大跨度钢桁梁铁路斜拉桥刚度参数敏感性分析

针对某大跨度钢桁梁铁路斜拉桥方案,采用变化结构刚度方法研究梁、索、辅助墩等构件刚度对桥梁结构及行车性能影响。结果表明,增大桁宽能显著增加桥梁横向抗弯刚度,但对车辆走行性影响有限;增加桁高或斜拉索面积能显著提高桥梁竖向基频、降低车桥竖向响应;桥面系对桥梁结构整体刚度贡献不大,对车辆响应影响有限;设置辅助墩可提高斜拉桥竖向刚度、降低车辆竖向加速度及梁端竖向折角等。     

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。     

台湾后龙溪桥风洞试验研究与静风响应分析

摘 要：通过风洞试验研究了台湾后龙溪桥气动稳定性;获得了混凝土梁和钢梁两种断面发生涡振的条件、涡振锁定风速范围及涡振振幅;对自然界和风洞中的风轴和体轴异同进行了区分;实测了两种断面的静气动力系数;最后进行了非线性静风荷载响应分析。研究结果表明：实桥风速达到135m/s,不会发生气动失稳;钢梁和混凝土梁断面+3°攻角时在均匀流场中会发生竖向和扭转涡振,扭转涡振风速锁定风速很高,而且范围很宽;在紊流度约为10％风场中,攻角在-3°～+3°范围内,未观测到明显涡振;由静风荷载引起的主梁附加攻角很小,风荷载非线性对主梁扭转位移和侧向位移影响很小,而对竖向位移影响相对较大,原因是竖向风荷载引起主缆刚度改变。     

考虑桥塔风效应的多塔斜拉桥抖振响应分析

该文以6塔斜拉桥——嘉绍大桥为研究对象,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,研究了多塔斜拉桥主梁和桥塔在强风作用下的抖振响应特性,并详细考察了自激力和桥塔风效应对主梁和桥塔抖振响应的影响。分析结果表明:1) 主梁与桥塔的风致抖振响应与结构的振动特性联系紧密,其抖振响应由于主梁与桥塔的动力耦合作用呈现出一定的独特性;2) 考虑自激力后主梁竖向抖振响应明显减小,而对主梁横桥向和扭转抖振响应影响相对较小。同时,自激力对桥塔的横桥向抖振响应基本没有影响,但对桥塔的顺桥向抖振响应起到了明显的抑制作用;3) 桥塔风效应对主梁的竖向和扭转抖振响应以及桥塔的顺桥向抖振响应基本没有影响,但会对主梁和桥塔的横桥向抖振响应产生较大影响。     

2×1500m双主跨斜拉桥静风失稳机理研究

静风稳定性是千米级超大跨斜拉桥抗风性能的主要考验之一。以某主跨2×1 500 m三塔两跨斜拉桥结构体系为研究对象,采用全桥气弹模型风洞试验与数值计算相结合的方法,对失稳过程结构位移响应和与之同步的拉索索力进行跟踪,从失稳过程结构刚度演变特性方面深入揭示了该结构体系静风失稳机理。风洞试验发现,结构在+3°和0°初始风攻角下出现了明显的静风失稳前兆,静风失稳先于颤振失稳发生。基于增量与内外两重迭代相结合的非线性静风稳定分析方法,研究了结构失稳过程结构位移响应演变特性,并与风洞试验结果进行了对比,表明二者具有较好的吻合性。-3°初始攻角下的静风失稳临界风速远高于+3°和0°初始攻角。为了揭示上述现象发生的内在机理,提取与结构位移同步的拉索索力,阐述了失稳过程结构刚度与结构响应之间的同步演变关系,研究表明:结构静风稳定性取决于失稳过程结构刚度演变特性,而后者与结构响应密切相关。-3°初始攻角下主梁整体向下的竖向位移强化了拉索、主梁和桥塔形成的稳定三角关系,这是该初始攻角下静风稳定性远优于+3°和0°初始攻角的最根本原因。-3°初始攻角时,结构失稳形态表现为明显的主梁一阶正对称扭转与主梁一阶反对称扭转耦合振型失稳,与单主跨斜拉桥明显不同。研究首次在风洞试验中再现了双主跨大跨度斜拉桥静风失稳现象,并揭示了大跨度斜拉桥静风失稳内在机理,对今后我国超大跨径斜拉桥的抗风设计具有借鉴意义。     

高墩大跨斜拉桥悬臂施工期风致振动控制

高墩大跨桥梁主梁双悬臂施工期自振频率低对风作用敏感,以在建的赤石大桥为背景进行高墩大跨斜拉桥悬臂施工风致振动控制研究。在综述高墩大跨桥梁施工抗风措施的基础上,结合赤石大桥实际特点提出"下拉索+TMD"抗风措施,基于Davenport抖振理论采用ANSYS APDL实现大跨桥梁抖振时域分析,最后对该桥施工抗风措施减振性能进行计算分析和现场实测。结果表明:采取"下拉索+TMD"施工抗风措施可以有效降低桥梁结构风致振动响应;该施工抗风措施减振效果计算值与现场实测结果总体吻合较好。     

三维风场各分量对定日镜动态响应的影响研究

针对定日镜抗风设计过程中仅考虑纵向风而忽略竖向风和横向风对结构响应的问题,提出利用不同方向上的脉动风压功率谱和AR模型进行三维脉动风场的时程模拟,并将平均风荷载和脉动风荷载共同作用在建立的定日镜有限元模型上,通过对5种典型位置状态下定日镜的动力特性和风致动态响应分析得到风场各分量荷载对结构的影响。研究结果表明:在定日镜前5阶自振频率范围内,竖向和横向脉动风可能会引起结构的共振响应;定日镜在工作位置时的位移风振系数较小,可以仅考虑纵向和竖向风对其动态响应的影响;定日镜在避险停放位置时的位移风振系数较大,需同时考虑纵向、竖向和横向风对其动态响应的影响。     

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。     

连续倒塌现象中结构动态响应特性的分析

局部破坏引起的动力响应是影响建筑物发生连续倒塌的重要因素。基于改变传力路径法建立了连续倒塌动力分析模型,对结构遭受局部破坏后的振动特性进行研究,并分析了失效时间及材料特性对结构动力响应的影响。分析结果表明,竖向固有振型是连续倒塌中动力响应的主要参与振型;失效时间越短,结构最大竖向位移及惯性力越大;且失效时间小于竖向固有振型对应的自振周期时,动力响应受失效时间的影响最为显著;较高的材料屈服强度可有效降低结构的竖向振动位移,但也会引发底层柱承受较大的竖向惯性力;强化模量的改变对结构动力效应的影响并不显著。     

大跨度斜拉桥气弹模型对结构静风响应的反应能力的数值研究

通过有限元方法探讨了全桥气动弹性模型主梁轴向刚度失真和主梁初内力失真的问题,以及它们对大跨度斜拉桥风致静力响应的反应能力。分析发现,两个失真因素均会较明显地导致实际结构的风致静力响应被低估,但两者对试验结果准确性的影响趋势可能相反而相互抵消。当两个失真因素同时作用时,风洞试验会低估实际结构主梁竖向风致静力位移10%左右,主梁侧向和扭转风致静力位移3%左右。由于斜拉桥风致静力失稳现象主要表现为主梁扭转发散,基于全桥气动弹性模型的风洞试验对大跨度斜拉桥风致静力响应的模拟结果在可接受的精度范围之内。     

基于NAF-FxLMS控制器的垂尾抖振主动控制

将加速度负反馈(negative acceleration feedback,NAF)控制器与最小均方自适应滤波(filtered-x least mean square,FxLMS)算法相结合,提出了一种改进的反馈式次级通道阻尼补偿方法,来提高FxLMS控制器的性能。针对垂尾模型低阶模态抖振响应的控制问题,设计NAF控制器对次级通道进行反馈式阻尼补偿,建立了多模态的NAF-FxLMS控制器,随后开展垂尾抖振响应主动控制的地面模拟实验。实验结果表明,相比于单独的FxLMS控制器或NAF控制器,NAF-FxLMS控制器对垂尾抖振响应具有更好的控制效果。     

Effect of section width and casting rate on variations of formwork pressure of self-consolidating concrete

The influence of formwork dimensions and rate of casting of self-consolidating concrete (SCC) on the development and variations of lateral pressure were evaluated using two types of experimental columns; the first measuring 2100 mm in height and 200 mm in diameter, and the second 3600 mm in height and 920 mm in diameter. Variations of heat of hydration and setting time were correlated to the rate of decrease in formwork pressure.Test results show that the scale effect has an influence on the rate of drop in lateral pressure with time. Two distinctive rates of pressure drop were obtained during the plastic and setting stages of hydration. A rate of pressure decrease of 5.3 kPa/hr was obtained during the first 6 hours of time and is mostly associated with the increase in the restructuring process due to the reversible effect of thixotropy. A second distinctive slope of 2 kPa/hr was noted beyond 6 hours until the canceling of pressure, and is related to setting. The increase in the casting rate from 10 to 25 m/hr in the 200-mm diameter column resulted in slightly higher lateral pressure.     

Advanced analysis of coupled buffeting response of bridges: a complex modal decomposition approach

This paper presents a framework based on a complex modal decomposition technique for predicting coupled buffeting response of bridges in both time and frequency domains. The coupled equations of motion in structural modal coordinates with frequency dependent aeroelastic self-excited terms are approximated by frequency independent state-space equations, without augmented aerodynamic states, which retain the complex modal properties of the original system. These equations are then decomposed into a set of uncoupled equations of motion for buffeting response analysis. The frequency dependent unsteady buffeting characteristics and their spanwise correlation are considered in both frequency and time domain analyses instead of invoking the customary quasi-steady assumption. This framework significantly enhances computational efficiency in the frequency domain analysis by avoiding system matrix inversion at each discretized frequency when evaluating the transfer function matrix. Furthermore, it also offers simulation of buffeting response in the time domain that includes frequency dependence of buffeting and self-excited forces. A detailed discussion concerning the complex modal frequencies, damping ratios, mode shapes, and the significance of structural modes on the multimode coupled buffeting response is provided. This helps to glean additional insight and to improve our understanding of the underlying physics of wind–structure interactions. Examples of long span suspension bridges are provided to illustrate the proposed scheme and to demonstrate its effectiveness.     

大跨斜拉桥的侧向弯曲抖振及其控制

采用被动控制的传递函数算法，分析了被动调质阻尼器（ＴＭＤ）对长大跨径斜拉桥在悬臂施工和运营状态下的侧向弯曲抖振的控制效率；定义了有效控制域；给出了ＴＭＤ参数的计算公式。分析表明：被动ＴＭＤ对侧向弯曲抖振是一种有效的机械控制手段。     

多塔斜拉桥风致抖振响应的粘滞阻尼器控制研究

以六塔斜拉桥型的嘉绍大桥为工程背景,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,在此基础上研究了采用粘滞阻尼器的多塔斜拉桥结构减振控制效果。研究结果表明:1) 多塔斜拉桥主梁和桥塔风振控制存在最大减振率,阻尼指数α愈小,最大减振率对应的阻尼系数c也愈小;2) 嘉绍大桥主梁跨中处设置刚性铰使主梁横桥向抖振响应显著增大,设置粘滞阻尼器后主梁中跨横向位移的最大减振率达到近50%;3) 嘉绍大桥采用次边塔与主梁固结的部分约束体系,使得次边塔的塔底内力明显大于其余塔的塔底内力,设置粘滞阻尼器后次边塔塔底内力的最大减振率达到近55%;4) 设置粘滞阻尼器使得多塔斜拉桥各塔和各梁跨的风振响应幅值趋于一致。因此,对于抖振响应相对较小的塔和梁跨其减振效果相对较小。     

基于Hilbert-Huang变换的大跨桥梁非线性抖振响应时频分析

以新疆赛吾迭格尔悬索桥为工程背景,研究非线性抖振响应的时频特性。提出了Fourier变换识别桥梁抖振响应的频谱的失真问题,从信号分析的角度寻找失真的原因,从结构动力学角度探讨响应非平稳性的导因。为解决这个问题,引入Hilbert-Huang变换(HHT变换)分析响应的边际谱。并分析HHT变换中经验模态分量的时频,从风工程角度探讨经验模态分量的物理意义。分析结果表明,大跨桥梁的颤抖振响应具有一定的非平稳性,HHT变换识别抖振响应的频谱时比Fourier变换精度更高。     

Creating disk-shaped cavity with a vertical side surface for an infrared whispering-gallery-mode laser (λ ≈ 3 μm)

Disk-shaped cavities in the form of cylinders with diameters of 200, 100, and 50 μm and a mesa height of up to 30 m with the vertical part of the side surface reaching 10 m have been created for the first time for whispering gallery mode (WGM) semiconductor lasers based on InAs/InAsSb_0.11P_0.24 heterostructures. The cavities were formed by etching in a specially selected HBr-H₂Cr₂O₇-H₃PO₄ mixture, which ensured an increase in the length of the vertical part of the side surface at a decrease in the surface roughness. These improvements increased the stability of optical modes in the disk cavity of the WGM laser and ensured generation with a wavelength of λ ≈ 3 μm in a continuous regime at 77 K.