桥梁颤振导数的耦合强迫振动仿真识别

提出了一种新的桥梁颤振导数识别方法——耦合强迫振动识别法，并采用CFD仿真桥梁节段模型的耦合强迫振动，通过数值计算节段模型上的颤振自激力，识别出节段模型的颤振导数。以丹麦的大带东桥为例，用仿真耦合强迫振动法识别了该桥梁节段模型的8个颤振导数，并计算了颤振临界风速，其计算结果与风洞试验结果一致，证明了所提出的耦合强迫振动识别法及数值仿真识别方法是可行的。     

基于自由振动响应识别桥梁断面颤振导数的人工蜂群算法

基于桥梁节段模型风洞试验自由振动衰减时程信号,提出了桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法。基于最小二乘原理,将竖弯和扭转信号的整体残差平方和作为目标函数,使用人工蜂群算法对相关参数进行寻优搜索,识别出桥梁断面的颤振导数。与其他迭代算法相比,人工蜂群算法是受生物启发产生的寻优算法,对初值没有要求,从而避免了迭代初值对识别精度的影响。为考察人工蜂群算法在桥梁断面颤振导数识别中的有效性,进行了理想平板模型仿真以及某大桥节段模型风洞试验,结果表明,桥梁断面颤振导数识别的人工蜂群算法具有较好的稳定性和可靠性。     

桥梁颤振气动导数识别的迭代法

本文提出一种利用自由振动响应通过年顿－拉夫逊迭代同时识别出桥梁全部8个颤振气动导的方法。此法具有对迭代初值要求不高，识别结果稳定的特点，并具有一定的抗噪声干扰能力。数字仿真与实物试验结果表明本文方法有效，可行。     

桥梁颤振导数自由振动识别的分段扩阶最小二乘迭代算法

研究了利用节段模型风洞试验的自由振动信号直接识别系统矩阵的时域法。在可识别性研究的基础上，给出了最小二乘一次完成算法、倒置时序算法、分段识别算法和分段扩阶最小二乘迭代算法（SEO-ILS法）。随后SEO-ILS法用于桥梁颤振导数识别：先直接识别出系统矩阵，在识别出二自由度节段模型各不同风速下的等效刚度和等效阻尼矩阵后，即可同时提取8个颤振导数。风洞试验表明，文中方法有效可行。     

桥梁断面颤振导数的CFD全带宽识别法

由于需要在不同折算风速下重复进行大量试验或CFD(Computational Fluid Dynamics)模拟,现有风洞试验和CFD方法识别桥梁断面颤振导数耗时且效率低。提出一种基于CFD离散时间气动模型,快速识别感兴趣折算风速带宽内任意折算风速下桥梁断面颤振导数的全带宽识别法。该法基于任意拉格朗-欧拉描述的有限体积法和多层网格技术,首先计算作用在桥梁断面上的非定常气动力,CFD模拟时强迫桥梁断面以单自由度竖弯或扭转方式振动,位移模式为定义在感兴趣的频率范围内的指数脉冲时间序列。然后利用得到的气动力和该指数脉冲输入,通过系统识别建立起反映桥梁断面气动力系统特性的离散时间气动模型。随后利用该气动模型仿真桥梁断面在简谐位移激励下的气动力响应,并由该模型的输入和响应通过系统识别得到桥梁断面的颤振导数。该法在竖弯和扭转方向各仅需一次CFD模拟,就可构造离散时间气动模型,使得颤振导数识别的计算量显著降低。开展了三汊矶大桥加劲梁断面颤振导数识别和颤振临界风速计算,研究结果与风洞试验的一致性,证明了方法的可靠性和高效性。     

识别桥梁断面18个颤振导数的梯度下降算法

桥梁断面颤振导数识别问题可转化为最小二乘优化问题,提出了梯度下降算法求解该优化问题,提取桥梁主梁断面18个颤振导数。梯度下降算法在随机搜索过程中引入反馈机制,能够快速搜索到最优解,可用于系统参数识别,并且能够保证精度。采用该算法识别了苏拉马都大桥主梁断面18个颤振导数,并且与随机子空间方法识别结果进行对比分析。给出了现有弹簧悬挂系统自由振动方法识别桥梁断面颤振导数高风速时稳定性较差、侧向颤振导数识别精度相对较低的原因。试验方法是影响颤振导数识别精度的决定性因素,识别方法是相对次要因素。     

平板断面压力分布对颤振导数及振动形态的影响

该文通过适当简化推导了采用模型表面波动压力的形式来描述的颤振导数, 基于流固松耦合的计算策略, 利用现有流体软件的用户自定义(UDF)功能, 应用数值方法分析了模型表面波动压力分布特性对颤振导数的影响。从细观层面上阐述了颤振导数对模型振动的影响及其气动耦合现象。该文研究表明颤振导数的气动耦合现象及其对模型颤振产生的不同作用取决于模型表面波动压力的分布特征, 这就使得振动模型表面波动压力分布特性成为影响模型颤振的主要因素。在颤振临界状态下, 振动模型表面波动压力的主要成分向模型迎风侧漂移, 造成振动模型扭转运动的中心前移, 与模型的几何扭转中心不再重合, 发生了偏移。     

涡方法用于桥梁断面气动导数和颤振临界风速的数值计算

利用快速离散涡方法计算桥梁主梁断面的气动导数，来流为二维粘性不可压缩均匀流。使用边界元及解颍涡量边界条件的积分表示方法计算表面涡量，引入快速多极子展开及系数影响矩阵技术获得无网格方法，并由此快速计算涡元速度。使断面分别在扭主竖向做强迫正弦振动，利用离散涡方法分别计算其气动力，并根据最小二乘法获取气动导数，采用Sacalan的半逆解法确定颤振临界风速，以南京二桥闭口箱梁断面（方案一）为例，计算结果显示与实测结果有着合理的一致性。     

桥梁颤振气动导数识别的ERA算法及其仿真实现

颤振气动导数识别是桥梁颤振理论研究的核心与关键问题,现有文献的主要方法是基于对系统自由振动响应数据的拟合,通过时域模态分析方法识别颤振气动导数.针对均匀流场中桥梁气动弹性的非经典线性动力系统,运用基于相关函数矩阵的特征系统实现法,通过分析系统在不可测量的白噪声激励下的响应,辨识出桥梁非经典模型的特征参数,并利用这些参数恢复模型的系统矩阵进而实现最终的颤振气动导数的识别.数值仿真算例表明本文的方法具有较高的数值稳定性和辨识精度.     

桥梁气动导数的识别及模型参数对气动导数的影响

提出了一种利用节段模型的自由振动响应数据识别桥梁断面气动导数的新方法—总体最小二乘时域法，该方法试验装置简单，避免了识别过程中参数选择带来的影响并且具有很高的精度和收敛性。针对自由振动测试技术在高风速下因竖弯方向气动阻尼太大、信号衰减过快导致识别不能进行的问题，本文改变模型的质量、质量惯矩及扭弯频率比进行了一系列试验，说明可以通过增加模型质量和质量惯矩的方法得到足够用于桥梁颤振分析的气动导数。将得出的江阴桥模型的试验结果与Ｓｃａｎｌａｎ方法的结果进行了对比，并且根据它算出的颤振风速在全桥气弹模型上得到了验证。     

桥梁断面气动导数识别的改进随机子空间法

随机子空间算法在桥梁断面气动导数识别中表现出了良好的适应性,已能较好地识别出系统的频率和阻尼比,但在低风速条件下模态振型的识别精度尚无法令人满意.气动导数对模态振型相对变化的敏感性分析表明,模态振型对气动导数识别结果影响显著.在传统的基于输出协方差的随机子空间方法(SSI)基础上,引入一种新的稳定图,同时将频率、阻尼比和振型这3种模态参数的相对误差作为形成稳定轴的标准来获取气动导数.为验证该方法的可行性,进行了平板节段模型的数值仿真,结果表明该方法有助于提高模态振型的识别精度,进而提高气动导数的识别精度.     

流冰撞击力作用下列车–简支梁桥耦合振动分析

建立撞击荷载作用下列车‐桥梁系统动力分析模型,将现场实测的流冰撞击力时程作为系统的撞击荷载。通过计算机仿真分析,对流冰撞击作用下高速铁路桥梁的动力响应及其对桥上列车运行安全的影响进行研究。采用自编程序模拟列车过桥的全过程,计算分析7 m×24 m简支箱梁桥在流冰撞击力作用下动力响应及桥上高速列车的动力响应。计算结果表明,在实测流冰撞击力作用下,桥梁横向加速度以及车辆脱轨系数和轮重减载率等行车安全指标在列车速度250 km/h以上时超过容许值,说明流冰撞击作用对车桥系统耦合振动响应具有较大的影响。     

Composite bonded systems for renovations of orthotropic steel bridge decks

The renovation solution for orthotropic steel bridge decks studied consists of bonding a second steel plate to the existing steel deck in order to reduce the stresses and increase the lifespan of the orthotropic bridge deck. A parametric study was carried out on the flexural behaviour of beams representing the renovation solution using experimental and analytical studies. The influence of different thicknesses, temperatures and spans was tested. The results obtained for the stress reduction factor show that it is independent of temperature. More efficient solutions can be achieved when minimizing the second steel plate thickness and maximizing the adhesive layer thickness reducing the weight and increasing the stiffness of the composite structure. Both elastic behaviour and yield load of the composite beams are dominated by the steel plate properties and therefore not affected significantly by temperature. However, the ultimate failure of the beams occurs by shear of the adhesive layer, the properties of which are affected by temperature.     

琼洲海峡跨海斜拉桥方案车桥系统耦合振动仿真分析

摘要：针对琼洲海峡跨海超大跨度斜拉桥方案,建立整车-整桥系统耦合振动分析的精细化数值仿真模型。采用空间杆系和板壳混合单元有限元方法,建立斜拉桥的动力分析模型,并计算其空间自振特性。利用多体系统动力学软件SIMPACK建立三维空间车辆精细化模型,充分考虑了各种非线性因素的影响。最后,采用基于多体系统动力学与有限元结合的联合仿真技术,计算列车以不同车速单线行车和双向对开通过该大跨度斜拉桥的空间耦合振动响应,检算该桥是否具有足够的横向、竖向刚度及良好的运营平稳性。计算结果表明：车辆运行安全性可以得到保障,舒适性指标为“优良”;桥梁的具有足够的刚度,振动状态良好。所得结果可供设计参考。     

压力积分法在桥梁断面雷诺数效应研究中的应用

表面压力积分方法不仅可以得到气动力均值,更重要的是可获得气动力的时程,从而可以计算气动力的RMS值和频率。通过该方法得到了刚性支撑断面的斯特罗哈数,并在试验雷诺数为2.7×104~1.4×106范围内研究了斯特罗哈数随雷诺数的变化规律。研究中发现扁平桥梁断面的斯特罗哈数有明显的雷诺数效应,而雷诺数为2×105~4×105区域内这一效应尤为明显。     

Durability simulation of FRP bridge decks subject to weathering

Fiber Reinforced Polymer (FRP) composite panels are particularly attractive as bridge decks due to their high strength, low density, and durability, which are of importance in the bridge industry. Although the short term performance of FRP decks is satisfactory, the long-term performance under weather conditions still awaits future testimony and remains a major concern in their use as primary load bearing members. Since the load capacity and structural stiffness of FRP decks deteriorate over time at different rates, it is necessary to develop robust mechanics models to simulate the long-term performance of FRP deck structures subject to the combined effects of mechanical and environmental loading. To this end, a comprehensive mechanics framework has been developed, taking into account the critical deterioration rates of the FRP constituents. Such deterioration relationships were obtained by calibrating the accelerated laboratory durability test data with the in-service field measurements. Simulation results agree well with the 4-year performance data of a FRP-deck road bridge. Long-term validation data is, however, still needed.     

地震作用下高速列车与桥梁耦合振动分析

摘要: 为了研究地震作用下高速列车与桥梁耦合振动特性,通过分析JR300系列轮轨高速列车与高架桥在地震作用下的耦合振动,对轨道不平顺、不同地震波对耦合振动响应的影响进行比较研究。结果表明：轨道竖向不平顺会加大车体振动竖向加速度,在地震作用下,车体加速度会接近或超过规定限值;桥梁在地震与列车作用下,考虑轨道的竖向不平顺对桥梁的竖向响应影响较小;不同地震波激励对车桥振动响应影响有较大不同。     

Structural limits of FRP-balsa sandwich decks in bridge construction

The span limits of two glass fiber-reinforced polymer (GFRP) bridge concepts involving GFRP-balsa sandwich plates are discussed. The sandwich plates were either used directly as slab bridges or as decks of a hybrid sandwich-steel girder bridges. In the latter case, the potential of the sandwich decks to replace reinforced concrete (RC) decks was also evaluated. Taking the limits of manufacturing into account (800 mm slab thickness), maximum bridge spans of approximately 19 m can be reached with FRP-balsa sandwich slab bridges, if a carbon-FRP (CFRP) arch is integrated into the balsa core. Above this limit, hybrid sandwich-steel girder bridges can be used up to spans of 30 m. RC deck replacement requires timber and steel plate inserts into the balsa core above the steel girders. GFRP-balsa sandwich slabs or decks exhibit full composite action between lower and upper face sheets. Stress concentrations occur at the joints between balsa core and timber inserts which however can effectively be reduced by changing from butt to scarf joints.     

Static and fatigue investigation of second generation steel-free bridge decks

This paper outlines the static and fatigue behavior of two different cast-in-place second generation steel-free bridge decks. Although cast monolithically, the first bridge deck was divided into three segments. The first segment was reinforced according to conventional design with steel reinforcement. The other two segments were both steel-free designs with internal crack control grids, one comprised of CFRP, and the other with GFRP. The hybrid CFRP/GFRP and steel strap design is called the second generation of the steel-free concrete bridge deck. The hybrid system reduces the development of longitudinal crack width and eliminates corrosion in the deck. All three segments were tested under a 25 ton and 60 ton cyclic load to investigate fatigue behavior. The second bridge deck is comprised of an internal panel and two cantilevers and incorporates a complete civionics system [Klowak C, Mufti A. Implementation of civionics in a second generation steel-free bridge deck. In: Proceedings of the 33rd annual general conference of the Canadian Society for Civil Engineering. Toronto, Ont., June 2–4, 2005]. The static test outlined in this paper is useful in the development of fatigue theory derived from the fatigue testing of the first bridge deck.