超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震结构体系研究

为探索大跨度部分地锚式斜拉桥的适宜抗震结构体系,以1 400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,采用多振型地震反应谱方法进行E1地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性。在此基础上,分析地锚段主梁长度、主梁宽度、主梁高度、桥塔高跨比、地锚索倾角、辅助墩数量和塔梁连接方式等主要结构设计参数对结构地震反应的影响,结合结构静力性能和稳定性探讨其合理取值。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,而桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;当地锚段主梁长度和主跨之比约为0.3,采用较宽的主梁并增大其高度,桥塔高跨比约为0.2,采用较大的地锚索倾角,边跨设置1～2个辅助墩以及采用全漂浮体系时,大跨度部分地锚式斜拉桥具有良好的整体结构性能。     

超大跨度部分地锚式斜拉桥抗震性能研究

以1 400 m主跨的部分地锚式斜拉桥设计方案为工程背景,分别采用多振型地震反应谱方法和非线性时程分析法进行E1和E2地震作用下结构的地震反应分析,揭示超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应的特性以及结构非线性效应对其地震反应的影响。在此基础上,对相同主跨的全自锚式斜拉桥进行结构动力特性和地震反应的对比分析。结果表明:水平地震作用下桥塔和主梁的地震反应显著,桥塔的地震内力显著大于主梁,是结构抗震设计的关键构件,同时应特别重视桥塔的塔底和塔梁交接处、主梁的塔梁交接处和边跨辅助墩处等截面的抗震设计;结构几何非线性效应对结构地震反应影响显著,特别是在E2地震作用下,超大跨度部分地锚式斜拉桥地震反应分析宜采用非线性时程分析法;与相同主跨的全自锚式斜拉桥相比,边跨部分斜拉索改为地锚后,结构刚度和自振频率增大,桥塔的地震反应和主梁的纵向位移均显著减小,改善了结构的整体抗震性能,超千米主跨斜拉桥更适宜采用部分地锚式结构形式。     

梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性

为表征梁式全碳纤维复合材料桁架模态及阻尼特性,建立实体单元有限元模型进行桁架模态仿真,提出基于仿真结果采用模态应变能阻尼模型计算结构阻尼损耗因子的方法;此外,为提高模态分析效率,引入梁等效理论建立等效分析方法.仿真及等效分析结果与实测值的对比表明:梁等效理论、仿真及实验所得振型基本一致;仿真频率及结构阻尼损耗因子计算值误差均小于10%,所述模态仿真和阻尼计算方法有效,最后基于仿真结果验证了梁等效理论针对大尺度桁架模态的分析精度.     

PC斜拉桥结构精细有限元模型分析

以武汉长江二桥为研究对象,讨论了大型双塔双索面预应力混凝土斜拉桥结构精细有限元模型的建立方法,充分考虑了预应力混凝土斜拉桥结构的特点,提出了预应力斜拉索、预应力钢筋、普通钢筋、主梁和主塔等几种主要构件的单元划分原则以及边界条件模拟的方法,建立了武汉长江二桥空间精细有限元模型,通过不同荷载组合分析了空间精细有限元模型的应力应变和挠度等,计算结果与试验结果比较接近,说明了这种方法的有效性。     

RC、PC、PPC结构统一计算理论

分开裂与未开裂两种状态用应变相容条件计算截面应力与应变，以研究钢筋混凝土梁，预应力混凝土梁和部分预应力混凝土梁的统一计算理论，在分析中考虑了混凝土的收缩徐变特性与预应力钢筋的松驰作用，并与现行的部分预应力混凝土结构设计规范进行了比较，以论证本文理论的正确性与适用性。     

适用于部分预应力砼结构使用阶段分析的砼应力——应变曲线

根据部分预应力混凝土构件在使用阶段增加和减小外载过程中截面应力的变化特点，将几种常用的混凝土应力－应变曲线用于部分预应力混凝土结构使用阶段全过程分析，通过对计算结果和试验结果的比较和分析，提出了适用于部分预应力混凝土结构理论分析更炙合理和准确的混凝土应力－应变曲线。     

无粘结预应力GFRP管混凝土梁抗弯承载力计算

目的 为了改善GFRP管混凝土梁的受力性能,增加刚度减小变形.方法 考虑无粘结预应力GFRP管混凝土梁的受力特点,根据构件在不同状态下中和轴位置的不同,确定了4种破坏模式,利用平截面假定和应变变化计算方法,对构件抗弯承载力进行了分析.结果 根据构件在极限状态下的受力特性,考虑中和轴分别位于混凝土板截面和GFRP管混凝土截面两种情况,确定了截面受压区高度,并建立了相应的抗弯极限承载力计算公式.结论 将预应力技术运用到GFRP管混凝土结构中,让预应力筋代替普通钢筋来承担部分荷载,发挥其高强抗拉性能,通过施加预应力,又可以延缓受拉区混凝土过早的开裂,使构件的刚度得以提高,该方法是切实可行的;所建立的抗弯承载力计算公式形式简单,概念明确,便于实际应用.     

津保铁路矮塔斜拉桥的动力特性

以津保铁路矮塔斜拉桥为例,应用大型有限元软件Midas／Civil对该桥建立全桥模型,采用子空间迭代法对其进行动力分析,得出该桥的自振频率和振型,并讨论了边界条件对其动力特性的影响．计算结果表明：设置辅助墩能明显提高结构的整体刚度,并对结构的自振频率和振型有较大影响．研究结果可为同类型矮塔斜拉桥的设计和施工提供参考．     

二次预应力组合梁简化计算方法分析

二次预应力梁有效地解决了超薄梁反拱过大、反向开裂等问题,为了进一步简化二次梁承载力的计算,以常用中小跨径二次预应力组合结构简支梁为研究对象,结合二次预应力组合结构的受力特点,基于组合结构理论,提出二次预应力梁极限承载力的简化计算分析方法.二次梁的一期梁预应力构件的作用是改善混凝土的脆性性能,提高一期梁的抗拉强度,因此将一期梁作为一种"特殊材料"的混凝土梁,通过受力分析得出其应力应变关系,推导出二次梁的简化计算公式.并使用有限元软件ANSYS对二次梁的受力过程进行数值模拟,与理论计算进行对比分析,验证了理论计算的准确性.     

混合梁弯塔斜拉桥动力模型试验及理论分析

为研究斜拉桥的动力性能,对一座特殊形式的混合梁弯塔斜拉桥进行了缩尺模型的自振频率及振型测试,并用ANSYS程序建立了空间有限元模型,对动力特性进行理论计算和分析,二者结果基本一致,说明试验结果的准确性可信．并应用理论模型分别计算分析了相应琴桥形式的直塔和混凝土加劲梁动力特性,比较结果表明,主梁材料的变化对结构动力性能影响不大,而桥塔的曲直对结构动力性能有较大影响．     

聚氨酯-橡胶复合阻尼材料减振优化设计

隔离自由阻尼是在传统的自由阻尼结构上建立起来的一种减振处理方法。本文以隔离自由阻尼理论为基础,提出以硬质聚氨酯泡沫作为隔离层、橡胶为阻尼层制备成用于抑制结构振动的聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料。利用模态叠加原理和Lagrange方程,在考虑阻尼层剪切变形的基础上,推导出了隔离自由阻尼悬臂梁的控制方程。在钢板悬臂梁上敷设隔离层与阻尼层厚度比值为1～3以及具有分段式隔离层的聚氨酯-橡胶复合阻尼材料,并通过单点锤击实验从幅频曲线、复合损耗因子、模态频率等方面对悬臂梁模型的减振性能进行了对比分析。结果表明：隔离层与阻尼层的厚度比值由1增加至3时,模型的振动响应峰值降低了13%～62%,同时损耗因子明显升高;当厚度比超过1.5时,材料对模型低阶模态的减振效果持续提高,而高阶模态的减振效果趋于稳定;分段式隔离层的设计降低了隔离层的抗弯刚度,扩大了阻尼的层的处理面积,模型振动响应峰值降低了27%以上,且并未显著增加阻尼处理的附加质量。研究结果揭示出：在聚氨酯-橡胶隔离复合阻尼材料的阻尼层厚度不变的情况下,增大隔离层与阻尼层的厚度比有助于提高复合阻尼材料的减振性能;分段式隔离层的设计在此之上能够进一步改善复合材料的阻尼性能。     

九度地震区高铁组合减隔震体系桥梁振动台试验研究

为研究一种组合减隔震体系在九度地震区高铁简支梁桥中的可行性及适应性,以某九度强震区高铁典型32 m简支箱梁为原型,开展了1∶10缩尺模型的3跨简支梁全桥振动台试验。采用15组近断层地震波按多遇、设计、罕遇地震强度进行纵向+竖向、横向+竖向联合输入,采集试验过程中桥梁关键构件地震位移、加速度、钢筋应变等响应数据,观测各地震输入工况后桥梁损伤情况,综合分析试验现象和实测数据。结果表明:采用双曲面减隔震支座+榫形金属减震限位装置+钢防落梁组合减隔震体系后,多遇地震下,桥墩保持弹性状态,墩梁相对位移较小,主梁横向和竖向加速度分别控制在0.3g和0.5g以内,保障了行车安全;设计地震作用下,组合减隔震体系发挥了良好的减隔震效果,耗散了地震能量,墩梁相对位移控制在20 mm以下,桥墩发生轻微损伤,其位移延性比小于1.2;罕遇地震作用下,组合减隔震体系稳定工作,保证了主梁不发生落梁震害和跳梁风险,桥墩发生中等损伤,其位移延性比控制在2.2以下,没有倒塌风险。组合减隔震体系实现了9度地震区高铁32 m跨简支箱梁各项抗震性能目标,可为今后9度地震区高铁简支梁桥减隔震设计提供试验依据。     

Modal identification of long-span Runyang Bridge using ambient responses recorded by SHMS

Runyang Bridge is a newly built cable-supported bridge that crosses the Yangtze River in China. The bridge is composed of one suspension bridge and one cable-stayed bridge. During the construction of the bridge, a structural health monitoring system (SHMS) was installed, which was designed by the Southeast University. Since the bridge was open to traffic, quantities of structural ambient responses have been recorded by the SHMS. And, it’s really important to extract structrural information from these records for health monitoring. This paper presents the study on modal identification of the bridge. The dynamic properites including modal frequencies, mode shapes and damping ratios are extracted from the ambient responses. Two identification methods are employed including the enhanced frequency domain decomposition and the stochastic subspace identification. The identified modal parameters from the two methods are compared. Results show that modal frequencies and mode shapes from the two methods are almost the same while the damping ratios are different.     

润扬长江大桥框架式墩塔地震模拟形态分析

使用有限元分析软件ADINA,对润扬长江大桥多层框架式墩塔进行了非线性地震反应分析,地震作用下大跨度悬索桥横向性能和桥塔位移形态表明,悬索桥框架式桥塔的振动形态遵循一定的规律,桥塔的横向最大位移发生在塔顶,桥塔的最大弯矩发生在塔底,桥塔梁柱连接处产生弯矩极大值,桥塔的塔底和桥塔梁柱连接处将是桥塔的塑性铰潜在发展区。     

局部主动约束阻尼开球壳的振动特性分析

为了有效减小开球壳的振动,对球壳设置局部主动约束阻尼(ACLD),根据一阶剪切变形理论和Donnell壳体理论得出应变位移关系,用Jacobian多项式和Fourier级数组合表征球壳经度和纬度方向变形关系,基于能量法和Lagrange方程建立了系统的动力学模型,研究了主动约束阻尼结构参数、阻尼层占空比和压电层激励电压...     

关于线性离散系统模态阻尼比矩阵和系统阻尼比矩阵的研究

本文将单自由度系统阻尼比的概念推广到多自由度系统,在临界阻尼矩阵的基础上提出了系统阻尼比矩阵和模态阻尼比矩阵的概念.进而,本文还导出了判断系统各模态上的振动性质(过阻尼、欠阻尼、临界阻尼或混合阻尼)的判据式.系统阻尼比矩阵和模态阻尼比矩阵对由实验得出的实模态阻尼系统的阻尼比提供了一种直观的表达,在复模态情况下,模态阻尼比矩阵和实验测定值在定性的意义上也是完全一致的.     

Dynamic behavior of reinforced concrete frame structure during construction

The effects of concrete’s time-variant elastic modulus,casting structural components,assembling temporary shoring framework system,and shock by operating construction equipment on dynamic behavior of the reinforced concrete frame structure during construction were investigated. The dynamic tests of an eight-storey reinforced concrete frame structure during full-scaled stages of the sixth storey construction cycle were carried out by ambient vibration. Natural frequencies,corresponding mode shapes and damping ratio were determined by power spectrum processing the tested signal data in frequency domain. The changes of frequencies,mode shapes and damping ratios at different construction stages were given. The results show that natural frequencies and modal damping ratios reach the maximum at stage of casting fresh concrete,especially for higher modes. Modal damping ratios at each construction stage are less than 5% of those during usage.     

大跨度斜拉桥纵向塔梁阻尼器阻尼性能识别

为科学地监测和预测实际运营中大型阻尼器的性能演化,将斜拉桥主梁在自然环境中的纵向振动等效为单自由度体系随机激励下响应问题,推导出白噪声激励下响应功率谱.通过在桥上和阻尼器上安装低频加速度传感器,在3 a时间内3次对实桥纵向振动的重复试验,并采用离散小波变换方法提取主梁纵向低频振动成分,按最小二乘法原理与白噪声激励下的响应功率谱公式拟合,近似得出纵向振动的系统阻尼比参数.试验结果表明:斜拉桥体系简化后,能够准确识别纵向振动的系统阻尼比;相比传统滤波方法,离散小波对信号分解重构后能够更加准确地保留低频成分;系统阻尼比衰减表明苏通大桥的塔梁阻尼器性能在缓慢退化.定期运用该方法对大型的塔梁阻尼器进行现场试验,能够在不中断交通的情况下更好地指导阻尼器的养护管理,保障大跨度斜拉桥的正常运营.     

高烈度区斜拉桥横向约束方案优化分析

为了确定强震作用下斜拉桥合理的横向抗震约束体系,以可克达拉大桥为工程背景,采用非线性时程分析法,分析了4种横向约束体系即横向滑动体系、全限位体系、位移相关型减震体系和速度相关型减震体系对强震区大跨度桥梁地震响应的影响,重点对钢阻尼器的屈服荷载和黏滞阻尼器的位置及相关参数进行优化分析,并与其他体系的地震响应进行了对比。结果表明：在强震作用下,对于大跨度桥梁横向滑动体系和全限位体系均不是理想的抗震体系;而在墩梁、塔梁之间设置减隔震装置可以有效减少横桥向的墩梁、塔梁的相对位移及地震剪力和弯矩;然而,从桥梁正常使用的角度来看,塔梁之间布设横向钢阻尼器装置优于黏滞阻尼器装置。     

桩墩配筋率比对桥梁结构塑性区长度的影响

采用弹塑性纤维单元模型对某连续梁桥桥墩及桩基进行了考虑桩一土动力相互作用的非线性地震反应分析,分析了不同类型地震波作用下桥墩及桩基的动力响应,重点研究了不同桩墩配筋率比对结构塑性区开展程度及动力响应的影响。结果表明：随着桩墩配筋率比的改变,桥墩和桩基的反应塑性率呈现出不同的变化趋势,桩墩配筋率比的大小对桥梁结构的塑性区开展有显著影响;桥墩的配筋率大小不仅对桥墩塑性区开展有显著影响,而且对桩基的影响较大;不同类型的地震波对群桩基础桥墩结构的动力响应影响不同,长周期地震波对结构的影响最大,内陆直下型地震波次之,板块边界型地震波最小。