大跨石拱桥主拱结构动力特性测试与分析

利用脉动法对大跨石拱桥主拱结构进行了动力特性测试,获取了主拱结构的自振频率、振型及阻尼比的实测数据,又采用MIDAS/Civil有限元软件计算得到主拱结构的动力特性理论解,对比实测结果与理论结果的差异,表明桥梁的实际刚度大于设计刚度,且实测振动曲线与理论计算值基本相符,主拱结构整体刚度"完好",试验桥梁结构振动状态正常。     

大跨钢拱结构动力特性分析

本文以某高校钢拱结构体育馆为背景,基于动力有限元理论,采用SAP2000软件建立了结构有限元模型,对模型进行模态分析,得到该结构的动力特性。同时,通过改变结构模型相关参数(跨度,矢跨比,支座条件等)分析其对此结构动力特性的影响,为进一步深入研究此类钢拱结构的地震响应提供了基础性资料。     

2019北京世园会国际竹藤组织园大跨竹结构设计

2019北京世园会国际竹藤组织园主体结构由9榀两种跨径的桁架竹拱组成,其中大拱净跨32m,拱下净高7.55m,矢跨比约为1∶4.2,是当前中国单拱最大跨度的竹拱结构。该建筑结构将竹元素融入承载结构主体,介绍了该项目的结构设计理念、结构体系及结构选型设计。并采用ANSYS对主体结构进行有限元分析。计算结果表明,结构设计满足刚度及承载力要求,充分体现了桁架拱在本项目中的优越性和必要性。同时对竹拱现场挠度监测结果进行了介绍。监测结果表明,竹拱的变形呈两侧下沉中间上拱的规律,变形持续增长2个月时间后趋于稳定。最后对竹材挑选、防腐防虫处理和设计构造等耐久性措施进行详细阐述。本项目可为后续大跨圆竹结构的推广应用提供参考。     

基于初位移加载法和脉动法的单管通信塔模态测试与数值分析

为了获得实际单管通信塔的动力特性,基于初位移加载法和脉动法对一单管通信塔结构进行了现场动力特性测试,获得了其前三阶频率和一阶阻尼比。利用SAP2000软件建立了该结构有限元模型,获得了结构计算的自振频率。对比结构实测和数值计算可知:初位移加载法和脉动法测试单管塔的动力特性基本一致;结构实测与数值计算自振频率基本一致;实测阻尼比比规范规定的阻尼比小。     

新广州站索拱结构屋盖体系连续倒塌分析

以新广州站索拱结构屋盖体系为对象,对大跨度空间结构的连续倒塌分析方法进行了研究。利用基于概念判断的敏感性分析方法分析了单榀索拱结构的重要构件。对整体结构的重要构件及其几何位置分布、整体结构中空间作用的分布情况进行了讨论。采用变换荷载路径法（AP法）对该屋盖结构的抗连续倒塌性能进行了评估,并对比了AP法中线性动力计算和静力计算的结果。分析结果表明：静力计算结果偏于保守,而对于含有预应力拉索的结构体系,应考虑构件意外失效前整体结构的初始状态。新广州站屋盖结构体系具有较好的抗连续倒塌性能,该工程采用的新型空间索拱结构及巨型桁架是提高该结构体系抗连续倒塌能力的有效措施。索拱中采用的双索设置增加了正常使用情况下换索的可行性。图8表3参15     

混凝土圆拱结构强度安全与整体稳定关系研究

针对圆拱结构强度安全与整体稳定关系进行了深入研究,基于结构力学的弹性中心法,得到无铰圆拱结构在法向均布荷载下拱冠处和拱端处的应力计算式,并依据《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)给出强度安全系数;同时根据圆拱结构的经典屈曲理论和浅拱非线性屈曲理论,给出了圆拱结构最小临界屈曲荷载计算公式,由于结构整体屈曲失稳的突变性,参考国内外相关研究认为圆拱结构的屈曲稳定系数需满足Kcr≥1.5~3.0。根据圆拱结构强度安全与整体稳定的相对安全系数关系,结合MATLAB计算软件,分别对Kcr=1.5、3.0下,不同混凝土级别(C35、C50和C65)下圆拱结构强度安全与整体稳定临界情况下的圆拱结构半中心角α和厚径比T/R的查算关系曲线族,认为混凝土级别越高,越需要重视圆拱结构整体稳定的影响,为工程设计人员应用提供参考。     

厦门沿海某超高层建筑结构风致振动动力特性研究

现场实测是获得结构风致振动动力特性参数的一种较为可靠的手段和方法。通过对厦门沿海某超高层建筑在台风登陆时进行现场原型实测,得到了该建筑结构的第10层、18层、23层、28层、33层和36层的加速度响应时程数据和固有频率及振型等结构的动力特性。根据实测加速度数据,利用随机减量法提取结构两方向的前3阶固有频率对应的阻尼比,结果表明：由于实测时台风风速较大,导致结构风致响应较为显著,因此结构两个方向第1阶阻尼比值在7%左右,明显大于另外两阶阻尼比;两方向第1阶阻尼比与加速度呈非线性关系,阻尼比随加速度的增大而增大。采用ANSYS软件建立该超高层建筑的3D有限元分析模型并进行模态分析,提取该模型的前3阶固有频率和振型,与实测结果进行对比分析,结果较为吻合,由此说明所建立的3D有限元分析模型正确可靠。     

隔震结构动力特性脉动测试与分析

利用环境脉动作为激励振源,测试了一叠层橡胶支座隔震结构的脉动响应信号,并利用工程振动反演理论分析得到了该结构的固有频率、振型、阻尼比等动力特性。将其与理论计算结果进行了比较分析,可以认为,用脉动法获得的是隔震结构发生微小变形时的动力特性,为今后进行隔震结构的设计提供了参考。     

双塔柔性连体结构地震响应等效试验电路设计与实现

针对一非对称阻尼耗能双塔连体结构,建立了对应的动力分析模型和振动方程,推导出该结构体系的传递函数矩阵,并对所获得的传递函数进行基于动力特性相同原则的等效降阶处理,得到该结构体系在‘THBCC-1型信号与自动控制试验台’上进行试验分析的等效电路图。分别采用试验电路模拟和数值仿真两种方法对该连体结构进行天然地震荷载EL-Centro1940波作用下的地震响应研究,研究结果表明:等效模拟试验电路模型和原系统具有较好的相似性,两种分析方法所获得地震响应的结果非常的接近,说明了本文所提方法分析连体结构地震响应的有效性。     

高层连体结构地震响应的试验电路设计与仿真

针对一非对称双塔连体结构,建立了对应的动力分析模型、振动方程和状态空间表达式,推导出该结构体系的传递函数矩阵,并对所获得的传递函数进行基于动力特性相同原则的等效降阶处理,得到该结构体系在‘THBBC-1型信号与自动控制试验台’上进行试验分析的等效电路图;分别采用试验电路模拟和数值仿真两种方法对该连体结构进行天然地震载荷EL-Centro1940波作用下的地震响应研究。研究结果表明:等效模拟试验电路模型和原系统具有较好的相似性,两种分析方法所获得地震响应的结果非常接近,说明本文所提方法分析连体结构地震响应的有效性。     

下承式钢管混凝土系杆拱桥的冲击系数研究

以泰兴滨江大桥为例,根据下承式钢管混凝土系杆拱桥的结构特点,采用大型通用有限元软件ANSYS对该桥进行有限元离散。采用梁单元beam4模拟钢管混凝土拱肋（内部混凝土及外部钢管）、系杆及横梁等构件,用杆单元Iinks模拟吊杆,用壳单元she1163模拟桥面铺装层,用实体单元solid45模拟桥面系的预制空心板部分,建立了系杆拱桥的空间计算的有限元模型,进行模态分析,得到各阶自振频率及振型。建立四分之一车辆模型作用下的拱桥车桥耦合振动模型,并利用MATLAB语言编制程序,分析了移动车辆荷载作用下下承式钢管混凝土系杆拱桥的响应,系统地得到了该桥在不同车速,不同车道,不同阻尼,不同路况的振动响应等力学性能。本文所得出的主要结论和有关研究成果可为大跨度钢管混凝土系杆拱桥设计时的冲击系数取值,研究车辆对系杆拱桥的冲击性能和后期桥梁养护确定荷载效应分析提供参考。     

大跨度非对称悬索桥振动基频的参数敏感性分析

为了研究大跨度非对称悬索桥的动力特性,基于ANSYS软件建立了某大跨度主缆不等高支承悬索桥的三维有限元模型。在计算自振频率时考虑了表征结构非对称的参数,进行了前20阶模态分析,并分析了矢跨比、结构非对称参数、加劲梁抗弯刚度及主塔抗弯刚度等关键结构参数对其振动频率的影响。研究结果表明：不同的参数对非对称悬索桥振动基频的敏感性不同,一阶竖弯和扭转频率随矢跨比的增大减小,相对于正对称的振动频率,反对称的频率对矢跨比参数更敏感;非对称悬索桥的一阶反对称竖弯和扭转基频不受非对称结构参数的影响,而正对称竖弯和扭转基频随非对称结构参数的增大而减小;一阶横弯的自振频率对加劲梁刚度的变化非常敏感,当加劲梁的抗弯刚度增加到原来的3倍时,结构原有的振型次序发生了改变,但主塔抗弯刚度参数的变化对结构各向频率的影响很小,研究结果可为非对称悬索桥的结构设计和动力分析提供参考。     

钢板夹层阻尼高频TMD两阶段设计方法

随着工业化的发展,建筑结构逐渐轻量化,机械设备逐渐重型化、高效化,这使得机械设备高频扰力导致的结构振动问题越来越突出;为了减轻结构的高频受迫振动响应,可以在结构振动响应较大的位置安装高频高阻尼比的钢板夹层阻尼悬臂梁式调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD).由于TMD的弹性元件与阻尼元件相互耦合,因...     

西安北站高架层楼盖舒适度分析与减振设计

针对西安北站高架层大跨楼盖的振动舒适度问题,建立了整体有限元模型,采用Ritz向量法对结构进行了模态分析,对其振动特性进行了研究。以IABSE建议的单人步行激励为基础,考虑行人起步相位角随机分布,提出了楼盖随机人群荷载模拟方法,对该大跨楼盖进行了人行荷载模拟,并通过多点输入和时程分析法对该楼盖进行了振动舒适度分析。据此分析结果对楼盖进行了MTMD减振设计与分析。结果表明,利用该方法设计MTMD减振系统可以有效地控制大跨楼盖的竖向振动,最大减振率达到89.2%,各工况下平均减振率可达44%。     

半漂浮式主梁钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器减震设计

为研究大跨半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥黏滞阻尼器参数选取与减震效果,以某计算跨径320 m中承式钢管混凝土拱桥为工程背景,采用MIDAS/Civil软件建立有限元模型,在动力特性分析的基础上提出黏滞阻尼器减震方案,并基于非线性动力时程分析方法研究了黏滞阻尼器的参数选取与减震效果。结果表明:半漂浮体系中承式钢管混凝土拱桥的纵飘振型出现较早,振型参与质量所占比重大,黏滞阻尼器参数选取主要应考虑梁端纵桥向容许位移和阻尼器连接构件所能承受的阻尼力; 对相同的阻尼指数,主梁梁端最大纵桥向位移响应随着阻尼系数的增大呈非线性减小,阻尼器轴力随着阻尼系数的增大几乎呈线性增大; 阻尼指数在0.2～0.4之间变化时,阻尼指数越大,同时满足梁端位移与阻尼力要求的阻尼系数可选范围越大; 设置黏滞阻尼器后,梁端纵桥向位移响应显著减小,拱顶纵桥向位移有所增加,除拱顶处拱肋轴力略有减小外,其余各处轴力、剪力与弯矩均有所增加,但内力响应绝对值不大; 研究成果可为同类桥梁减震设计提供参考。     

上承式钢管混凝土拱桥动力特性分析

为研究上承式钢管混凝土拱桥的动力特性,以大型有限元计算软件ANSYS为平台,对跨径为252 m的上承式钢管混凝土拱桥——千岛湖1号特大桥建立了空间有限元模型,进行了动力特性分析。通过对前十阶频率和振型的分析,得出结论:面内基频一般较面外基频大,尤其是大跨度拱桥,应注意保证拱的横向稳定性;桥面系的面内振动与拱肋基本同步,桥面系的面外振动受桥面系与拱肋之间联结形式的影响较大,采用立柱或刚性吊杆联结时,二者振动基本同步;通过收集到的大量钢管混凝土拱桥的结构型式和基频计算结果,可得出钢管混凝土拱桥基频随跨径的变化趋势,并由此回归出频率对于跨度的公式,当缺少实测资料时,可作为工程设计中的参考依据。     

U形钢板-混凝土高强螺栓连接组合空腹夹层板楼盖舒适度实测与研究

大跨度楼盖结构人员舒适度控制指标为竖向振动频率及竖向振动加速度。以黑龙江中医药大学文体中心B区的57 m×39 m+57 m×36 m双跨多层（地下1层、地上3层）工程为例,利用环境激励,采用频域法模态拟合方法对该结构进行了现场竖向振动模态测试,获得了该楼盖结构前4阶竖向自振频率、振型及竖向加速度,并采用有限元方法对结果进行了分析与评价。研究结果表明：楼盖竖向1阶振动频率的有限元分析和测试结果均满足现行规范要求;楼盖竖向峰值加速度实测结果满足小于0.005g的要求,不会引起人体的不舒适;有限元方法计算频率比实测结果偏高,是因约束条件不同所致,故设计中需要考虑楼盖与柱的刚性连接。     

Multi-scale damage analysis for a steel box girder of a long-span cable-stayed bridge

Accurate evaluation of the effect of possible damage in critical components on the dynamic characteristics of a structure is of critical importance in developing a robust structural damage identification scheme for a long-span cable-stayed bridge. The strategies of finite element (FE) modelling of a long-span cable-stayed bridge for multi-scale numerical analysis are first investigated. A multi-scale model of the Runyang cable-stayed bridge is then developed, which is essentially a multi-scale combination of a FE model for modal analysis of the entire bridge structure and FE sub-models for local stress analysis of the selected locations with respect to the substructuring method. The developed three-dimensional global-scale and local-scale FE models of Runyang cable-stayed bridge achieve a good correlation with the measured dynamic properties identified from field ambient vibration tests and stress distributions of a steel box girder measured from vehicle loading tests, on the basis of which the effectiveness of some damage location identification methods, including a modal curvature index, a modal strain energy index and a modal flexibility index, are evaluated. The analysis results show that the effect of the simulated damage in various components of the steel box girder on the dynamic characteristics of a long-span cable-stayed bridge should be properly considered in structural damage analyses using multi-scale numerical computation.     

大跨钢管混凝土拱桥施工过程中的稳定性分析

北方某钢管混凝土拱桥由于跨径较大,其稳定性是该桥施工过程中的关键问题之一。采用AN-SYS软件对该桥建立有限元模型,并用子空间迭代法对结构进行施工过程中的稳定性分析,得到了结构的稳定系数和振型。计算结果对该拱桥的施工监测、评估具有一定的参考价值。