基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测

传统大跨度桥梁抖振响应计算是基于颤抖振理论,并借助节段模型测压或测力试验进行,目前鲜有通过节段模型测振试验实现桥梁抖振响应预测的报道。基于抖振分析理论推导了考虑三维效应的两波数抖振力,并根据综合传递函数的概念提出了基于节段模型测振试验的大跨度桥梁抖振响应预测方法。以某流线型箱梁悬索桥为例,通过节段模型及全桥气弹模型试验研究了该预测方法的精度及可行性。结果表明:结构展宽比对综合传递函数识别精度存在影响,展宽比越大,识别精度越高。即使在湍流积分尺度并未远大于结构宽度的前提下,增大模型展宽比可有效减弱三维效应的影响。基于节段模型测振试验识别综合传递函数的方法可用于大跨度桥梁抖振响应的预测,该方法预测结果偏于保守。     

紊流积分尺度对桥梁抖振响应作用效应分析

紊流积分尺度的大小决定了脉动风对结构的影响范围,在结构风振响应分析中具有不可忽略的意义。通常在被动发生紊流风洞试验中,来流积分尺度难于有效模拟,紊流积分尺度对于结构风振响应作用效应缺少合理评价。针对我国已建成的几座大跨度桥梁,利用桥梁二维抖振频域分析方法,结合主梁节段模型风洞试验气动力参数识别结果,对不同紊流积分尺度下的桥梁抖振响应进行对比分析,研究了不同紊流积分尺度脉动风作用下,桥梁结构基频对应风谱能量和抖振响应的差别。分析表明,通常情况下,小比例模型(缩尺比1:400-1:600)紊流积分尺度能够较好的满足相似比要求,往往使得风洞试验的抖振计算结果更接近真实值。大比例模型(缩尺比1:20-1:40)的紊流积分尺度相似性严重偏离,需要对风洞试验结果进行修正。     

时域抖振分析的风场模拟方法探索

时域抖振分析方法解决了频域抖分析方法有能解决的非线性分析问题。那么,时域抖振分析方法的关键是确定行之有效的风场模拟方法。本文提供一种新的更方便、更有效的风场模拟方法,并根据北京某地短期的实际风速时程记录资料,在一定的概率下,模拟出该地区１００年一遇的极值风速时程。     

多重双频率调谐质量阻尼器制振性能及对桥梁抖振的控制

DTMD是一种新型的具有双频率的调谐质量阻尼器,与普通TMD相比,可以同时实现对主梁竖向和扭转振动的控制,具有较高的控制效率,但DTMD与TMD相似,控制效率对参数失调较敏感。基于Scanlan多模态耦合抖振理论,提出桥梁多模态耦合抖振多重DTMD控制理论,列式中考虑了多模态参与作用和模态间气动耦合效应,并编制了多重DTMD抖振控制和参数分析程序。最后以一座斜拉桥为算例,研究了多重DTMD的制振性能,讨论了多重DTMD频率带宽、DTMD个数和阻尼比等参数对控制效率的影响,并对多重DTMD的设计提出建议。     

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.     

桥梁抖振时域和频域分析的一致性研究

为考查时域分析方法用于桥梁抖振分析的可行性和可靠性,基于相同的分析参数,分别采用时域和频域分析方法对一斜拉桥的抖振响应进行分析,并从结构振动型态、抖振响应均方根及抖振响应功率谱密度函数三个方面对时域和频域分析结果的一致性进行了较详细的比较。时域抖振响应分析中,采用谱解法模拟了斜拉桥的脉动风场,抖振力采用准定常表达形式,自激力采用Y.K. Lin 表达形式。由于自激力的存在,结构的运动方程为非线性,提出了一种迭代方法来考虑自激力引起的非线性。采用Newmark-β方法进行积分计算。频域抖振分析采用多模态耦合分析方法。时域及频域抖振响应分析结果的一致性较好,这表明了大跨度斜拉桥时域抖振响应分析的可行性和可靠性。     

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.     

响应谱MC模拟的桥梁抖振首次超越研究

在桥梁耦合抖振谱分析的基础上,采用谐波合成技术,依据Monte Carlo思想大量模拟位移谱时程,由此便可以方便、快捷地计算桥梁抖振响应首次超越失效概率,克服传统Monte Carlo方法时域内再现桥梁抖振首次超越小失效概率事件效率偏低的问题。采用江阴长江大桥和上海杨浦大桥作为算例,比较了抖振首次超越响应谱Monte Carlo模拟结果与目前广泛使用的基于Poisson、Poisson包络、Markov过程三种假定的近似解析算法结果差异,表明由于考虑大气紊流环境下桥梁抖振背景分量,在较高阈值情况下,近似解析算法不再适用,而本文方法具有更高的精度。     

一次强风作用下大跨度桥梁主梁非平稳抖振可靠性分析

抖振可靠性评估对保障大型桥梁结构在强风作用下的安全性具有十分重要的意义。在已有研究基础上,基于非平稳风场模型和精细化的抖振时域分析方法,并考虑抖振响应的非平稳性和非高斯特征,构建了大跨度桥梁主梁非平稳抖振可靠性分析的方法流程。非平稳脉动风速的模拟基于进化谱理论采用谐波合成法并引入均匀调制函数来实现。静风力荷载采用规范公式求解,非平稳抖振力采用准定常气动理论并引入气动导纳公式来修正其误差进行模拟,气动自激力通过引入单元气动刚度矩阵与气动阻尼矩阵实现。对于精细化有限元分析得到的抖振响应,采用Winterstein修正模型对其进行高斯转换,并考虑响应方差的时变特性,采用基于Poisson假定的首次超越概率来求解非平稳抖振动力可靠性。应用所提出的方法流程对某大跨度斜拉桥在一次强风作用下的抖振可靠性进行了分析评估,证明了其有效性。     

高层建筑TMD风振控制分析的复模态法

本文对带TMD的高层建筑风振响应问题进行了系统研究。首先建立了运动方程，然后用第一振型将主体结构展开，针对所得方程为非经典阻尼和非对称结构以及脉动风谱为非有理分式风谱的情况，用线性滤波过程生成脉动风谱，用复模态理论和扩阶法进行解耦，获得了等效风谱对应的以第一振型表示的结构风振响应的解析解。本文方法可用于带TMD结构的风振与抗风可靠度分析以及基于可靠度约束的抗风优化设计。     

斜风作用下大跨度斜拉桥双悬臂状态抖振性能

通过气弹模型风洞试验对斜风作用下湛江海湾大桥施工阶段最长双悬臂状态的抖振性能进行了研究,结果显示:对于大跨度斜拉桥梁抖振响应法向风不一定是最不利的情况;抖振响应随风偏角呈非单调变化,最大值可能在0°~15°风偏角范围内发生;抖振响应随风速的增加近似地按两次曲线增加,并且基本固有模态对抖振响应的贡献占到了主要成份;最长双悬臂状态塔顶纵向抖振响应显著地大于裸塔塔顶纵向抖振响应,而两者随风偏角的变化形态也互不相同.试验和分析结果的比较表明,只要解决好诸如气动导纳等气动参数的取值问题,可以对大跨度桥梁抖振响应作出合理的理论预测.     

Microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响

研究了microtab对翼型跨音速抖振始发特性的影响。采用SST湍流模型对RANS方程进行封闭,以NACA0012翼型为对象,用CFD方法计算了在其后缘附近安装microtab后,翼型的跨音速流场。对比分析了在翼型后缘附近的上表面、下表面单独安装和上下表面对称安装microtab后,对翼型跨音速抖振始发特性的影响,并研究了microtab的高度和弦向安装位置对跨音速抖振边界的控制作用。结果表明：在翼型后缘附近的上表面加装microtab能够提高抖振始发攻角,并且随着microtab高度的增加,抖振始发攻角有增大的趋势。在翼型后缘附近的下表面加装microtab能够提高抖振始发时的升力系数,且抖振始发时的升力系数随着microtab高度的增加而增大。microtab的弦向安装位置的变化对于抖振始发攻角影响较小,但是对抖振始发时的升力系数有明显的影响。         

考虑局部拉索振动的斜拉桥抖振响应分析

桥梁结构的抖振响应受抖振力和结构动态特性的影响。在有限元分析中,建立结构动态特性矩阵时将斜拉索处理成直杆单元而忽略拉索局部振动的影响。在考虑拉索锚固点随结构运动的情况下,推导出斜拉索局部振动引起的拉索动张力公式。分析认为,虽然斜拉索的局部振动对结构整体抖振响应的影响不甚显著,但结构整体运动对斜拉索的局部振动有显著影响。     

索膜结构的抖振动力特性研究

研究了索膜结构在脉动风作用下的动力特性.采用Wilson-θ(逐步积分法和Newton-Raphson迭代法推导了索膜结构在抖振力作用下的非线性动力增量平衡方程,求得结构的时程响应曲线.通过实例分析,探讨了结构参数变化对自振频率的影响;研究抖振力作用下索膜结构响应的频谱特性,从而得出索膜结构的抖振响应特性.     

轿车制动引起方向盘抖振分析与控制技术研究

随着我国汽车工业突飞猛进的发展,在2009年的产量就突破了千万量。汽车不断的走进千家万户,成为人们代步的工具。这当然会使得人们对汽车的舒适性能提出更高的要求。而汽车舒适性的主要影响因素是振动和噪声等问题。长期以来许多汽车生产厂商致力研究振动噪声问题。轿车制动时导致汽车方向盘抖动会严重影响驾驶员的舒适性,也使得驾驶员会更加容易疲劳,所以研究轿车制动引起方向盘抖振分析与控制技术很有必要。     

矩形断面抖振阻力空间分布特性试验研究

为研究竖向紊流积分尺度对于流线型箱梁抖振升力空间分布特性的影响,开展了刚性节段模型测压试验。该文选用竖向紊流积分尺度相差较大的三类流场,用于研究无量纲尺度L_w/B(竖向紊流积分尺度与桥梁宽度之比)对抖振升力空间分布特性的影响规律,提出考虑紊流三维效应影响的流线型箱梁断面三维抖振升力广义模型。结果表明：L_w/B为影响流线型箱梁断面抖振升力空间分布特性的关键控制参数,桥梁紊流三维效应随着L_w/B的降低而显著提高。同时,因风嘴、斜腹板等气动措施显著降低了流线型箱梁断面迎风侧气流的流动分离,使得不同竖向紊流积分尺度下其抖振升力二维气动导纳基本保持不变,表明由竖向紊流积分尺度对该型桥梁抖振升力荷载的高频畸变影响可以忽略,可为流线型箱梁断面结构气动外形优化提供参考。

     

飞机垂尾抖振极限载荷预测方法

为满足先进战斗机高速、大机动飞行性能的要求,在飞机设计的强度估算与校核中必须考虑抖振载荷的影响,以保证飞机结构在全包线飞行状态中具有足够的强度。按照飞机飞行状态进行抖振飞行子状态划分建立起抖振载荷数据库的数据存储关系,提出根据有限测点处测试的抖振响应重构飞机垂尾结构抖振载荷的方法,并基于所选抖振飞行子状态载荷概率分布模型预测出抖振极限载荷。最后以某飞机垂尾上某节点的抖振极限载荷预测为例,演示用本文方法预测飞机垂尾抖振极限载荷流程。     

薄膜结构随机风场模拟和耦合风振响应分析

发展了一种以脉动风速曲线的人工模拟为基础的非线性随机振动的时域分析方法。应用自回归滑动平均(ARMA)模型对大跨度薄膜结构随机风场进行了数值仿真;采用Wilson-θ逐步积分法和Newton-Raphson迭代法推导了薄膜结构在抖振力作用下的非线性动力增量平衡方程,可考虑风与结构物的耦合作用,进一步求出结构的时程响应曲线和统计特性;对参数变化对结构抖振响应的影响进行了分析,从而分析索膜结构的抖振响应特性。     

三塔斜拉桥抖振的耦合行为研究

三塔斜拉桥较为柔性,振动模态较为密集,对风更为敏感.以京沪高速铁路南京长江大桥为工程背景,基于多模态耦合振动分析理论,对三塔斜拉桥抖振的耦合性能进行了研究.分别采用多模态耦合抖振分析方法和非耦合的单模态SRSS(Square Root of Sum of Squares)方法对结构在设计风速下的抖振响应进行了分析,将两种分析方法所得抖振响应的均方根及功率谱密度函数进行比较.为明确模态间的耦合关系,进一步分析了结构抖振响应随参与分析模态数的变化情况.分析结果表明:三塔斜拉桥抖振响应存在明显的多模态耦合效应,模态间的耦合作用将增大结构的抖振响应.对于大跨度桥梁的精细化分析,抖振的耦合行为不容忽视.     

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。