基于环境激励的桥梁结构动力测试及模型修正

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标.首先根据设计图纸建立了312国道上的一座公跨铁立交桥的三维有限元模型,分析了桥梁的动力特性,同时通过环境振动测试获得了桥梁的实测动力特性,然后在灵敏度分析和优化理论的基础上,选取了一组设计参数,对桥梁的有限元模型进行了修正.修正结果表明该方法简单有效,修正后的有限元模型能够较好地反映桥梁的动力特性,可用于检测桥梁在复杂外力作用下的动力响应,能更好地为后期的损伤识别和健康评估服务.     

大跨高墩连续刚构桥动力特性研究

以重庆芙蓉江特大桥为研究对象,应用大型通用有限元程序ANSYS对该桥进行动力特性分析,分别采用空间结构板壳单元shell63与梁单元beam4两种建模方式,分析了其动力特性,对两种模型的数值分析结果进行了比较.结果表明:两种模型的计算结果的差异均在工程允许范围内,两种建模方法都是可行的.在实际工程中可以考虑采用梁单元进行计算,以满足工程实时性要求,节省建模和计算时间,缩短设计周期.     

大跨度PC连续刚构桥徐变预测模型

为了能准确预测混凝土收缩徐变,提出了一系列徐变预测模型,但传统的徐变理论研究主要是针对普通混凝土进行的,所提出的徐变模型并不能完全适用于高强混凝土。对各徐变预测模型进行分析比较,最终参考了日本混凝土示方书建议模型,并在高强混凝土徐变试验的基础上,提出了一个适用于高强混凝土的徐变预测模型。基于Abaqus平台,使用Python语言进行二次开发,定义了修正模型的徐变规律,并采用修正后的模型计算牛角坪大桥的徐变应变。结果表明,修正模型的精度,能很好的满足工程需求。     

连续刚构桥动力数值模拟及减震技术研究

以京沪铁路大跨度箱形截面连续刚构桥为研究对象,运用ANSYS大型有限元分析软件对其动力特性进行了数值模拟分析,通过比较纵横向地震波作用下的桥梁动力响应,得出连续刚构桥在进行动力分析时需要同时考虑两种方向波对结构的不同影响,以此为基础,分析了采取不同抗震、减震措施时对该桥梁结构力学性能的影响.分析结果表明:支撑体系的刚度对结构的动力特性影响较大;圆角空心墩的减震效果好于矩形空心墩;桥墩的刚度越大,地震作用下的结构内力越大.     

基于环境激励的桥梁结构动力有限元模型修正研究

在实际桥梁结构中,基于有限元分析得到的结构模型动力特性与测量结果相比往往有较大的出入,甚至超出了工程实践中所要求的精度,因此需要借助实验分析和模型修正技术对有限元模型进行修正.本文首先对有限元模型修正和传感器优化布置方法进行了详细的归纳和总结,并且分析了动力有限元模型修正中存在的一些问题.然后,通过具体的算例对近年的研究成果进行了总结,其中包括基于灵敏度分析和优化理论对一现有大型桥梁进行了有限元模型修正,以及基于序列法和改进遗传算法对一桥梁进行了传感器优化布置,研究结果可广泛应用于桥梁结构的损伤识别,既有(受损)结构的承载力评定和结构的长期健康监测,具有较大的理论意义和工程实用价值.     

预应力大跨度连续刚构桥线形监控的实例分析

将现有桥梁线形监控理论应用于具体工程项目的施工控制中,结合厂溪特大桥的监控实例综合分析了大跨度预应力连续刚构桥的线形监控要点,阐述了连续刚构桥的监控目的、施工方法及线形监控的组织措施,并对线形监控数据的成果进行了分析。本研究对同类大跨度连续刚构桥施工质量、进度与安全的控制有较好的借鉴作用。     

预应力大跨度连续刚构桥线形监控的实例分析

将现有桥梁线形监控理论应用于具体工程项目的施工控制中,结合厂溪特大桥的监控实例综合分析了大跨度预应力连续刚构桥的线形监控要点,阐述了连续刚构桥的监控目的、施工方法及线形监控的组织措施,并对线形监控数据的成果进行了分析。本研究对同类大跨度连续刚构桥施工质量、进度与安全的控制有较好的借鉴作用。     

高墩大跨度连续刚构桥抗震性能分析

以西南山区某高墩大跨度预应力混凝土连续刚构桥为例,应用Midas civil建立了有限元分析模型,分析了该桥的自由振动特性。采用非线性时程分析方法分析了该桥在E1、E2地震作用下的抗震性能。     

大跨度连续刚构桥抗震性能分析与改造策略

结合一座大跨度连续刚构桥实例,分析了在地震作用下该种桥梁的地震反应,通过改造桥梁形式,减小结构地震力。分析表明,刚构桥的基本周期较短,地震力较大;改造成采用减隔震支座的连续梁桥后,墩柱的地震力明显下降,桩基的轴力也下降明显,但是对于桩基的弯矩减小不大,但是整体上改造后对抗震有利。     

预应力连续箱梁桥的动力有限元模型修正

以张家港河大桥为对象,建立主桥的初始有限元模型,基于频率指标和振型相关系数指标,定义了相比传统更合理的目标函数,利用实数编码加速遗传算法,基于环境激励模态试验的前7阶模态参数,对其初始有限元模型进行修正,并利用后3阶模态参数,对修正后有限元模型的预测能力进行评估。由修正结果和预测能力可知,采用上述指标定义的目标函数和实数编码加速遗传算法,对预应力混凝土连续梁桥的有限元模型进行修正,获得准确反映其实际动力行为的有限元模型。     

大跨度连续刚架拱桥的地震响应研究

广州新光大桥是世界上第一座三跨连续钢桁拱与钢筋混凝土V型刚构结合的钢-混凝土组合体系桥梁,主桥跨度为(177 428 177)m.以广州新光大桥为例,研究地震动空间变化对大跨度连续刚架-拱组合体系桥梁地震响应的影响.地震空间效应变化考虑了桥梁支点间横桥向和顺桥向多点激励和行波效应,研究结果表明:在不同的地震激励下桥梁的地震响应特征截然不同,地震动的空间变化对主拱肋、V型刚架的影响很大,而对边拱肋的影响相对较小;且随着剪切波速增加,主拱顶相对拱脚的纵桥向位移逐渐减小,而边拱拱顶的纵桥向位移基本不受剪切波速的影响.     

Effect of concrete creep on pre-camber of continuous rigid-frame bridge

The effect of concrete creep on the pre-camber of a long-span pre-stressed concrete continuous rigid-frame bridge constructed by cantilever casting method was investigated.The difference of creep coefficients calculated with two Chinese codes was discussed.Based on the calculations,the pre-camber of a pre-stressed concrete continuous rigid-frame box bridge was computed for construction control purpose.The results show that the short-term creep coefficient and long-term creep coefficient calculated with the CC-1985 are larger than those calculated with the CC-2004,while the medium-term creep coefficient calculated with the CC-1985 is smaller than that calculated with the CC-2004.The difference of creep deformation calculated with these two codes is small,and the influences of concrete creep on the pre-camber for most of the segments are negligible.The deflections and stresses of the box girder measured during the construction stages agree very well with the predictions.     

大跨径悬索桥动载试验研究

为检验在役大跨径悬索桥结构的动力性能,对主跨128 m地锚式悬索桥进行动力试验。测试其自振频率、振型和阻尼比;激振试验中,测试桥跨结构在汽车以不同速度通过桥跨和在桥上特定位置跳车时桥跨结构的动应变、动位移、振幅以及加速度等动力响应,计算得出冲击系数。并将实测结果与有限元结果进行对比分析。结果表明,该悬索桥具有较好的竖向刚度、横向刚度;汽车在桥上运行时对桥跨结构有一定的冲击作用但并不明显,有障碍行车舒适度较差。     

Dynamic analysis and modal test of long-span cable-stayed bridge based on ambient excitation

To study the stiffness distribution of girder and the method to identify modal parameters of cable-stayed bridge, a simplified dynamical finite element method model named three beams model was established for the girder with double ribs. Based on the simplified model four stiffness formulae were deduced according to Hamilton principle. These formulae reflect well the contribution of the flexural, shearing, free torsion and restricted torsion deformation, respectively. An identification method about modal parameters was put forward by combining method of peak value and power spectral density according to modal test under ambient excitation. The dynamic finite element method analysis and modal test were carried out in a long-span concrete cable-stayed bridge. The results show that the errors of frequencies between theoretical analysis and test results are less than 10% mostly, and the most important modal parameters for cable-stayed bridge are determined to be the longitudinal floating mode, the first vertical flexural mode and the first torsional mode, which demonstrate that the method of stiffness distribution for three beams model is accurate and method to identify modal parameters is effective under ambient excitation modal test.     

多跨连续桥梁位移响应的动态影响线方法研究

为了提高桥梁结构健康监测系统的运行效率,真正实现针对问题结构的实时评价,提出了多跨连续桥梁响应求解的动态影响线方法.结合传统准静态影响线的定义,将影响线的概念扩展到动态影响线范围,利用有限元软件强大的模态分析功能,在准确获取振型函数的基础上,实现对多跨连续桥梁结构的动力响应求解.通过数值模拟,验证了桥梁动态位移影响线求解的准确性,为进一步的应用做好准备.     

基于动力特性分析的刚架拱桥损伤检测及仿真模拟

桥梁结构的模态特性能直接反应桥梁各部分的质量、刚度分布特性。以某市二桥为例,通过桥梁现场模态试验,建立混凝土刚架拱桥空间结构有限元模型,分析桥梁模态特性和结构损伤之间的关系,重点研究横向联系体系对动力特性的影响。结果表明：成桥理想状态模型结构横向刚度较大,直至第7阶振型才出现横向振动,而桥梁运营过程中横向连接的损伤直接导致了该桥在模态试验中横向振型的密集及阶次提前发生。因此,该桥的加固设计需重点考虑横梁连接的补强问题。     

大跨桥梁结构的长周期地震响应分析

以某大跨度斜拉桥为工程背景,采用ANSYS程序建立桥梁结构的三维有限元模型,选用两条典型的长周期地震波,对大跨桥梁结构进行地震反应分析,比较长周期地震波和普通地震波作用下桥梁结构反应的差异,探讨大跨桥梁结构的长周期行波效应问题。     

伸缩缝参数对大跨度拱桥车致动力响应的影响

为探究伸缩缝参数对大跨度中承式钢管混凝土拱桥车致动力响应的影响,建立了考虑伸缩缝参数影响的车-桥耦合动力响应分析方法（车-缝-桥耦合动力响应分析方法）;进而以某大跨度中承式钢管混凝土拱桥为研究对象,探究了伸缩缝高差、支撑刚度、缝宽等参数对车-缝-桥耦合动力响应的影响规律。结果表明:1）伸缩缝设计参数条件下,随车速的增加车辆对伸缩缝的竖向冲击作用呈先减小后增大的趋势,与主梁车致冲击作用相比,伸缩缝车致冲击作用更加显著;随车速增加主梁车致冲击系数呈增大趋势;考虑伸缩缝参数影响后,车辆对主梁的竖向冲击作用与空间位置有关,与伸缩缝位置相近的主梁测点冲击系数更大。2）伸缩缝参数变化条件下,中横梁升高会导致车辆对伸缩缝的冲击作用增大,而中横梁升高或降低均会导致车辆对梁端的冲击作用增大,并造成支座反力的增大;伸缩缝支撑刚度降低或缝宽变大时,车辆对伸缩缝中横梁的冲击作用影响均增大;伸缩缝参数对主梁1/4跨截面、1/2跨截面位移响应影响较小。     

大跨双层斜拉桥多点激励地震响应

根据谐波合成法,利用Fortran编制了基于功率谱输入的多点人工波生成程序。以目前跨度最大的双层公路斜拉桥——上海闵浦大桥为研究对象,研究大跨双层斜拉桥的多点激励地震响应。基于Abaqus平台建立了该桥精细梁壳有限元模型。在静力几何非线性分析的基础上进行特征值分析与几何非线性多点激励时程分析,给出了全桥的动力特性与主塔、辅助墩的主要地震内力以及桥面间腹杆(竖腹杆、斜腹杆、边斜杆)轴力变化规律。研究表明:辅助墩横梁以下墩身横桥向剪力分布均匀,且距主塔越远其墩身横桥向剪力和弯矩越大。边跨上、下层桥面间的腹杆轴力变化较大,尤其是墩顶附近的竖腹杆和斜腹杆。边斜杆轴力分布较为均匀,但位于墩顶与跨中断面处的边斜杆轴力较小。跨中处竖腹杆和斜腹杆轴力较小,中跨其他腹杆轴力较均匀。     

Finite element model updating of existing steel bridge based on structural health monitoring

Based on the physical meaning of sensitivity,a new finite element（FE） model updating method was proposed. In this method,a three-dimensional FE model of the Nanjing Yangtze River Bridge（NYRB） with ANSYS program was established and updated by modifying some design parameters. To further validate the updated FE model,the analytical stress—time histories responses of main members induced by a moving train were compared with the measured ones. The results show that the relative error of maximum stress is 2.49% and the minimum relative coefficient of analytical stress—time histories responses is 0.793. The updated model has a good agreement between the calculated data and the tested data,and provides a current baseline FE model for long-term health monitoring and condition assessment of the NYRB. At the same time,the model is validated by stress—time histories responses to be feasible and practical for railway steel bridge model updating.