为36 m以排除桥宽对气动稳定性的影响。结合风洞试验测得的静力三分力系数和颤振导数,采用考虑结构几何非线性和气动荷载非线性的三维非线性静风稳定分析方法及三维全模态频域颤振分析方法求解悬索桥在0°与±3°攻角的静风失稳临界风速和颤振临界风速。分析结果表明,跨径从1000 m增加到3000 m左右时静风失稳临界风速有下降趋势,在3000 m~5000 m时静风失稳风速随跨径增大而上升。颤振临界风速则随跨径不断降低,与主梁基频的衰减规律相似。对不同断面外形气动稳定性的比较显示,流线形单箱和格构式桁架悬索桥的最低静风失稳临界风速低于实测最大阵风风速的80 m/s;跨径超过2000 m时,四种断面悬索桥的颤振临界风速均小于70 m/s。研究结果表明,对于本文构建的悬索桥而言,跨径3500 m附近的流线形单箱和格构式桁架悬索桥有可能在现实中发生静风失稳,而颤振在大跨度悬索桥抗风设计中是控制因素,且颤振问题随跨径增大而越发严峻。

     

非对称截面的两自由度非线性振动

在大扭转变形条件下,本文建立了新的非对称截面扭转和垂向运动耦合的两自由度动力学方程组.该微分方程组描述了截面在大扭转变形时的动力学行为.在忽略方程组中的平方非线性项,保留线性耦合及立方非线性项情况下,采用多尺度法求解了结构在垂向载荷及扭矩均为简谐载荷并发生主共振时的动力学行为.结果显示,当扭矩诱发低频主共振时,系统的立方非线性项呈现硬弹簧性质.当垂向简谐载荷诱发高频主共振时,立方非线性项呈现软弹簧性质.同时由于非线性的影响,结构的振动幅值会随激励的幅值及激励频率的变化而发生跳跃.这是仅考虑小扭转变形的数学模型所不能揭示的.     

悬索桥主缆初始位形的悬链线方程精细迭代分析法

悬索桥非线性有限元法采用悬链线单元精度高,推导了基于自重约束方程,求解两种设计条件下主缆初始位形的悬链线精细迭代法公式,该方法能够计算主缆变形后自重荷载集度的变化.根据索鞍的受力特点,推导了不平衡索力与索鞍预偏量之间增量函数形式的显式刚度方程,导出了索鞍弧顶主缆曲线的无应力索长的精确计算公式.算例结果表明,方法精度高,计算稳定且收敛快.     

修正倒谱和动态规划的基频估计算法

基音频率是语音信号处理中的一个重要参数。倍频、半频错误以及清浊音判决的可靠性等问题一直是基频估计中的难点问题。在对语音信号的倒谱进行适当修正的基础上,提出了一种高精度的基频估计算法。该算法根据倒谱、短时能量和短时过零率在清音段和浊音段的不同表现,构造了一个清浊音判决函数,大大提高了清浊音判决精度;然后利用动态规划技术进行基频跟踪。在构造代价函数时．充分考虑了基频连续性的影响,从而使该算法既能有效地避免倍频和半频错误,又能体现出基频的自然加倍和减半。通过与现有的几种效果较好的方法进行对比实验,结果表明该算法具有准确率高、基频轨迹平滑的优点,利用该算法得到的基频轨迹基本不需要进行后期平滑处理。     

The method of fundamental solutions for axisymmetric potential problems

In this paper, we investigate the application of the Method of Fundamental Solutions (MFS) to two classes of axisymmetric potential problems. In the first, the boundary conditions as well as the domain of the problem, are axisymmetric, and in the second, the boundary conditions are arbitrary. In both cases, the fundamental solutions of the governing equations and their normal derivatives, which are required in the formulation of the MFS, can be expressed in terms of complete elliptic integrals. The method is tested on several axisymmetric problems from the literature and is also applied to an axisymmetric free boundary problem. Copyright © 1999 John Wiley & Sons, Ltd.     

船用高速发电机基波磁场下机座电磁振动

以船用高速同步发电机为对象进行电磁振动特性分析。用有限元法计算空载下电机基波气隙磁场引起的径向电磁力波在机座机脚处垂向振动加速度。通过对不同机座安装方式、材料刚度及结构阻尼的振动仿真对比,分析影响振动加速度主因及有限元模型简化处理对计算结果影响。用三维谐波场及瞬态场有限元法计算机脚振动加速度,用电动机运行法测试发电机空载下机座机脚振动加速度。结果表明,仿真与试验结果基本一致,机座及机脚振动受机座安装方式影响较大,定子振幅受材料弹性模量响应较大,在弹性安装/自由状态下机座形变分布主要受结构阻尼影响。该结果可为船用高速电机减振降噪设计、研究提供依据及参考。     

一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法

提出了一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法。先忽略剪切变形和惯性矩作用,基于Euler-Bernoulli杆理论求解出固有频率初值,再计入二者的作用进行弯曲振动固有频率的修正。应用有限元分析法和模态实验测试对该方法进行了验证,理论结果与实验结果相吻合,误差在5%以内。基于该方法编写了程序,实现了弯曲振动变幅杆结构的主动设计。     

基于自适应频率跟踪的基波提取算法应用研究

为了消除基波提取中频谱泄露和栅栏效应的影响,实现快速准确地提取基波分量,完成校验仪比差、角差的精确计算,在互感器校验仪自动检定系统中采用基于自适应频率跟踪的基波提取算法来完成基波提取。在互感器校验仪自动检定系统自动检定的过程中,待检校验仪采集检定装置输出的信号并提取信号的基波分量,计算出比差、角差值。系统上位机对计算结果进行比较分析,判定出该待检校验仪对互感器的检定效果。仿真实验表明,该基波提取算法可以稳定地跟踪频率缓变,跟踪误差控制在0~0.02 Hz之间;该检定系统对比差和角差的检定精度分别达到0.002 8%和0.012%,即系统检定精度可以达到0.05级。检定结果表明该算法可以实时跟踪和记录电网频率为50,50.5 Hz时的微小波动状况,同时克服因波动引起的基波频率缓变,从而大大提高基波分量提取的准确性。研究结果表明该基波提取算法在互感器校验仪检定工作中具有一定的有效性和实用性。     

Optimization of support positions to maximize the fundamental frequency of structures

In this paper, the position optimization of simple supports is implemented to maximize the fundamental frequency of a beam or plate structure. Both elastic and rigid supports are taken into account. First, the frequency sensitivity with respect to the movement of a simple support is derived using the discrete method. By means of the shape functions of the finite element method, closed‐form sensitivity formulations are developed straightforwardly. Then, a heuristic approach, called evolutionary shift method, is presented for optimizing support positions with a fixed grid mesh scheme. Based on the design sensitivity analysis, the support with the highest efficiency is shifted in priority along the elementary edges with the interval (step) of the elementary size. To facilitate the convergence of the process, the interpolation technique is employed to evaluate the solution more accurately. Finally, three numerical examples are presented to demonstrate the validity of the sensitivity analysis and the effectiveness of the optimization method. Copyright © 2004 John Wiley & Sons, Ltd.     

基于无限元的2.5维方法预测轨道交通混凝土桥梁低频噪声

提出了一种基于无限元的2.5维方法,可以快速预测桥梁结构噪声且不失精度。首先,建立沿桥梁纵向截面均匀的二维无限元模型,进行声传递向量计算。然后,联合桥梁三维模态分析结果,通过空间波数变换获得三维桥梁模型的模态声传递向量,并采用三维直接边界元的计算结果验证了所提出的2.5维方法的正确性。最后,进行车轨桥耦合振动计算,将获得的桥梁模态坐标与声模态传递向量结合起来预测桥梁振动辐射噪声。以上海某轨道交通为背景进行噪声现场测试,将现场实测结果与计算结果对比。分析表明,计算结果在近场与实测值吻合较好,但是由于忽略了相邻跨桥梁的影响,在远场数值计算结果小于实测值。     

基于屈服面的曲线梁桥地震动最不利输入方向

曲线梁桥由于线形、刚度及质量的不规则分布,需要研究其地震动最不利输入方向。Bresler屈服面给出了钢筋混凝土构件在轴压力与双向弯矩组合作用下的截面屈服条件,本文据此将地震中桥墩截面最易发生屈服的方向定义为最不利地震动输入方向。在应用反应谱法得到两个正交方向地震反应的基础上,提出了基于Bresler屈服面的地震动最不利输入方向的一种新算法,该法考虑了水平面内双向地震动共同作用及曲线梁桥振型间的相关性。进一步,给出基于时程分析法的地震动最不利输入方向确定算法。最后,以某闭合圆环匝道桥为对象,分析了各墩的地震动最不利输入方向,同时验证了方法的准确性。     

基于统计线性化的非线性随机振动虚拟激励法研究及应用

传统的虚拟激励法成功地解决了结构线性随机地震响应计算效率低的问题,却无法将非线性因素考虑在内。以统计线性化理论为基础,提出了一种可以考虑结构非线性的改进的绝对位移直接求解的虚拟激励法,采用不同的抗震分析方法,对一座单塔双索面预应力混凝土斜拉桥进行位移、速度、加速度功率谱密度以及位移、轴力响应值的计算,并进行对比分析,结果表明所提出改进的虚拟激励法不仅可以考虑结构的非线性,而且精确、高效,可以广泛地应用于桥梁工程的抗震分析中。     

基于有限元-向量式有限元的斜拉桥非线性振动计算方法

向量式有限元(VFFE)法本质上是考虑几何非线性的有限元(FE)显式动力时程积分方法。阐述了向量式有限元的基本原理,对比了向量式有限元与基于单元随动坐标系的非线性有限元动力计算方法的相同点与差别,开发了使用杆、梁单元的有限元-向量式有限元统一算法框架的计算程序。使用该程序建立了大跨度斜拉桥计算模型,首先,使用非线性有限元法计算了斜拉桥的静力状态与动力特性,计算了列车-桥梁耦合动力作用下桥梁的振动;然后,使用向量式有限元法计算了斜拉桥在拉索突然断裂状态下的非线性振动;最后,计算了在列车-桥梁耦合动力作用下,拉索发生断裂时,桥梁与列车的振动状态。结果表明:使用向量式有限元可以简单可靠地直接模拟斜拉桥在破坏状态下的非线性振动状态;列车运行至跨中附近时,若斜拉桥跨中最长拉索突然发生断裂,对其他拉索的安全性影响不大,离断裂拉索越远的拉索受到的影响越小,但拉索突然断裂会对桥上行驶中列车的安全性造成威胁。该研究为大跨度斜拉桥在破坏状态下的非线性振动分析提供了新的解决方案。