乌江悬索桥抖振响应时域分析

乌江特大桥是一座大跨度、高柔的悬索桥结构,对风荷载的作用十分敏感,需要进行抗风分析。文章采用大型通用有限元软件ANSYS建立了乌江特大悬索桥的三维有限元模型,运用Matlab科学计算软件自编程序模拟脉动风速时程,然后根据准定常理论计算抖振力时程,最后根据时域内的时程分析方法求得抖振时域分析的结果。分析结果为乌江悬索桥的抗风设计提供了依据,可作为设计的参考。     

大跨钢桁梁悬索桥风致抖振响应时域分析

文章以飞龙湖乌江钢桁梁悬索桥为工程实例,基于主梁节段模型风洞试验测得静力三分力系数。按照实测风场特性,采用谱解法原理完成了脉动风谱到脉动风速时程的转换,基于小扰动假设条件下得到的准定常气动力理论求得桥梁结构时域化风荷载。采用ANSYS软件建立钢桁梁悬索桥的空间有限元模型并分析了桥梁结构的动力特性,进行了桥梁风致抖振响应时域分析。结果表明:该钢桁梁悬索桥在脉动风荷载作用下具有良好的抗风稳定性能。本研究思路及所得结果可以为该桥梁及其它类型悬索桥风致抖振分析及施工设计提供参考。     

模态综合理论在斜拉桥抖振时域分析中的应用

在桥梁随机风场数值模拟的基础上,提出一种斜拉桥抖振时域分析的模态综合方法,建立了斜拉桥时域抖振分析计算模型.该方法简化了自激力时域化过程,并在计算中全面考虑了气动阻尼、气动刚度和气动耦合作用的影响,提高了斜拉桥抖振时域分析的效率.通过对一座大跨斜拉桥的抖振时域分析,验证了方法的正确性和可行性.     

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...     

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     

大跨度斜拉桥抖振时域分析理论实例验证及影响因素分析

为了进行对现有抖振时域分析理论的实例验证,在杭州湾跨海大桥全桥模型风洞试验中,不仅对抖振位移进行了测量,还通过在塔根布设动态应变片完成了桥塔内力的实测。采用考虑桥塔风效应的抖振时域分析方法计算出大跨度斜拉桥的抖振响应,气动导纳分别取1和Sears函数,采用等效风谱法计算考虑气动导纳修正的抖振力,对风洞的空间相关性进行了测量研究并分别探讨了Sears气动导纳函数及空间相关性对抖振响应的影响,与风洞试验结果进行了对比分析。分析比较表明:当衰减因子l取实测值12.9时,风洞试验结果都介于导纳为1和导纳为Sears函数所计算的抖振响应之间,导纳取Sears函数将得到偏不安全的结果;空间相关系数对抖振响应影响较大,采用风洞实测的相关系数得到的抖振响应比采用《公路桥梁抗风设计指南》建议相关系数所得抖振响应小13%￣22%。通过杭州湾跨海大桥的实例验证发现现有抖振时域分析理论并不能完全精确预测桥梁的抖振响应,抖振响应计算值与试验值存在一定的差距。     

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。     

非线性屋盖结构的驰振分析

采用体型系数表达的空气动力模型,将 Newmark-β法和 Newton-Raphson 法相结合应用于风荷载作用下的非线性动力增量平衡方程中,形成大跨度非线性屋盖结构驰振分析的时程分析方法。验证了该方法计算驰振的可行性,通过工程算例进行分析。结果表明基于几何非线性特点,时程分析方法仍然行之有效,直观实用,为工程技术人员提供了参考。     

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。     

A data analysis method for detecting wall thermal resistance considering wind velocity in situ

To improve the accuracy of data analysis methods for the field measurement of wall thermal resistance, a method considering wind velocity is presented through an analysis of both surface heat flux and temperature samples. This analysis method takes the wall heat transfer of linear system into account, simplifying the first order differential equation of wall transient response based on the nodes of the interior and exterior wall surfaces. An approximate solution has been proposed in the form of time domain interpolation. By applying the weighted residual method for the approximate solution, the data analysis method about temperature, heat flux, and wind velocity can be achieved.A transient heat transfer model of a wall was established applying the infinite difference method, by which the proposed analysis method was validated in this paper. Additionally, the heat flow meter experiment platform considering wind velocity was built, on which the proposed method, the mean method and the dynamic analysis method suggested by the international standard ISO 9869 were applied to the test wall under different wind velocities. The wall thermal resistance value obtained in our proposed method has proven to be in better agreement with that obtained for a steady state.     

地铁隧道-地层系统的参数优化反演与动力响应分析

由半解析方法研究地铁隧道-地层系统的动力参数优化反演和动力响应分析问题.隧道结构由平面等参单元离散,地层由层单元离散,采用半解析位移函数导出了相应离散系统的动力方程和频域中的最小二乘优化反演方程,由此,在给出参数反演的同时,给出了系统的动力响应分析.这种基于参数反演而进行的动力分析可以给出与实际相符的合理结果,对地铁系统的设计有一定的实用价值.     

输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究

根据输电塔线体系在风(雨)激励下破坏的实际状况,建立了"三塔两跨"有限元分析模型,其中,输电塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元;提出雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于输电塔线体系的荷载组合原则;分析输电塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系;采用数值模拟方法,建立设计与灾害荷载的不同工况组合,分别在时域和频域内对输电塔的动力响应规律进行分析;采用结构主要组件(如主立柱杆件和输电线)强度分析的方法,分析结构强度的变化和灾害发生的可能性原因。研究表明:输电塔线体系的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响;降雨对输电塔线体系的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征;结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用,结构局部动态受压失稳造成的。     

大跨度点支式幕墙支承结构风振性能分析

广州新白云机场航站楼主楼点支式玻璃幕墙结构,长108m、高33m,采用钢桁架与预应力索桁架交叉的混合支承体系。本文针对该幕墙支承体系的三种结构方案,应用非线性有限元软件,对其风激动力性能进行分析,给出了方案合理性的评价。主要工作有:应用子空间迭代法分别对单榀索桁架和整体结构进行自振特性分析,得到相应的频率和振型;应用非线性随机模拟风振分析方法分别对三种结构方案进行整体分析,得到结构在脉动风作用下的响应时程;对风振分析结果进行统计分析,得到可供设计参考的风振系数。计算结果表明:三种结构方案的风振动力性能差别较大;其中,方案一最差,在脉动风作用下发生了弯扭跳跃式失稳;方案三最好,表现出良好的动力稳定性和整体工作性能。     

脊谷式张拉膜结构风振特性分析

张拉式膜结构属风敏感体系,对其在脉动风荷载作用下的动力性能进行准确评估一直是该类结构设计中的重要内容．但国内以往在这方面的研究较少,该问题一直没有很好地解决．本采用非线性随机模拟时程分析方法对张拉式膜结构的典型形式之一——脊谷式膜结构的风振响应特性进行系统的参数分析,探讨了来流特性、跨度、高跨比、膜预张力等参数对结构动力性能的影响．在此基础上,本提出了一种针对于张拉膜结构特点的抗风设计方法．     

Mean wind load induced incompatibility in nonlinear aeroelastic simulations of bridge spans

Mean wind response induced incompatibility and nonlinearity in bridge aerodynamics is discussed, where the mean wind and aeroelastic loads are applied simultaneously in time domain. A kind of incompatibility is found during the simultaneous simulation of the mean wind and aeroelastic loads, which leads to incorrect mean wind structural responses. It is found that the mathematic expectations (or limiting characteristics) of the aeroelastic models are fundamental to this kind of incompatibility. In this paper, two aeroelastic models are presented and discussed, one of indicial-function-denoted (IF-denoted) and another of rational-function-denoted (RF-denoted). It is shown that, in cases of low wind speeds, the IF-denoted model reflects correctly the mean wind load properties, and results in correct mean structural responses; in contrast, the RF-denoted model leads to incorrect mean responses due to its nonphysical mean properties. At very high wind speeds, however, even the IF-denoted model can lead to significant deviation from the correct response due to steady aerodynamic nonlinearity. To solve the incompatibility at high wind speeds, a methodology of subtraction of pseudo-steady effects from the aeroelastic model is put forward in this work. Finally, with the method presented, aeroelastic nonlinearity resulted from the mean wind response is investigated at both moderate and high wind speeds.     

基于配筋量准则的冷却塔结构抗风设计

通过风洞试验、结构有限元分析和结构配筋设计计算,对某八塔组合冷却塔工程进行系统分析,通过内力加权的方法整合荷载模式多样性的影响,提出以内力加权为准则的冷却塔结构安全评定准则。获得了冷却塔结构空间和时间尺度动态配筋及其包络配筋结果,并与现行规范基于单塔配筋结果进行对比。研究表明,风的脉动效应不可忽略,在配筋层面可以看出其影响不只存在于迎风面,对侧风面与背风面也有显著影响。群塔干扰对塔下部的影响大于对上部的影响,在冷却塔的设计中全塔选择统一的群塔干扰系数与风振系数是不合理的。     

Sample-specific linearization in reliability analysis of off-shore structures

The reliability analysis of off-shore structures under dynamic non-Gaussian wave, wind and water current loading is considered using an outcrossing approach and directional simulation in the space of the load processes. To circumvent the non-Gaussianity of the load processes for which results for mean outcrossing rate are not generally available, the “sample-specific linearization method” is proposed. This method is based on well-known results for Gaussian processes and uses the functional relationships between the non-Gaussian wave, wind and water current loads and the corresponding velocities. The proposed method is applied to a simple model off-shore structure. The structure is analyzed also to obtain probability of failure by means of Monte Carlo simulation and using time domain simulation of the load processes. This was found to be extremely expensive of computer time. The results were found to compare very favourably with those obtained by the proposed method, both in terms of accuracy and computation required.     

环境激励下房屋建筑的阻尼比识别

阻尼比的准确取值一直是结构动力分析的难点,由于阻尼机理非常复杂,对阻尼比的取值一般通过实测得到。传统的模态参数识别方法需要同时利用激励和响应信号,但对实际建筑结构,激励施加存在困难。探讨了基于环境激励下的模态识别方法,利用环境激励(如施工机械振动、风、车辆、行人、地脉动等)下的结构振动响应数据,采用随机子空间(Stochastic Subspace Identification)法,有效地识别实际建筑结构的模态参数的方法。工程实例的模态参数识别结果表明,该方法不仅能准确识别出结构的模态频率,还能相对准确地得到结构的模态阻尼比。     

多层地基上相邻基础动力相互作用求解

对于基础-地基-基础动力相互作用(FSFI)问题的求解,以往只是针对半无限均质或者单层地基来进行求解。利用改进的比例边界有限元方法(SBFEM)与有限元方法(FEM)相结合来求解多层地基之上的FSFI问题,SBFEM求解时计算空间域降低一维,并且不需要边界元所要求的基本解。针对典型算例对上述数值方法进行具体的验证,并就多层地基上FSFI问题进行求解。计算结果表明,所提出的数值算法在求解多层地基之上的FSFI问题有广泛的适用性,并且有较好的求解精度。