纵向地震作用下大跨三塔悬索桥伸缩缝处双边碰撞效应研究

相邻桥跨间的碰撞效应是引起大跨桥梁引桥落梁的重要原因,本文以一座大跨三塔悬索桥为研究对象,建立了复杂的桥梁结构空间动力分析模型,采用非线性动力时程分析法,详细分析了大跨三塔悬索桥伸缩缝处主、引桥相邻梁体间的双边碰撞对桥梁结构地震反应的影响规律,揭示大跨桥梁主、引桥结构振动周期比与碰撞效应的内在联系。研究结果表明：当一侧引桥基本周期小于或者接近主桥梁端位移控制振型周期,而另一侧引桥基本周期显著大于主桥周期时,双边碰撞使长周期侧的引桥固定墩墩底地震内力响应、梁端位移、梁体搭接长度以及主、引桥间相对位移响应显著增大,而使短周期侧引桥梁端位移、梁体搭接长度以及主、引桥间相对位移响应轻微减小。     

移动的车辆随机荷载作用下梁桥的瞬态响应

本文首先给出了车辆随机荷载的统计描述,然后建立了运动的平稳随机荷载作用下粘弹性地基上Euler-Bernoulli梁的运动方程,利用Green函数的概念和积分变换方法对梁的振动方程进行了求解,获得了梁的随机动挠度的理论表达式,还针对具体算例进行了数值计算分析.最后利用随机振动理论给出了随机响应的几种主要统计量的计算公式.     

车辆荷载作用下的大跨旧桥动力可靠度分析研究

本文基于多自由度体系的随机过程分析的振型分解法,首先推导了结构动力可靠度分析相关参数的计算公式,据此采用Fortran程序设计语言,编制《PMDK动力可靠度分析程序》,其次采用无约束的规划求解方法,推导了车辆荷载概率分布模型的参数求解方法,并结合某大跨旧桥实际车辆分布具体观测数据,得到了本文计算的概率模型。最后运用《PMDK动力可靠度分析程序》计算了该桥在实际车辆荷载作用下的可靠度,研究了动力可靠度与位移之间的关系,以及不同截面位置的动力可靠度的变化规律,研究了阻尼和弹性模量变化对大跨旧桥动力可靠度的影响,研究了时间变化对其的影响、结构单侧及双侧可靠度的变化规律,并且通过蒙特卡罗法的分析,验证了上述结论的准确性。     

行波效应下对称多跨大跨结构的随机地震响应研究

为了研究行波效应对于多跨大跨结构随机地震响应的影响机理,首先以两跨结构简化模型为研究对象,选取柱顶相对位移作为计算响应量,采用多点虚拟激励法对结构的响应功率谱公式进行推导,求得结构响应极值随行波频率的变化规律,最后将此方法拓展至多跨结构,分析不同跨数以及不同支承形式对于多点激励下结构地震响应的变化规律。计算结果表明:受拟静力响应影响,多跨结构中柱柱顶相对位移受行波效应影响更加显著,在大跨结构抗震设计中应该引起重视;随着跨数增加结构响应极值并没有明显提升,但不同支承形式可能导致结构受多点激励效应影响不同,针对具体的支承形式结构进行具体分析是必要的。     

随机荷载作用下刚性路面动态响应研究

为了研究车辆随机荷载作用下刚性路面的动态响应,基于ANSYS软件,应用1/4车辆模型,得出其在路面不平度激励下的随机荷载,简化了荷载的求解,建立了路面三维有限元模型,讨论了在随机荷载作用下结构层参数对路面动位移幅值及面层层底拉应力幅值的影响规律。结果表明,面层厚度和土基模量对路面动位移幅值影响最大,当面层厚度超过30 cm、土基模量超过60 MPa时,继续增大以上结构层参数路面动位移幅值不再有明显减少;当土基模量小于60MPa继续减少时,要实现路面动位移幅值的不变,需要增加的面层厚度幅度逐渐变大;面层模量及厚度对面层层底拉应力幅值影响最大。     

车辆通过钢箱梁桥伸缩缝的振动响应及减振

车辆在经过桥梁伸缩缝时的跳车问题已成为影响桥梁健康的重要病害之一。以简支钢箱梁桥为对象,在车桥耦合振动计算理论的基础上,通过修改伸缩缝处的路面条件来模拟伸缩缝的影响,并通过小波变换研究车辆经过伸缩缝时的时频域振动特性,并针对此类振动的桥梁减振效果进行分析。计算表明：由于伸缩缝的存在,明显加大了车辆对结构的冲击效应,且作用的响应以高频为主;伸缩缝处的特性、车速与车重对车辆经过伸缩缝产生的冲击响应都有显著的影响;梁端填筑混凝土法能有效的降低此类振动产生的冲击效应。     

移动车辆作用下大跨度悬索桥梁端纵向位移机理

为研究大跨度悬索桥在车辆荷载作用下梁端纵向位移的产生机理。基于挠度理论分析了悬索桥在非对称竖向荷载作用下的变形特征,推导了移动荷载作用下悬索桥梁端纵向运动方程和共振速度,并采用等效纵向荷载研究移动荷载作用下悬索桥纵向位移响应规律。以一大跨度悬索桥为实例,研究了移动竖向荷载作用下的悬索桥梁端纵向位移的规律及影响。结果表明:在移动荷载作用下,主梁发生以等效纵向扰动频率为主的纵向受迫振动,当移动速度较小时主要表现为拟静态效应,随移动速度增大动态效应增强;结构阻尼、阻尼器及支座摩阻力均对纵向位移有抑制作用,支座摩阻力对梁端位移的影响不可忽略;中央扣的设置能有效降低移动车辆作用下的梁端纵向累积位移,但梁端纵向位移对中央扣的数量及自身刚度的敏感度不高。最后对矮寨大桥实测梁端位移的纵向位移响应的频谱进行了分析,与数值分析结果基本一致。     

循环荷载下大孔隙红砂岩的动力响应及损伤研究

为探究循环荷载下不同孔隙率红砂岩的动力特性和损伤规律,采用SHPB冲击实验系统,选取了2组不同孔隙率的红砂岩进行循环冲击实验,分析大孔隙率红砂岩的动力波形,本构曲线及损伤度,得到不同孔隙率红砂岩的变形模量、峰值应力、峰值应变及损伤度的变化规律.结果表明:不同孔隙率的红砂岩试件在循环荷载下的应力时程基本一致,随着循环次数...     

循环荷载下大孔隙红砂岩的动力响应及损伤研究

为探究循环荷载下不同孔隙率红砂岩的动力特性和损伤规律,采用SHPB冲击实验系统,选取了2组不同孔隙率的红砂岩进行循环冲击实验,分析大孔隙率红砂岩的动力波形,本构曲线及损伤度,得到不同孔隙率红砂岩的变形模量、峰值应力、峰值应变及损伤度的变化规律。结果表明:不同孔隙率的红砂岩试件在循环荷载下的应力时程基本一致,随着循环次数的增加,岩石经历了孔隙闭合-裂隙开展-应力硬化-应变软化直至破坏的阶段,其变形模量和峰值应变呈现出先减小,再增大,再减小的趋势,峰值应力与速度呈正相关的关系。随着循环次数的递增,孔隙率大的岩石的峰值应力下降趋势大于孔隙率小的岩石,并且损伤累积使岩石在冲击破坏前表现出了较明显的塑性特征,不同孔隙率红砂岩的损伤度变化趋势基本是先增大后减小,孔隙率大的岩石累计损伤度大于孔隙率小的岩石,其损伤裂纹基本都是从透射杆端部开始,随着裂纹的产生扩展直至破坏。     

车辆荷载作用下双层路基层间动应力响应试验研究

针对层状路基土的动力响应与稳定性评价问题,以某双层路基为工程背景,利用现场实测数据,揭示出硬、软土层界面处存在动应力突变现象,并给出了动应力突变系数;根据室内模型试验数据,以动应力突变系数为试验指标,采用极差分析法对主要影响因素进行了排序;借助动三轴试验获得硬、软土体的临界动应力,推导得出两种土体的动应力水平关联性系数,并提出一种评价路基长期稳定性的"概率区域"方法。研究表明:路基运营后期,硬、软土层压缩模量之比将取代硬壳层厚度,成为影响层间响应的首要因素;埋置较深的下卧软土层是控制路基稳定性的关键层。     

车辆非线性随机响应的统计线性化研究

建立了计及悬架系统钢板弹簧刚度和减振器阻尼非线性的整车八自由度模型。用统计线性化方法求出了系统在路面随机激励下的响应，并将计算结果与实验值和时域法模拟结果进行了比较。结果表明统计线性化方法与实验值吻合较好，比时域法的精度高，是进行车辆非线性分析的有效方法。     

大跨平屋盖风荷载特性及风压预测研究

在大气边界层风洞中开展了大跨平屋盖结构刚性模型试验,获得了屋盖表面测点的风压时程,分析了典型风向下屋盖表面平均风压与脉动风压特性.结合本征正交分解技术(POD)与BP神经网络法,提出了一种可用于大跨结构进行空间插值的机器学习法一POD-BPNN法,实现了对风压的高效预测.预测的平均风压系数、脉动风压系数、脉动风压的时域...     

强震作用下大跨斜拉桥伸缩缝处碰撞效应的影响研究

大跨斜拉桥一般采用飘浮体系或者弹性约束体系,其在强震作用下梁端会发生很大位移,梁端的过大位移可能会导致主梁与相邻跨引桥的碰撞,使整个结构丧失整体性。本文针对强震作用下大跨斜拉桥伸缩缝处的碰撞现象,以一座典型大跨斜拉桥为例,建立了考虑引桥墩柱、塔柱弹塑性的空间非线性碰撞模型,采用非线性时程法研究了大跨斜拉桥伸缩缝处相邻跨梁体碰撞对桥梁结构地震反应的影响。研究结果表明：由于大跨桥梁结构主、引桥结构体系不同,在强震作用下主引桥相邻梁体易发生碰撞,碰撞不仅会产生很大的撞击力,而且使引桥地震力需求、引桥梁端位移、主引桥相对位移及引桥梁体搭接长度需求有较大增长,极易造成引桥的落梁或者破坏;而碰撞效应对主桥的地震需求影响较     

随机车辆荷载下三塔悬索桥钢箱梁疲劳关键断面分析

泰州大桥为世界首座千米级三塔悬索桥,建立泰州大桥的三维全桥模型,通过简化的车辆荷载模型,将随机车流加载于大桥有限元模型上,计算泰州大桥主梁不同位置竖向位移和弯矩的振动响应值,分析车流作用下大桥主梁应力变化最大位置,从而确定主梁的疲劳分析的关键位置。     

步行荷载下大跨楼盖MTMD控制参数优化方法研究

采用多重调谐质量阻尼器(MTMD)来控制大跨楼盖由于行人引起的竖向振动,已被工程实践证明为一种行之有效的减振方法。然而由于步行荷载的时空复杂性,采用有限元时程分析方法进行MTMD最优参数设计时的计算成本过高,甚至难以实现。为此,提出一种步行荷载下大跨楼盖-MTMD参数优化的混合算法,利用有限元获得楼盖模态后再由振型分解法计算移动步行荷载引起的结构响应,进一步结合遗传算法,研究考虑结构动力特性变化的MTMD参数优化问题。最后,以某体外预应力楼盖为例进行了MTMD频率和阻尼比的优化设计,讨论了楼盖固有频率和阻尼比变化对减振效率的影响,对比了考虑与不考虑结构特征改变的MTMD参数优化结果。结果表明,所建议的混合算法可显著提升计算效率并获得优化的控制参数,可用于同类大跨楼盖MTMD控制参数设计问题。     

全跨和半跨荷载组合下荷载效应函数模型研究

研究了全跨和半跨荷载组合下荷载效应函数的特性.首先分析了荷载效应函数为非线性的原因.然后在多个实例分析的基础上,提出了一个全跨和半跨荷载组合作用下荷载效应函数的一般模型.该模型无论是在构件层次上还是在体系层次上都具有较高的精度.最后根据此函数模型,讨论了荷载效应曲线的非线性程度.结果表明荷载效应曲线为抛物线或双曲线.这...     

随机风荷载作用下的结构风致响应精细化计算

针对传统三分量法不考虑背景和共振分量之间的耦合的缺陷,利用模态加速度方法,结合随机动力学的双输入单输出系统原理,推导了考虑背景和共振分量耦合的精细化完全三分量风致响应计算方法。通过一悬臂梁的数值算例验证了方法的准确性和可靠性,结果表明共振分量在此悬臂梁的总脉动响应中占主要贡献,背景和共振分量之间为负相关,其相关系数为-0.27,当忽略背景共振之间的相关性时,将会高估悬臂结构的脉动总响应。     

大跨屋盖结构共振响应多目标等效静力风荷载

针对大跨屋盖结构等效静力风荷载计算需要兼顾多个响应控制目标问题,基于能量等效,提出了大跨屋盖结构风致共振响应多目标等效静力风荷载分析方法。根据结构风致共振响应特点,从保证结构整体安全的角度,确定以结构风振过程中各节点吸收和转化的风动能达到极值时刻为等效目标,据此最不利情况,推导了共振响应多目标等效静力风荷载表达式。最后,将该方法应用于北京奥运网球中心屋盖结构共振响应等效静力风荷载计算,结果表明：该等效静力风荷载下的结构静力响应与频域分析得到的结构动力响应极值吻合较好,验证了所提方法的有效性和工程实用性。     

横向固定谐振荷载下曲线轨道参数对钢轨位移响应的影响研究

建立曲线轨道解析模型,此轨道模型考虑为具有周期性离散弹簧-阻尼支承的曲线Timoshenko梁。在频域内将曲线钢轨的位移及转角表达为轨道模态的叠加,并将周期性结构理论施加于轨道模型的运动方程,进而在一个基本单元内高效地求解轨道的动力响应。将横向固定谐振荷载作用于钢轨轨头,考虑不同扣件刚度、扣件阻尼、扣件间距及曲线半径,研究上述轨道参数对曲线轨道位移响应的影响。经计算分析可知:钢轨轨头的横向位移响应包括平面内和平面外的位移响应,是钢轨平移和扭转效应的叠加;增加扣件刚度或减小扣件间距可导致轨道系统一阶自振的频率增大,而其幅值减小,对于一阶自振频率以下的频段,钢轨位移幅值也有所减小;随着扣件阻尼的增大,一阶自振的幅值显著下降,对于pinned-pinned共振,随着扣件阻尼的增加,跨中处的钢轨位移增大,而扣件上方的位移有所减小;pinned-pinned共振频率随着扣件间距的增大而减小,而其位移幅值增大;对于曲线地铁轨道,曲线半径对钢轨的横向位移基本没有影响,但对竖向位移影响显著,随着曲线半径的增加,钢轨竖向位移幅值显著下降。     

大跨屋盖结构等效静风荷载研究

等效静风荷载为大跨屋盖结构设计提供了处理时空变化动力风荷载的有效途径。从两个方案对等效静风荷载研究,一种方案是采用模态等效静风荷载组合法,另一方案采用共振响应分量对应的模态等效静风荷载与本征正交分解法(POD)简化的荷载响应相关法(LRC)计算的背景等效静风荷载组合法,两个方案中通过加权因子考虑模态耦合项的影响。利用风洞试验同步测量单层柱面网壳结构的风压数据,根据完全二次型组合法(CQC)和平方总和开方法(SRSS)计算风致响应,结果表明模态耦合项可以忽略,仅选取前几阶模态即可获得准确响应结果。等效静风荷载计算的响应结果与CQC法计算结果进行校核。等效静风荷载确定两方案对比分析显示,第一种方案是非常有效、实用的确定等效静风荷载的方法,而第二个方案有助于分别对背景和共振等效静风荷载研究。