大跨度桥梁结构耦合抖振响应频域分析

基于结构的固有模态坐标 ,提出了用于大跨度桥梁耦合抖振响应分析的有限元CQC(thecompletequadraticcombination)方法。在合理假设基础上 ,推导了桥梁结构的节点等效气动抖振力公式。应用随机振动理论 ,提出了桥梁结构节点位移和单元内力功率谱密度和方差的计算方法。该方法采用了含 18个颤振导数的气动自激力模型 ,可以考虑自然风的任意风谱和空间相关性以及桥梁抖振响应的多模态和模态耦合效应 ,且计算效率很高。此外 ,对主跨跨度 13 85m的江阴长江大桥的耦合抖振问题进行了分析 ,得出了一些结论。分析结果表明 ,在大跨度悬索桥中 ,多模态效应和模态耦合效应对主梁的竖向和扭转位移抖振响应有显著的影响     

大跨桥梁气动耦合抖振响应分析的实用方法

基于单模态响应的SRSS方法因其计算简便 ,是当前工程界分析大跨桥梁抖振的常用方法。但随着跨度增大 ,气动耦合效应对桥梁抖振响应的影响越来越强 ,SRSS方法计算所得的抖振响应将出现较大的误差。而目前国内外提出的考虑气动耦合效应的多模态抖振响应分析方法虽然精度比SRSS方法高得多 ,但计算过程过于复杂 ,难以被工程界接受。本文基于经典的Scanlan抖振分析方法 ,在合理简化的基础上 ,导出了多模态气动耦合抖振响应的近似闭合解 ;定义了描述模态之间耦合程度的模态耦合系数和提出了大跨桥梁气动耦合抖振响应分析的实用方法———修正的SRSS方法。最后以日本明石海峡大桥为例 ,说明了本方法的精度和实用性。     

大跨度桥梁多目标等效静力风荷载基向量法

由于结构抖振响应计算复杂,目前主流风荷载设计规范均采用等效静力风荷载做等代替换。文中以桥梁结构为研究对象,对抖振响应的多目标等效静力风荷载计算方法进行研究。首先,采用经典的荷载-响应相关（LRC）法获得大跨度桥梁主梁各节点处的等效静力风荷载向量,并组成荷载矩阵;其次,采用本征正交分解（POD）技术获得的本征模态矩阵;然后,以主梁的抖振响应极值为等效目标,选取的前i阶本征模态作为构建等效静力风荷载的基向量,获得最小二乘意义的多目标等效静力风荷载;最后,以东海大桥为例对该方法的有效性进行验证。结果表明,由于同时包含了脉动风荷载和抖振响应的主要信息,同时是依据重要程度排序,按照文中方法获得的多目标等效静力风荷载在抖振响应计算精度和荷载分布的合理性方面均表现良好。     

大跨径桥梁非平稳抖振响应过程数值模拟方法研究

大跨度桥梁的抖振频率与跨度场景的风场变量因素有关。为了更加准确地获得大跨度桥梁抖振特征,需要对其抖振响应过程进行分析。但是,由于桥梁所处场景的风场环境不同,想要采集多组桥梁的抖振响应数据十分困难。结合桥梁抖振响应的非平稳性,结合多种风场场景模拟结果分析桥梁抖振响应过程,因此提出大跨径桥梁非平稳抖振响应过程数值模拟方法。首先对大跨度桥梁风场数据进行分析计算,获得风场特征函数量,在风场变量模拟场景下,对大跨度桥梁非平稳抖振响应过程相关量进行计算,实现对大跨度桥梁非平稳抖振响应过程数值的全场景模拟。通过选取实体桥梁数据来对提出方法的准确性进行论证,通过数据拟态还原方法分别对桥梁的风场模拟数据、跨度位移数据以及抖振数据三方面进行数据对比分析,通过与实际数据进行对比,得出提出方法具有准确性、可行性的实验结论。     

大跨高墩连续刚构桥抖振响应分析

为给大跨高墩连续刚构桥安全施工提供有效依据,以桥梁抗风理论为基础,利用Matlab编制风速时程模拟程序,模拟了桥梁风速时程,计算了施工阶段最大双悬臂状态下的桥梁抖振响应,提出了对应施工建议。该分析方法和结果为类似桥梁的抗风稳定性及安全施工研究提供了依据。     

钢-混叠合梁非对称独塔斜拉桥风致响应性能研究

为了研究钢-混叠合梁非对称独塔斜拉桥的抗风性能,文章以某主跨200 m的斜拉桥为背景,通过节段模型风洞试验测试了断面在成桥态和施工态下的颤振临界风速和颤振导数,采用三维颤振分析方法计算了断面的颤振临界风速,最后采用CQC抖振分析方法计算了该桥的抖振位移响应。结果表明:三维颤振分析与风洞试验得出的颤振临界风速均远大于颤振检验风速,表明桥梁具有良好的颤振稳定性;断面在成桥态和施工态下的抖振响应很小,且最大抖振位移对应的峰值加速度满足舒适度要求。     

大跨度斜拉扣挂悬臂浇筑混凝土拱桥施工期抖振响应分析

为研究大跨度拱桥施工状态的风致抖振响应,以某主跨240 m的斜拉扣挂悬臂浇筑拱桥为工程背景,采用时域分析方法对施工最大悬臂状态进行了数值计算.首先对拱桥施工期的结构动力特性进行了分析,然后采用谐波合成方法模拟桥梁各空间点的纵向和竖向脉动风速样本,在此基础上得到了不同风速工况下的抖振响应.研究结果可为该桥施工期受风安全性...     

基于规范及实测风谱的苏通大桥抖振响应对比研究

复核结构设计是桥梁结构健康监测系统的主要功能之一。以世界第一大跨斜拉桥——苏通大桥为工程背景,采用实测风谱对大桥设计阶段基于规范谱所进行的抖振分析进行验证。首先采用非线性最小二乘法对桥址区实测强风紊流功率谱密度函数进行拟合,获得实测谱曲线,并分别以该实测拟合谱和规范谱为目标谱分别模拟桥址区三维脉动风场。然后采用上述两种风场,基于ANSYS对苏通大桥进行非线性时域抖振响应分析。两种分析结果的对比表明:与实测谱相比,基于规范谱所得的主梁抖振响应情况不一,但主塔抖振响应均偏于保守;两种抖振响应的PSD曲线整体趋势基本一致。分析结果可为该桥的风致抖振性能评价提供研究信息,同时对其他类型结构的抗风设计具有重要的参考价值。     

贵阳小关桥双肢薄壁墩抖振响应试验与影响因素分析

在原有抖振时域分析方法的基础上,提出一种考虑复气动导纳函数的修正和抖振力的空间相关性的抖振时域分析方法。为对现有抖振时域分析方法的验证,以贵阳小关桥为例,对其最大悬臂状态进行全桥气弹模型风洞试验,试验中不仅对抖振位移进行测量,还通过在墩底布设动态应变片完成墩底内力的实测。气动导纳函数分别取1、Sears函数和实测的桥梁断面复气动导纳函数,采用抖振力谱法得到考虑气动导纳修正的抖振力。另外对风洞中模型抖振力的空间相关性进行测量,分析气动导纳函数和抖振力空间相关性对结构抖振响应的影响,并与风洞气弹模型试验结果进行了对比分析。分析结果表明:计算分析结果与试验结果基本一致;采用结构实际气动导纳函数的抖振响应与试验更接近;采用抖振力空间相关性计算得到的抖振响应要比采用脉动风速空间相关性的计算结果偏高。     

分布式TMD对斜拉桥抖振减振的参数优化及分析

为有效实现对斜拉桥多阶模态参与的抖振响应减振,研究基于H2性能的梯度优化法,实现在空间多点布置且对多阶模态频率调谐的分布式TMD(tuned mass damper)参数的同步和整体优化。建立能表达为闭环静力反馈控制的风荷载作用下斜拉桥与分布式TMD的系统模型;以H2范数为性能目标函数推导其对TMD参数的梯度矩阵,采用修正的BFGS算法求解分布式TMD参数的非凸优化问题。以南京长江三桥某施工阶段的结构非密频和密频两种状态,实现分布式TMD对斜拉桥抖振响应减振的参数优化和动力仿真,并与经典的单TMD设计方法对比,结果显示对分布式TMD参数优化方法的有效性,特别是在结构密频状态时体现了更高的减振效率。     

大跨度桥梁的等效脉动风速模拟

鉴于脉动风速时程模拟是计算大跨桥梁结构在脉动风作用下响应的前提,采用Deodatis’谐波合成法,通过模拟桥面处水平和竖向的等效风速时程曲线,为进一步计算桥梁的抖振响应提供了方便,并验证了该方法的有效性。     

Fatigue life estimation of steel girder of Yangpu cable-stayed Bridge due to buffeting

As the main span of modern cable-stayed bridges becomes longer and longer, the buffeting-induced fatigue damage problem of steel girders located in strong wind regions may have to be taken into consideration in the design of the bridge. This paper presents a method in the mixed frequency–time domain for estimating the fatigue life of steel girders of the Yangpu cable-stayed Bridge due to buffeting. In the suggested method, the joint probability density function of wind speed and wind direction at the deck level of the bridge is first established. The power spectra of the critical stress of the girder are then derived from the power spectra of the generalized coordinates of the bridge for different wind speeds and wind directions. The derived stress spectra are no longer a narrow spectrum when the background component of stress response is included. Thus, the time histories of the critical stress are simulated from their power spectra and the stress cycle distributions are estimated in terms of rainflow count method. The formulae derived based on the modified Miner law and the random vibration theory are finally used for estimating the fatigue life of the bridge girder. The results show that the effects of wind direction on the fatigue life of the Yangpu Bridge are significant. The predicted fatigue life due to buffeting is much longer than the design life of the bridge.     

长跨柔性悬索桥风致抖振响应分析

以某主跨500 m的大跨度悬索桥为工程背景,对长跨柔性悬索桥在脉动风荷载作用下的抖振响应进行了分析和计算,得到了一些有借鉴性的结论。模态分析表明,大跨度悬索桥的自振频率较低,为典型的风敏感柔性结构。当同时考虑抖振力和自激力时,根据极值理论可以得到悬索桥主梁的抖振位移响应极值,结果表明,竖向、水平和扭转方向的最大抖振位移响应极值均发生在主跨跨中处,且数值较大,在结构设计中不容忽略。     

Control of wind-induced vibration of long-span bridges and tall buildings

With the rapid increase in scales of structures, research on controlling wind-induced vibration of large-scale structures, such as long-span bridges and super-tall buildings, has been an issue of great concern. For wind-induced vibration of large-scale structures, vibration frequencies and damping modes vary with wind speed. Passive, semiactive, and active control strategies are developed to improve the wind-resistance performance of the structures in this paper. The multiple tuned mass damper (MTMD) system is applied to control vertical bending buffeting response. A new semiactive lever-type tuned mass damper (TMD) with an adjustable frequency is proposed to control vertical bending buffeting and torsional buffeting and flutter in the whole velocity range of bridge decks. A control strategy named sinusoidal reference strategy is developed for adaptive control of wind-induced vibration of super-tall buildings. Multiple degrees of freedom general building aeroelastic model with a square cross-section is tested in a wind tunnel. The results demonstrate that the proposed strategies can reduce vibration effectively, and can adapt to wind-induced vibration control of large-scale structures in the uncertain dynamic circumstance.     

金马大桥抖振响应的时域分析

金马大桥是一座独塔斜拉桥与两侧T构相连接的大跨度协作体系桥梁,该桥结构形式新颖且桥位处于台风多发区,因此,对该桥进行抖振响应分析是非常必要的。首先利用谐波合成法将脉动风速模拟为多个互相关的随机过程,接着给出抖振力和自激力的时域表达式,据此对金马大桥进行了抖振响应分析。结果表明,尽管该协作体系斜拉桥采用抗扭能力较差的边主梁形式,但其抗风能力是有保证的。     

海口世纪大桥施工双悬臂阶段风致抖振反应的控制

海口世纪大桥是一座在建的主跨３４０ｍ的双塔双斜索面预应力混凝土斜拉桥。由于海口市是我国 主要的强风区，在施工设计风速下世纪桥施工阶段存在不安全的因素。为保证大桥的抗风安全，受建设单位委 托，设计单位完成了世纪桥施工双悬臂结构风致抖振反应控制的研究和设计，并经评审通过，建设单位决定采 用。本文在对世纪桥施工双悬臂结构抗风安全性进行评定的基础上，介绍了所完成的世纪桥施工双悬臂结构风 致抖振反应控制方案的原理和设计方法。并通过对设计方案控制效果的理论分析和风洞试验，验证了世纪桥施 工阶段风振控制设计的可行性和可靠性。     

地铁振动造成大跨度人行天桥抖振的机理分析

对某钢结构大跨度人行天桥在地铁振动作用下的受迫抖振做现场实桥测试,利用频谱分析和有限元分析方法,对天桥上部结构进行模态参数分析.根据工程振动理论得出,由地铁振动诱发的地基振动优势频率与天桥上部结构低阶自振频率相近,由此引发结构共振效应,基础振动相对运动传递率过高是造成天桥梁体抖振的主要原因.     

地铁振动造成大跨度人行天桥抖振的机理分析

对某钢结构大跨度人行天桥在地铁振动作用下的受迫抖振做现场实桥测试,利用频谱分析和有限元分析方法,对天桥上部结构进行模态参数分析。根据工程振动理论得出,由地铁振动诱发的地基振动优势频率与天桥上部结构低阶自振频率相近,由此引发结构共振效应,基础振动相对运动传递率过高是造成天桥梁体抖振的主要原因。