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。

     

大跨径桥梁静风稳定参数的敏感性分析

随着桥梁跨径的不断增大,桥梁结构质量越来越轻、结构刚度越来越小、结构阻尼越来越低,从而导致了对风致作用的敏感性越来越大。基于风洞试验测得的主梁静力三分力系数,在综合考虑结构几何非线性和静风荷载非线性的基础上,对大跨径悬索桥以及大跨径斜拉桥进行了静风失稳全过程分析;然后分别考察了三分力系数、初始风攻角、桥塔风荷载、缆索风荷载以及边跨风荷载等参数对大跨径缆索承重桥静风稳定性的敏感程度。     

大跨人行悬索桥非线性静风稳定性分析

基于风洞试验所测加劲梁静力三分力系数,在综合考虑静风荷载非线性、结构几何非线性基础上,采用双重迭代计算分析方法对主跨420 m大跨窄人行悬索桥进行静风稳定性全过程分析。结果表明,结构变形随风速变化呈明显非线性,静风失稳形态弯曲扭转空间耦合变形特征显著;较公路桥大跨人行悬索桥主缆提供的扭转刚度比重更大,跟踪两主缆跨中应力随风速变化情况可定义静风失稳临界风速及与分析静风失稳原因;非零初始风攻角会降低静风失稳临界风速;中央扣及抗风缆均能提高静风失稳临界风速。施加中央扣措施,失稳形态为主梁结构弯扭失稳;施加抗风缆措施,失稳形态为抗风拉索、抗风缆应力松弛导致局部结构失稳。该研究可为大跨窄桥静风稳定性能及提高静风稳定性提供科学依据及参考。     

大跨径悬索桥钢桁加劲梁静载试验研究与应力分析

为了对大跨径悬索桥安全性进行评估，对主跨为1088m的大跨径悬索桥进行静载试验。通过对上、下弦杆布点，测试了钢桁架加劲梁的应变值，并将实测值与有限元计算值进行了对比分析。结果表明：应变测试结果实测值均小于计算值，应力校验系数在0．81～1．00之间，说明该桥截面强度满足设计和规范要求。     

提高大跨悬索桥气动稳定性的控制措施

悬索桥是一种大跨柔性结构，在风的作用下有可能发生多种形式的风致振动，其中由气动力引起的颤振失稳是导致大跨悬索桥毁坏的主要原因之一。本文从颤振发生的机理出发，研究了提高悬索桥气动稳定性的多种控制措施，着重分析其制振工介绍了部分工程实例，为我国修律大跨或超大跨悬索提供一定的借鉴与参考。     

大跨径桥梁的风振控制研究

现代桥梁的发展趋势是大跨径、轻柔。随着桥梁跨径的增大，结构风致振动问题也愈加突出，因而风振控制的重要性也愈加显现。在简要回顾国内外关于桥梁两种主要风振-颤振及抖振控制研究的基础上，对大跨径桥梁的风振提出了控制措施。     

考虑抖振影响的大跨度桥梁静风稳定性分析

提出大跨度桥梁静风稳定性求解的动力有限元方法,在考虑桥梁结构几何非线性与脉动风抖振响应影响的基础上对西堠门大桥与东海大桥的静风稳定性进行了分析,计算结果表明,忽略脉动风抖振影响求出的静风失稳临界风速是偏于保守的.     

桥塔风效应对大跨度悬索桥抖振响应的影响

以润扬长江公路大桥南汊悬索桥(润扬悬索桥)为研究对象,首先基于ANSYS建立了该桥的三维有限元计算模型,同时基于桥址区实测风特性建立了该桥考虑桥塔风效应的三维脉动风场,在此基础上进行了该桥非线性抖振响应时域分析,重点研究了桥塔风效应对大跨度悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,主塔风效应对大跨度悬索桥主梁抖振响应的影响很小。就主塔而言,其顺桥向抖振响应受桥塔风效应的影响也很小,但横桥向抖振响应在考虑桥塔风效应时显著增加,在进行抖振响应分析时不容忽视。研究结果对大跨度悬索桥的风致抖振分析具有参考价值。     

主梁上方安装固定风板抑制悬索桥颤振的研究

推演了主梁上方安装固定风板后整个桥梁主梁气动截面的自激力表达式及主梁单元气动刚度和气动阻尼矩阵的表达式。以某悬索桥设计方案为工程背景,应用多模态颤振分析方法,研究了在主梁上方安装固定风板这种控制措施对改善系统颤振稳定性的效果。分析结果表明,主梁上方安装固定风板对悬索桥颤振是一种有效的气动控制措施。     

车载作用下大跨径缆索支承桥桥型对铺装层受力的影响研究

以润扬长江公路大桥为工程背景，通过有限元数值模拟技术，分析建立其北汊斜拉桥和南汊悬索桥的三维整桥模型，进行整桥力学分析，提出整体—局部分析方法，进而分析铺装层的受力特点；悬索桥的桥型对铺装层的受力影响较大，作者计算的铺装层拉应力明显大于以往模型；对于斜拉桥跨中位置，考虑整桥后铺装层的受力略大于局部模型，对于承受斜拉索水平分力挤压的主梁部分，其铺装的受力略小于局部模型。     

汽车荷载作用下梁桥的动力冲击效应研究

基于D＇Alembert原理，导出了两轴汽车模型的运动方程：考虑车辆与桥梁的位移协调条件及桥面不平整度，建立移动汽车荷载作用下车辆与桥梁整体系统的运动方程，并且给出了详细的公式，采用Wilson-θ求解，编制了计算程序。对简支梁桥在移动汽车荷载作用下的动力冲击效应进行了计算分析与现场试验研究，获得了有价值的结果。     

斜拉桥动力特性的参数分析

建立了斜拉桥动力分析的三维有限单元模型 ,研究了单元类型和参数变化对斜拉桥动力特性的影响。详细地讨论了斜拉桥非线性来源 ,并运用 6节点薄壁单元和 4节点索单元分别考虑了斜拉桥弯曲构件和索的非线性特性。通过对一斜拉桥的数值分析 ,得到了关于斜拉桥动力参数敏感性的一般结论。     

基于环境振动测量值的悬索桥结构动力模型修正

以主跨1385米的江阴长江公路大桥为背景，研究利用环境振动测量值进行悬索桥结构有限元模型修正的可行性。采用的模型修正方法以结构特值灵敏度分析为基础，通过迭代求解二次规划问题修正有限元模型参数。根据江阴长江公路大桥的设计图纸建立悬索桥三维有限元模型固有振动分析。同时利用大桥现场环境振动测量值得到一组结构实测模态参数，用以作为有限元模型修正的基准，根据结构特征值灵敏度分析结构选择了一组待修正结构参数并予以修正，修正后有限元模型的动力特征更加趋近于环境振动实测值，最后指出了模型修正不能完全消失大桥结构理论－实测频率差的可能原因。     

气体静压导轨气膜振动的数值模拟

气体润滑气膜振动现象对超精密加工与测量的精度有重要影响,为了研究气膜振动的成因,本文应用了k-ε湍流模型,对双节流孔的气膜流场压力的振动进行了数值分析.气膜厚度、气膜入口流场条件和双节流孔的间距分别单独调整以分析其对气膜振动的影响.分析结果显示:气膜参数决定了流场的特性,气膜厚度减小将会增大导轨的承载能力;周期性的气膜入口流速将增大气膜的振动;双节流孔的间距增大也会大大增加振动.     

斜拉桥动力分析的三维有限单元模型

建立了一种三维斜拉桥的有限单元模型，并将其用于ＫａｐＳｈｕｉＭｕｎ斜拉桥动态特性分析。同时考虑了各种结构参数（结构质量的分布和偏心，结构刚度，索单元划分，索自重垂度，边界条件等）对斜拉桥自振特性的影响。数值计算结果与脉动试验结果较吻合，说明了该有限单元模型几乎能够分析出斜拉桥所有重要的动力特性     

悬挂式弹簧包装系统的冲击特性研究

以悬挂式弹簧缓冲包装系统为研究对象,建立了矩形脉冲激励下系统几何非线性无量纲动力学方程,得到了系统的最大冲击响应谱。讨论了无量纲脉冲激励幅值、悬挂角度以及系统阻尼等对冲击谱的影响规律。研究表明,无量纲脉冲激励幅值、悬挂角度、系统阻尼等对系统冲击响应峰值影响显著,增加系统阻尼可有效降低系统加速度响应峰值。研究结论可为悬挂式弹簧缓冲系统的设计提供理论依据。     

准双曲面齿轮动态啮合性能的有限元分析研究

研究准双曲面齿轮动态啮合有限元分析模型的构建方法,建立了合理的有限元模型。基于接触动力学的基本理论和显式有限元分析方法,对准双曲面齿轮的动态啮合性能进行了研究,得到啮合接触冲击特性、齿面接触区域、齿面接触应力及齿根弯曲应力等在轮齿动态啮合过程中的变化规律。以转速和负载两个典型的工作条件为变量,建立对比分析模型,研究转速和负载对准双曲面齿轮动态啮合性能的影响。转速对准双曲面齿轮动态啮合性能影响显著,而负载对准双面齿轮的动态啮合性能影响则跟转速有关,随着转速的增大,相同的负载变化对动态啮合性能的影响逐渐减弱。     

汽车悬架控制臂液压衬套动态特性实测与计算分析

在汽车悬架系统中,为了满足其低频振动控制和高频隔振性能的要求,对控制臂衬套动态特性的要求是不一致的。常见的橡胶衬套很难提供在低频振动控制时所需要的大阻尼。液压衬套是一种可在一个较大的频率范围内提供大阻尼和大刚度的振动控制元件,目前它在悬架系统中得到了广泛的应用。介绍了可在径向或轴向方向提供大阻尼和大刚度的两种结构型式的液压衬套,实验测试了它们的静态特性、动刚度和阻尼及其与激振频率和激振振幅的相关性;建立了液压衬套动特性计算分析的集总参数模型,利用该模型计算分析了一液压衬套的动刚度和滞后角,计算结果和实验值的对比结果证明了模型的正确性。最后给出了液压衬套在解决由于路面或车轮不平衡激励而引起方向盘振动问题的应用实例。