苏通大桥主桥上部结构施工及控制技术研究

苏通大桥是目前世界上已建成的最大跨径斜拉桥,其主桥上部结构施工,主要包括边跨辅助跨以及索塔区大块梁段安装,标准梁段安装以及中跨合龙几个阶段.其中大块梁段采用浮吊整体吊装,标准梁段采用桥面双吊机系统进行吊装,中跨合龙采取顶推辅助合龙方法.同时在施工过程中采用了全过程自适应几何控制方法,通过全过程精确控制结构构件的无应力尺寸与形状,以及实现控制系统和被控制系统相适应来达到控制桥梁结构最终线形和内力的目标.为了解决长悬臂主梁风致振动条件下的测量问题,采用了包括基于GPs和基于全站仪的两种动态几何监测系统.对上部结构施工期风致振动进行了深入研究,对最大单、双悬臂状态进行了抖振响应分析,对最大单悬臂状态的主梁抗风安全性进行了分析评估,并提出了相应的抗风措施.成桥状态几何线形误差和索力误差均在设计范嗣之内.     

施工中大桥桥塔的TMD减振研究

施工中大桥桥塔的风致振动对施工具有很大的危害,采用调谐质量阻尼器(TMD)对其进行减振。首先,通过一个二自由度的振动模型来阐述TMD装置的工作原理,并导出了TMD参数和外激励频率与减振效果的之间的关系。然后,在讨论大桥桥塔结构按一阶模态向一个单自由度系统的等效简化问题中,提出了一种基于固有频率的等效质量简便算法。最后,结合崖门大桥的桥塔施工进行实例TMD减振分析, 实测结果表明TMD的减振效果非常好但其设计过程也很复杂。     

大跨度斜拉桥施工阶段抗风性能变化规律

大跨度斜拉桥是一种在风力作用下易发生变形和振动的柔性结构,其施工阶段结构抗风性能比成桥状态有所降低。采用数值模拟方法系统研究了大跨度斜拉桥单、双悬臂两大施工过程结构抗风性能的变化规律,包括结构动力特性及风致抖振响应。结果表明,随着单悬臂长度的增长,侧弯、扭转基频不断下降,侧弯基频降速较快,竖弯基频则在250m悬臂长度内呈现一个上升区段;随着双悬臂长度的增加,侧弯基频下降最快,竖弯和扭转基频下降速度呈现先变快后减慢的规律。当单悬臂长度在300m悬臂范围内,悬臂端部竖向抖振响应随悬臂长度基本呈线性增长;侧向抖振位移在200m悬臂长度范围内基本呈线性增长,超过200m之后,增速明显加快。当双悬臂长度在200m范围以内,抖振位移基本呈线性缓慢增长,当超过200m后,竖向抖振位移急剧增长,侧向位移增长速度亦加快,此时需充分考虑结构抖振响应对施工安全的影响。单悬臂端部抖振响应由主梁一阶模态起主要贡献,二阶模态亦有重要参与;双悬臂则以二阶振型,即对称振型起主要贡献。     

斜拉桥拉索风雨振控制的智能阻尼技术

洞庭湖大桥自建成通车以来已发生多次严重风雨振，必须采取有效的振动控制措施。本文应用磁流变阻尼器对该桥风雨振控制进行了仿真和现场试验研究，得到了拉索－阻尼器系统模态阻尼比随阻尼器输入电压的变化关系，显示磁流变阻尼器能提供足够的可变阻尼对拉索进行智能控制，在实际风雨振时的现场观测结果显示磁流变阻尼器对风雨振具有很好的减振效果，实测的加速度响应表明安装阻尼器拉索的加速度响应仅为未加阻尼器拉索的1／20－30。洞庭湖大桥已计划全桥安装磁流变阻尼器，它将是世界上首座应用该阻尼器进行风雨振阻尼控制的桥梁。     

杭州湾南航道独塔斜拉桥抗风性能试验研究

杭州湾大桥为目前世界最长的跨海公路大桥,主桥包括南航道和北航道两座大跨度桥梁,抗风稳定性是控制主桥设计和施工的主要因素。采用单梁法力学计算模型对杭州湾南航道独塔斜拉桥成桥状态及施工状态进行动力特性分析,并通过节段模型风洞试验方法进行了测振试验和静三分力试验,即可测定颤振临界风速、气动导数、涡激振动响应、抖振响应和静力三分力系数,据此分析评估该桥的抗风性能。风洞试验结果表明:该桥具有较好的抗风稳定性。     

桥梁风工程研究的若干新进展

介绍我们近年来结合桥梁抗风实际需要的4项研究成果。(1)桥梁节段模型强迫振动风洞实验方法与相应的颤振导数时域识别法与频域识别法,用同一批实验数据作了两种方法的对比研究。频域法自身包含有滤波过程,因而抗干扰能力强,识别的颤振导数曲线平顺光滑;时域法的定解方程对信号相位差较敏感,易受杂波干扰导致结果漂移或波动。(2)以佛山平胜大桥为工程背景,研究了上下行车道主梁相互独立并行带来的双幅桥面的气动干扰及串列双主缆的气动干扰问题。(3)拉索风雨振现场观测与振动控制研究。在岳阳洞庭湖大桥建立了风雨振观测系统,并连续四年进行了长时间现场观测,在风速、风向、雨量等参数对风雨振的影响规律与拉索风雨振振动形态方面有新的发现。开发了一套磁流变式拉索减振新技术,并已于2002年在岳阳洞庭湖大桥全桥实施,三年来显示了良好的减振效果。(4)针对城市桥梁磁流变减振系统的低压供电线路最易受到人为的破坏的问题,设计开发了一种永磁调节装配式磁流变阻尼器(PMAA-MR),并将其成功应用于长沙洪山大桥的拉索减振。     

基于小波变换的苏通大桥非平稳抖振响应演变谱实测研究

台风风速具有较为明显的非平稳特征,使得非平稳风荷载作用下大跨斜拉桥的动力响应也势必表现出非平稳特性。为考察台风作用下大跨桥梁抖振响应的非平稳性,该文以苏通大桥为研究背景,采用基于小波变换的非平稳时间序列演变功率谱密度估计方法分析了该桥在“海葵”和“达维”台风期间的非平稳抖振响应。研究表明,苏通大桥主梁振动能量主要集中在若干特定频段内;由于台风风速存在非平稳性,主梁抖振响应也表现出一定程度的非平稳特征;基于小波变换的演变谱估计方法适用于开展实测结构响应的演变特性分析,可较好地弥补传统傅里叶方法用于非平稳分析的不足。研究结论可用于验证大跨度斜拉桥非平稳抖振分析理论的可靠性,同时可为大跨度斜拉桥的抗风设计提供参考。     

基于经验线性涡激力的桥梁涡激振动TMD控制

涡激振动是大跨度桥梁在低风速下容易发生的一种风致振动,是大跨度桥梁抗风设计中的重要环节。为了有效抑制桥梁的涡激振动,研究了TMD对桥梁涡激振动的控制。建立了桥梁与TMD组成的振动系统的运动方程,在复频率里对运动方程进行求解,推导了振动系统的频率响应函数,给出了TMD参数优化设计的方法。以一大跨度悬索桥为实例,对该悬索桥进行了1∶20的大节段模型涡激振动风洞试验,获取了桥梁的涡激振动气动参数,分析了TMD对桥梁涡激振动的控制。TMD参数优化结果表明：质量比越大,控制率越高,但工程中应综合经济性等因素考虑合适的质量比;TMD质量比一定时,TMD与桥梁的频率比趋近于1附近,相位差趋近于π/2附近,控制率较高;当桥梁主梁高度对TMD行程有限制时,涡振控制效果将受到影响,利用TMD进行桥梁涡激振动控制需结合TMD的行程来综合考虑参数的优化取值;就本桥而言,当按质量比为1%设计TMD最优参数时,在整个涡振区风速范围内,桥梁的涡激振动都得到了有效的抑制。     

大跨度桥梁抗风技术挑战与基础研究

以我国30年大跨度桥梁的快速发展为研究背景,对3种大跨度桥梁的抗风技术挑战进行了基础性研究和应用性研究,着重探讨了悬索桥的颤振性能及其控制、斜拉桥风振性能与拉索风雨振控制、拱式桥涡激共振及其控制、特大桥梁风振精细化理论等一系列抗风关键问题。研究结果表明:悬索桥的颤振稳定性跨径上限约为1 500 m,超过甚至接近这一上限时,必须采取措施改善加劲梁的抗风稳定性;千米级大跨度斜拉桥仍具有足够高的颤振临界风速,其主要抗风问题是长拉索的风雨振动;大跨径拱桥除了个别有涡振问题之外,还没有受到结构抗风性能的影响。文章还提出了三维桥梁颤振精确分析的全模态方法、任意斜风作用下桥梁抖振频域分析方法、基于二阶矩理论和首次超越理论的桥梁颤振和抖振可靠性评价方法,揭示了桥梁颤振演化规律、驱动机理和控制原理。     

山区峡谷大跨钢桁梁桥抗风特性试验研究

山区气象条件非常复杂,对跨越山区峡谷的大跨桥梁将产生非常不利的影响,山区大跨桥梁的抗风问题已成为山区大跨桥梁设计中的重要考虑因素。针对桥梁抗风特性,首先介绍了山区峡谷桥梁设计风参数的选取方法和结果,其次介绍了两座钢桁梁桥节段模型风洞试验的过程和结果,然后针对主梁出现的风致振动进行了一系列详细的优化试验,最后对优化试验的各种方案进行对比分析,选择出抗风特性最优的抑振措施,满足了桥梁抗风设计的要求,为以后类似桥梁的设计提供参考和依据。     

斜拉索涡激振动气动控制措施试验研究

针对大跨度斜拉桥拉索在常遇风速下的涡激振动问题,以苏通长江公路大桥为研究对象,首先对斜拉索风致振动响应实测数据进行分析,然后分别针对表面凹坑和表面光滑缠绕小直径螺旋线拉索进行了节段模型风洞试验,研究了不同阻尼比、不同螺旋线参数对拉索涡振的控制效果,最后对推荐采用的螺旋线措施进行了表面凹坑拉索模型测力试验.结果表明:在低...     

大跨索承桥梁流线型钢箱梁抖振响应流固耦合数值模拟EI北大核心CSCD

大跨索承桥梁抖振性能评估是桥梁抗风安全设计的重要环节。但当前抖振分析理论在揭示抖振基本物理成因时的“描述性”强于“解释性”,且风洞试验难以重现抖振过程中的流固耦合细节。对此,以苏通大桥标准主梁节段为研究对象,在Fluent软件中开展了模型抖振响应数值模拟,并将抖振响应数值解与理论解进行对比。结果表明,对高湍流度风场而言,模型风振以湍流引起的强迫振动为主,考虑流固耦合效应的抖振响应理论解与数值解的RMS较为接近,模型上、下方涡核发展交替进行,特征湍流对模型抖振响应的影响较小。     

斜拉索磁流变液阻尼器半主动振动控制系统的设计与应用

桥梁斜拉索是一种小阻尼、大柔度结构,在各种环境荷载作用下极易发生剧烈振动,因此迫切需要采取一定的措施来提高斜拉索的耐久性和安全性.本文针对山东滨州黄河公路大桥的减振需要,研究了怂基于磁流变液阻尼器的半主动振动控制系统的设计、材料与器件的性能实验以及现场振动控制实验.     

紊流空间相关系数对大跨度三塔悬索桥抖振响应的影响

鉴于紊流空间相关系数尚难以准确获取的现状,以泰州长江公路大桥为研究对象,采用谐波合成法模拟了该桥的三维脉动风场,并基于ANSYS平台进行了该桥非线性抖振响应时域分析。在研究过程中,以Davenport相干函数中的无量纲衰减因子λ为控制参数,重点分析了紊流空间相关系数对大跨度三塔悬索桥风致抖振响应的影响。研究结果表明,紊流空间相关系数对桥梁抖振响应影响较大,主梁跨中侧向与扭转位移响应随着衰减因子的增大而减小,竖向抖振位移响应随着衰减因子的增大而略有增加,且不同的衰减因子λ所造成的抖振响应计算值的差值可达50%以上。结论可供大跨度三塔悬索桥的风致抖振研究参考。     

斜拉索的风振与减振

斜拉索是效率极高的全张力柔性构件，在现代大跨结构中得到广泛的应用。其风致振动和减振问题一直是该领域研究的关键问题之一。本文阐述了斜拉索各种风振形式的振动机理和实际工程中常用的减振方法以及国内外该领域目前的研究状况。最后对斜拉索风振与减振研究的发展趋势进行了展望，指出了辅助索减振法、MTMD减振法、智能拉索、振动优化控制理论将是未来该领域研究重点，有着明显的应用前景。     

基于压重块型TMD的大跨度斜拉桥减震控制

调谐质量阻尼器(TMD)能对大跨度桥梁振动进行有效控制,但安装TMD所带来的附加荷载将显著增加主梁的静载挠度,极大地抑制了TMD桥梁减振中的广泛应用。为此,提出了一种基于压重块型TMD的大跨度斜拉桥减震控制方法,该法针对大跨度斜拉桥的结构特点,将边跨的压重块设计并改装成压重块型TMD,以控制主梁的竖向振动。以边跨配置了压重块、主跨为1088m的苏通大桥参照,分别设计了有辅助墩和无辅助墩的两种大跨度斜拉桥,并对比分析了采用压重块型TMD前后大桥关键截面的地震响应。研究结果表明:在大跨桥梁无辅助墩时,压重块型TMD能在保持传统压重块功能的同时,显著降低结构的振动响应,减震率最高可达21%;而在设辅助墩时,压重块型TMD的减震率相对较低,最大值不足10%。     

磁流变阻尼器对斜拉索振动控制研究

大跨度斜拉桥拉索的风雨振现象越来越引起人们的重视,应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制是一种新的探索。本文采用模态坐标表示的拉索运动方程和Bingham模型,对磁流变阻尼器-拉索系统的阻尼特性进行了全面仿真模拟,得到了阻尼器安装位置、外部激励大小及阻尼器输入电压等参数对系统前三阶模态阻尼比的影响规律,介绍了在洞庭湖大桥应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制的试验研究情况,试验与仿真结果具有很好的一致性,表明仿真计算模型和方法是正确的和可行的。对磁流变阻尼器减振效果的仿真计算表明,该阻尼器具有很好的减振性能。在实际风雨振发生时实测的加速度响应进一步印证了仿真结果,表明应用磁流变阻尼器能很好地抑制拉索风雨振现象,磁流变阻尼器将是抑制拉索风雨振一种非常有效的手段。这些对于应用磁流变阻尼器进行拉索振动控制具有重要的指导意义。     

永磁调节式MR阻尼器试验研究及工程应用

设计制作了永磁调节式MR阻尼器，在专用加载试验台上对该阻尼器的力学性能进行了试验研究，分析了影响阻尼力的各种因素，对永磁式MR阻尼器和油阻尼器、橡胶阻尼器进行了拉索减振的现场对比试验研究。结果表明，所设计制作的永磁式MR阻尼器阻尼力可调范围大，比油阻尼器具有更好的温度稳定性和更大的耗能减振能力，能保证每根拉索取得最优的减振效果。该阻尼器巳成功应用于长沙洪山大桥，解决了该桥严重的风致振动问题。     

基于气动新模型的大跨度桥梁频域抖振分析

提出采用准定常气动刚度与基于试验的非定常气动阻尼进行气动修正的大跨度桥梁抖振计算新模型.桥梁节段模型风洞试验表明,气动新模型能相对更准确地描述桥梁结构的气动刚度与气动阻尼特性.以东海大桥的风致抖振响应为例,对气动新模型与传统Scanlan颤抖振模型的分析结果进行了对比研究.计算结果与风洞试验表明,气动新模型具有良好的计算精度与明确的物理意义.     

高耸烟囱风致振动的TPIMS减振数值分析EI北大核心CSCD

以某高耸烟囱为工程背景,提出了一种预测三维烟囱涡振响应的新方法。通过该方法可有效避免复杂的公式推导与数值计算;经连续随机离散流技术(consistent discrete random inflow generation,CDRFG)模拟紊流风场,建立两种减振系统的有限元模型,计算对比惯容减振系统(tuned parallel inerter mass system,TPIMS)与调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)的风致振动减振效率。结果表明:新的预测方法能较准确地预测三维烟囱的涡振响应;基于相同质量比,惯容减振系统相比TMD有更高的减振效率,但其存在质点行程过大的问题,需要在具体工程设计中加以关注。