超大型输电钢管塔施工过程动力风效应分析

江苏凤城-梅里500千伏线路长江大跨越输电钢管塔高达385 m,而施工过程中使用的双平臂抱杆结构高度则超过400 m,钢管塔本身和双平臂抱杆结构都对风荷载十分敏感.为了研究输电钢管塔施工全过程的抗风安全,首先建立了抱杆和铁塔-抱杆耦合系统的有限元模型.基于谐波叠加法,模拟得到了抱杆及铁塔的风荷载,完成了单抱杆结构和铁塔-抱杆耦合系统的风致动力响应计算.通过对最高位置抱杆组立工况的结构位移及拉索拉力等抗风安全指标进行对比分析,发现耦合结构动力响应均大于单抱杆结构.最后计算得到抱杆和铁塔最高位置的时程风振系数,并与高耸结构设计规范的风振系数取值进行对比分析.本文结果为超大型输电钢管塔结构的施工抗风安全提供了依据.     

基于应力比值法的张弦结构动力放大系数研究

在结构连续倒塌分析中,可通过荷载动力放大系数将静力荷载进行放大,从而间接模拟结构的动力响应.目前国内外相关文献中关于动力放大系数取值的观点不同.对于空间结构,杆件失效后剩余结构容易出现塑性;塑性程度对动力放大系数影响较大,使得动力放大系数具有不确定性.提出采用应力比值法研究张弦结构的动力放大系数,其过程为:在设计荷载组合下控制结构不同的平均应力比值,得到不同构件截面大小的结构模型,然后对这些模型进行动力放大系数的分析.为了充分研究动力放大响应,分别定义了弹性位移动力放大系数、弹塑性动力放大系数和荷载动力放大系数.分析结果表明:对于张弦结构,弹性动力放大系数最大不超过2.0;由于塑性的发展,弹塑性动力放大系数有可能超过2.0.荷载动力放大系数取2.0比较保守;建议索破坏时荷载动力放大系数取1.6 ～1.8,其他重要构件破坏时荷载动力放大系数取1.3 ～1.5.     

基于不同规范下大跨钢箱梁人行桥动力响应分析

目前各国规范中规定的人行荷载模式并不统一,它们之间存在一定的差异性,现有不同规范下对人行荷载作用下人行桥动力响应的对比研究甚少。以一频率处在行人步频范围之内的大跨钢箱梁桥梁为例,对比研究了包括国际标准化组织ISO10137规范、德国EN03规范在内的五种不同规范人行荷载模式的动力响应。结果表明,在连续行走的工况作用下,不同的加载模式对人行桥产生的竖向加速度沿着跨度的变化趋势一致,都是先增大后减小,但总体而言,ISO10137规范给出的人行荷载模式对人行桥产生的加速度和位移响应较其他规范大,对于一些对振动舒适度要求较为严格的实际工程进行动力响应分析时建议首选;德国EN03规范荷载模式所产生动力响应对折减系数比较敏感,尤其是当外荷载在2.3～2.5Hz时,折减系数为零,该规范不再适用;在其余三种规范的荷载模式激励下,人行桥动力响应相对较小。     

爆炸荷载作用下全玻幕墙动力放大因子求解

目前GB 50009-2012《建筑结构荷载规范》对爆炸荷载的动力放大系数没有明确的说明,要求我们根据动力分析结果确定。为了得到作用在全玻幕墙上的爆炸荷载动力放大系数,本文以天津港爆炸事故为背景,依据荷载规范,运用SAP2000有限元对爆炸荷载作用下全玻幕墙的动力响应进行时程分析,得到动力和静力荷载作用下玻璃肋的最大变形和应力,通过比较不同距离处玻璃肋的最大应力和变形得到爆炸荷载的动力放大系数为1.6,可为全玻幕墙的抗爆设计提供了理论依据。     

波纹钢板涵洞的动力放大系数

对4种波纹钢板(CSP)涵洞的动力放大系数(DAFs)进行了试验研究。给出了静力和动力荷载下现场试验的结果。动力荷载下的位移和应变均高于静力试验。基于上述两种方法确定DAFs。在第一种方法中,可以从静力试验中直接获得结构的静力响应。在第二种方法中,可对涵洞的动态响应进行筛选,得到结构的静态响应。为使静态值的DAFs不存在较大误差,采用过滤法对涵洞的动态响应进行筛选。与第一种方法相比,误差不超过3%。位移的DAFs为1.116～1.260,应变的DAFs为1.105～1.293。DAFs的主要影响因素有涵洞的跨度、土壤覆盖层厚度和车速。研究得到的结论有助于评估CSP涵洞的动力放大系数和承载率。     

海风环境大跨越铁塔风致响应研究

大跨越输电塔属风敏感结构,风荷载是设计的主要控制荷载。本文以某一海风环境大跨越输电塔为研究对象,结合动力时程法,计算得到了大跨越塔的风致响应时程,研究了结构各部位的风振系数分布特点,并与我国规范进行了对比。通过研究,揭示了海风环境大跨越塔的风振特性,结果可作为大跨越铁塔结构抗风设计的参考。     

铁路简支梁桥动力响应数值分析与实测验证

以某铁路简支梁桥为工程背景,基于有限元软件ANSYS实现了列车荷载作用下简支梁桥自振特性分析与动力响应计算,并利用现场实测加速度响应对有限元计算结果进行了验证。基于验证后的有限元模型,研究了跨径、车速及车重等关键因素对铁路简支梁桥动力响应的影响,采用移动荷载模型分析该简支梁桥在列车荷载作用下的动力响应。结果表明:简支梁桥自振频率及加速度特征值与有限元计算值总体上吻合较好,但由于现场实测存在多种环境因素干扰,局部对比结果存在差异;有限元计算的加速度平均值大于现场实测值,但幅值相差不大且都呈周期性变化;桥梁1阶及3阶自振频率的实测值与有限元计算值较为接近;跨径、车速及车重等关键因素均对桥梁动力响应产生一定影响,随着列车车速的提高,简支梁桥动力响应明显增加,列车驶离桥梁后,桥梁自由振动的振幅随车速的提高显著增大;简支梁桥跨径与车重均对跨中截面挠度影响显著,在设计过程中应予以重视;所得结论可为铁路桥梁的动力性能评价提供参考。     

基于现场检测及有限元分析的铁塔工程安全性评估

本文探讨了铁塔钢结构工程的检测项目与检测方法,首先,通过对某铁塔工程的倾斜率、尺寸、涂层厚度、连接质量等各项参数的现场检测,并结合环境激励的方法对铁塔工程进行动力特性测试。然后,根据现场实测数据及设计图纸资料,利用ANSYS有限元软件建立铁塔结构的有限元模型并进行分析。分析结果表明:铁塔工程的有限元模型动力特性计算结果和现场实测结果相比较接近,说明所建立的有限元模型可以满足工程需要,并可以为进一步分析提供基础。最后,对该有限元模型在设计荷载作用下进行静动力响应分析,计算结果表明:铁塔结构各构件的抗力和作用效应之比均大于1.0,说明该铁塔工程在目前状况下其承载能力可以满足正常使用要求。     

采动区地表变形对输电铁塔抗风性能的影响研究

为研究采动区地表变形对输电铁塔的抗风性能的影响,以典型的110 k V输电铁塔为例,建立有限元模型,分析在不同类型地表变形下铁塔在风荷载作用下的破坏特征,获得了铁塔极限风荷载与地表变形的相关关系。研究表明:输电铁塔的抗风极限承载力随着地表水平变形值的增大而减小,且地表变形值越大,抗风极限承载力的减小幅度变化越明显;与垂直于风荷载方向的地表水平变形相比,当地表水平变形的方向与风荷载方向相同时,输电铁塔抗风性能的下降更为明显;地表水平拉伸变形对输电铁塔抗风性能的不利影响比地表水平压缩变形更为明显。单支座的竖向下沉对铁塔抗风性能的不利影响非常显著。     

低矮房屋风致结构响应极值不确定性分析

风致结构响应极值估算在结构抗风的可靠度设计中十分重要。在整个极值估算过程中,由于许多不定或随机的因素存在(如：极值自身、估算方法、样本采集、极值概率模型等),得到的极值通常存在不确定性。在各种影响因素中,该文将考虑结构响应极值变量本身的随机特性,对任意分位点处响应极值的不确定性进行分析。首先,利用有限元软件对低矮房屋模型进行框架结构设计并优化,加载风压荷载得到结构响应时程数据。然后,基于Hermite多项式模型(HPM)转换过程方法,估算得到响应的极值Ⅰ型分布(Gumbel);基于该极值估算方法,提出时程样本偏度、峰度、零超越次数与Gumbel分布两个参数之间的经验公式。接着,考虑前四阶矩的不确定性,利用经验公式以及多步概率分析,对任意分位点处响应极值的不确定性进行估计。最后,给出相关结论。     

岩溶地区动荷载下隧道的稳定性分析

针对岩溶地区动力荷载下新建隧道的动力响应进行研究。基于Abaqus有限元软件,建立了地下移动荷载作用下的溶洞-衬砌-隧道三维耦合模型。对比分析了无荷载、集中静荷载和集中移动简谐荷载下的地下隧道动应力响应。研究了地下移动荷载作用下溶洞与隧道边距和溶洞尺寸的影响。     

基于实测车流的大跨度悬索桥振动响应研究

以江阴长江公路大桥为工程背景,对大桥收费站实测交通流数据进行统计,建立典型车辆的等效荷载模型,模拟具有实际车流特性的6车道随机交通流。基于数值仿真技术编制程序,并考虑车-桥耦合效应,应用所模拟的6车道交通流和大桥有限元模型,计算大桥在实测车流作用下主梁不同位置位移和内力的振动响应以及动力放大系数。通过对位移和内力的变化规律分析,研究实测车流作用下大跨度悬索桥的振动响应特征。研究结果表明:不同地区典型车辆荷载存在一定差异;车流作用下大桥主梁1/4跨位置位移振动响应最大,而内力振动响应极值出现在大桥跨中位置;位移动力放大系数与现行规范规定符合程度较高;考虑车-桥耦合效应的内力动力放大系数与规范相比偏差较大,内力动力放大系数对局部范围内的车辆振动更加敏感。     

冲击荷载作用下受损网壳结构全过程动力响应分析

选用K6型单层受损网壳结构模型,利用国际通用计算动力荷载的非线性有限元软件ANSYS/LS-DYNA进行数值模拟,建模时考虑材料应变率的影响;分别在顶点和损伤点施加冲击荷载,追踪在不同荷载峰值作用下结构的全过程动力响应,绘制节点的荷载-位移曲线,依据B-R准则,得到荷载作用在不同冲击点时网壳动力失稳的临界荷载,并对比相同幅值静力荷载作用下的结构响应.结果表明:冲击荷载作用下的结构响应远大于静力荷载作用下的,且结构破坏形式也不相同;对于受损结构,要避免在受损区域承受冲击荷载,受损部位需要进行及时维修加固.     

精细化风荷载作用模式下输电塔的动力响应研究

为研究精细化风荷载作用下输电塔的动力响应特性,采用高频天平测力试验获得横担和塔身及其主要杆件的体型系数,采用节点集中加载和均布加载两种风荷载作用模式,计算了高压输电塔在不同加载模式下的风致动力响应以及风振系数,并与规范结果进行对比分析。研究表明:相比试验结果,规范建议的体型系数偏低,由此得到的结构位移、加速度和杆件内力响应均偏小,但按规范方法得到的风振系数偏大;与节点集中加载方式相比,均布加载模式下塔身的总体位移和加速度响应基本不变,横担的位移和加速度响应略有增加;横担主杆、腹杆和塔身斜撑的截面最大应力均有不同程度的明显增加,而塔身主杆的截面最大正应力变化不显著。风荷载加载模式对横担的内力响应影响较大,但对塔身主杆的内力和整塔的风振系数影响较小。     

内源爆炸荷载作用下饱和土中圆形衬砌隧道的瞬态响应解答

内源爆炸荷载作用下隧道的动力响应,经常被简化为以爆源为中心的二维平面应变问题,其实际上是一个三维岩土工程问题。为评价隧道爆源及周围区域的爆炸破坏,采用Laplace和Fourier变换,提出一种在内源爆炸荷载作用下,饱和土体中圆形衬砌隧道的瞬态响应精确解答。基于Biot波动理论,将周围土体和衬砌结构分别看成饱和两相介质和弹性介质,推求了Laplace和Fourier变换域内爆炸荷载作用下衬砌和周围饱和土体的动力响应解析解。利用Laplace和Fourier反变换的数值方法,进行了爆炸荷载作用下衬砌和周围土体的动力响应数值分析。结果表明:与简化的二维平面应变模型相比,基于三维模型得到的切向应力、径向位移和孔隙水压力较小;隧道的动力响应随时间而迅速减小,并随着与爆源距离的增加,而在径向和轴向上呈指数衰减。     

钢结构高层住宅的风振模型与风振特性研究

为探讨高层钢结构风振计算模型的合理性和风振响应特性,对某钢结构高层住宅进行了风洞试验,得到了建筑表面的风荷载时程;建立面向风振分析的弹性楼板精细模型、刚性楼板精细模型和简化层刚片模型,将测得的风荷载时程分别施加于三种模型,按随机振动理论计算得到了各模型在不同风向角下的顺风向、横风向和扭转向风振响应统计值,并与相关规范方法结果进行比较。结果显示:结构的峰值位移响应虽由顺风向控制,但加速度响应由横风向控制,扭转向加速度接近于顺风向;基于刚性楼板假定的风振分析所带来的偏差并不大,但采用简化层刚片模型及规范方法求得的扭转向位移可能偏不安全。     

输电塔在断线荷载作用下的动力响应

目前,许多有关输电塔在断线荷载作用下的响应分析,都假定多根导线同时断裂,然而大多数情况下多根导线并不是同时断裂的。针对这个问题,本文采用有限元分析方法,对导线同时断裂和不同时断裂所引起的动力响应进行了分析计算,得到了不同情况下输电塔的动力响应规律。结果表明,导线断裂存在时间差时所引起的动力响应,比导线同时断裂引起的动力响应更加剧烈。然而,目前施行的杆塔设计规范,将断线荷载视为静力荷载,并未考虑断线荷载引起的动力效应,望本文内容可以为现行规范提供参考。     

RC框架子结构连续倒塌动力响应分析

采用ABAQUS有限元软件的Explicit和Standard模块分别对RC梁柱子结构中柱失效的动力试验和静力试验进行了数值模拟,验证了模型的正确性,并在原动力试验的基础上做了进一步的计算,分析了中柱失效时间和梁上荷载值对剩余结构动力响应的影响。为得到该动力试验试件在不同静力荷载下的中柱位移,对该试件采用静力方式进行了加载,通过动力位移与静力位移的比值得到动力放大系数,随后讨论了失效时间和荷载大小对动力放大系数的影响。结果表明:失效时间越短,中柱的最大竖向位移和振幅越大,且动力放大系数随着失效时间的增大而减小; 梁上荷载越大,中柱节点的最大竖向位移越大,当荷载大于某一临界值时,位移将随时间持续发散增长,该临界点的荷载值可称作剩余结构的动态极限承载力; 剩余结构的动态极限承载力随着中柱失效时间的增大有所增加; 梁上荷载对动力放大系数值影响较小。     

动荷载作用下桥梁安全性的试验分析

桥梁荷载试验是桥梁内在质量和竣工验收最重要也是最直接的手段,而动力荷载试验研究桥梁结构的自振特性和车辆动力荷载与桥梁结构的联合振动特性。本文结合梅溪湖路西沿线谢家桥进行了行车动力响应、跳车、刹车动力响应和脉动试验,以测定该桥在动力荷载作用下的模态参数、受迫振动特性、自振特性,分析评价这个桥梁的安全稳定性。研究成果为桥梁在动荷载作用下桥梁的安全性评价提供指导作用,进一步丰富和完善桥梁整体性能和运营状态评价体系内容。     

地表移动荷载对既有地下隧洞动力影响解析研究

为获得地表移动荷载对地下隧洞的动力影响,首次给出了地表移动荷载作用下半空间隧洞动力响应解析解。地表移动荷载采用移动简谐荷载模拟,含隧洞半空间地基通过各向同性弹性介质模拟。基于弹性地基控制方程在直角坐标系和柱坐标系下基本解及平面与柱面波函数波形转换,结合地基表面和隧洞柱面施加边界条件,在频域中求得移动荷载下半空间弹性地基与隧洞解析解答,并结合快速Fourier逆变换求得隧洞时域动力响应。利用本解析模型,可计算获得地面移动荷载引起的地下隧洞振动影响,通过与已有研究对比,对本模型正确性进行验证。计算分析了不同荷载移动速度与隧洞埋深下,隧洞表面位移、加速度和地基中动应力响应。研究表明,随着荷载移动速度增加,隧道拱顶地基中动应力与振动加速度均显著增加。地基中动应力随隧道埋深增加迅速衰减,隧洞加速度随埋深衰减相对较慢,但当隧洞埋深超过某一临界深度时,隧洞振动可低于我国规范规定限值。在低速范围,隧洞临界深度随荷载速度线性增加,但当荷载速度超过一定值,隧洞临界深度随着荷载速度呈指数型增长。