索-梁组合结构中拉索的非线性响应

研究由桥面振动引起的斜拉索参数共振和亚谐波共振问题。首先,建立索-梁组合结构力学模型,推导了考虑拉索初始垂度的索-梁组合结构非线性动力学方程。然后利用多尺度方法研究斜拉索的参数共振和亚谐波共振,并对稳态解的稳定性进行了分析。最后对斜拉索参数共振和亚谐波共振进行数值模拟,得到不同阻尼及不同初始条件下的拉索时间历程曲线。数值模拟结果表明斜拉索振幅与阻尼有关,但不受拉索初始条件影响。     

斜拉桥拉索的参数振动有限元分析

为探讨斜拉桥拉索发生大幅参数振动的条件,以及在振动过程中拉索的振幅和张力波动的特点,本文利用作者建立的几何非线性结构非一致激励响应分析方法,进行了斜拉索的参数振动有限元分析。分析表明：桥面的面内激励易使斜拉索的振动包含面外对称振型,从而出现组合振动现象;而桥面的面外激励只激起面外对称振动,不易引起斜拉索的面内振动;增加斜拉索的阻尼可抑制其振幅,缩小其发生大幅振动的频率范围,但其张力波幅却相应增加。所得结果与以往研究者的解析结果及实验观测现象相一致。     

大跨度铁路斜拉桥全桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在外部动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发了非线性有限元动力时程积分方法,编制了有限元计算程序。以天兴洲大桥为研究对象,建立了斜拉桥全桥2维模型。研究了在理想外激励作用下全桥发生振动时斜拉桥的索-梁相关振动特性与拉索的共振条件。分析了不同工况列车通过桥梁时,车-桥耦合动力作用对拉索的影响。研究结果表明:对于大跨度铁路斜拉桥,发生索-梁相关振动时,斜拉桥中较长拉索更容易发生大幅非线性振动,拉索的1∶1主共振更容易发生,2∶1参数共振发生可能性较小;列车动力作用不会使拉索达到共振条件,不会造成拉索大幅振动。     

斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动影响

为研究斜拉桥主梁纵向漂移对拉索非线性振动的影响,利用Galerkin方法得到了两端激励拉索的离散运动方程,再用Matlab和DSolver分别求解,两者结果完全吻合。绘制了激励-响应关系图,分别研究两种纵向漂移频率(主共振和亚谐波共振)时固结体系、小幅纵向漂移和大幅纵向漂移三种情况下斜拉索非线性振动。结果表明:合理的主梁纵向漂移可有效减小斜拉索振动;斜拉索本质上只存在参数激励和强迫振动两种激励模式,在亚谐波共振时这两种激励模式互不影响。不论斜拉索角度,端部激励大小及方向如何变化,只要各激励在斜拉索轴向分量之和(参数激励)及横向分量之和(强迫振动)不变,则斜拉索响应不变。     

斜拉索受轴向激励引起的面内参数振动分析

考虑拉索垂直及几何非线性的影响，导出了拉索在轴向激励作用下的非线性振动方程，用谐波平衡法得出了产生参数共振的最小激励幅值，共振时瞬态和稳态的振幅值及拉索内力的变化特性，论述了结构阻尼对参数振动的影响，并对典型斜拉索进行了数值求解，研究结果表明，参数振动的响应特性与Irvine参数，频率匹配，激励幅值，倾斜角度等有关，索内力在瞬态现稳态有较大的变化，索的瞬态内力不容忽视。     

斜拉桥的多重内共振及其耦合过程研究

斜拉桥具有复杂的内共振特性,以往多是通过频率的倍数关系去研究多模态间的内共振,忽视了对耦合过程的研究。为研究其多重内共振及各模态相互耦合过程,进行了斜拉桥非线性动力学模型实验。实验观测到多重内共振及其导致的全桥大幅振动,发现当外激励频率约为长斜拉索固有频率2倍时,能激发其大幅"拍振",且两个"拍频"之和正好等于外激励频率。通过分段分析和无相移滤波研究了各模态的相互耦合过程。研究表明:斜拉桥非线性模态频率低于线性模态频率;多重内共振需经历一定时间的耦合作用方能引发斜拉桥大幅稳态振动;强迫振动、局部-混合模态耦合振动和组合内共振同时发生是单频外激励能激发斜拉索"拍振",且"拍频"之和等于外激励频率的根本原因。     

斜拉桥参数振动有限元分析与半主动控制

采用有限单元法分析了斜拉桥的非线性参数振动问题,验证了在一定的频率范围内斜拉索与桥面板会发生参数共振;提出了应用形状记忆合金(SMA)对斜拉桥的参数振动实施半主动控制,并数值模拟了其控制效果,结果表明,斜拉桥参数振动的SMA半主动控制,不仅能大幅度地降低斜拉索和桥面板的振动,而且能有效地抑制斜拉桥参数共振的发生。     

斜拉桥索-梁相关振动概念及其研究方法初探

将斜拉索在端点位移激励作用下的强迫振动与参数振动定义为索-梁相关振动。把拉索振动的非线性振动方程与非线性有限元动力时程积分方法结合起来研究了索-梁相关振动现象。通过编程建立了数值计算模型,根据计算结果讨论了结构在发生索-梁相关振动时的特性。计算结果表明,拉索的局部振动与整体结构的相关效应较为明显,计算结果较为接近实际结构振动的情况。该方法可以应用于全桥有限元计算模型的建立与研究。     

采用向量式有限元的拉索参数振动模拟

拉索的参数振动主要是由连接拉索端部的结构振动引起的,当端部振动频率与拉索的自振频率满足一定倍数关系时,拉索端部激励容易激发较大拉索参数振动。由于参数振动存在复杂的非线性振动特征,传统的解析方法难以应用于实际工程。本文发展了模拟拉索参数振动的向量式有限元方法,对斜拉索在动边界条件下的振动进行分析,对比控制方程的数值解以验证结果的准确性。并基于向量式有限元模型对端部支座轴向运动激励下产生的主共振区和主参数共振区特性进行讨论,分别研究了拉索倾角、阻尼比以及风荷载协同作用对参数振动的影响。研究结果表明向量式有限元可以有效模拟复杂工况下的拉索参数振动,有利于实际工程应用。     

斜拉桥拉索模态耦合非线性共振响应特性

考虑拉索垂度及几何非线性的影响,导出了斜拉索的面内外耦合非线性振动方程。通过Galerkin方法,将偏微分方程化为常微分方程,用多尺度法对耦合方程求解,得出了面内外一阶模态耦合振动特性。对典型斜拉桥拉索进行了计算,结果表明:拉索可能产生1:1内共振,共振频率区间及振动幅值与索的垂度大小有关;索内阻尼对共振特性也有较大的影响;由于非线性的影响,响应幅值与初始条件有关。     

索-曲梁组合结构的面内振动

研究了索-曲梁组合结构的面内动力特性。首先利用Hamilton变分原理得到索-曲梁的线性运动方程以及索-曲梁组合结构的边界条件,然后在给定位移边界条件下通过解析求解得到索、曲梁各自的特征值,进而可以确定组合结构的固有频率。最后讨论了索的倾角和曲梁半径以及曲梁的不同截面对组合结构固有频率的影响,并且与有限元结果进行了对比。结果表明固有频率与索与曲梁的质量比、曲梁半径以及索的倾角有关。     

大跨度斜拉桥的施工非线性倒拆分析

以斜拉桥静载弯曲能量作为目标函数,综合考虑斜拉索垂度效应、梁柱效应和大位移效应,并采用混合法求解系统方程,确定斜拉索成桥时的初始张拉力。以由此确定的斜拉桥初始状态作为施工非线性倒拆分析的初始状态,倒拆分析的过程中需要考虑相应阶段的混凝土收缩、徐变影响,倒拆分析的结果作为斜拉桥施工阶段的斜拉索张拉力,即斜拉桥施工阶段的最终优化结果。该方法经过算例验证,取得了较好的结果,为斜拉桥的施工控制提供了依据。     

基于有限元-向量式有限元的斜拉桥非线性振动计算方法

向量式有限元(VFFE)法本质上是考虑几何非线性的有限元(FE)显式动力时程积分方法。阐述了向量式有限元的基本原理,对比了向量式有限元与基于单元随动坐标系的非线性有限元动力计算方法的相同点与差别,开发了使用杆、梁单元的有限元-向量式有限元统一算法框架的计算程序。使用该程序建立了大跨度斜拉桥计算模型,首先,使用非线性有限元法计算了斜拉桥的静力状态与动力特性,计算了列车-桥梁耦合动力作用下桥梁的振动;然后,使用向量式有限元法计算了斜拉桥在拉索突然断裂状态下的非线性振动;最后,计算了在列车-桥梁耦合动力作用下,拉索发生断裂时,桥梁与列车的振动状态。结果表明:使用向量式有限元可以简单可靠地直接模拟斜拉桥在破坏状态下的非线性振动状态;列车运行至跨中附近时,若斜拉桥跨中最长拉索突然发生断裂,对其他拉索的安全性影响不大,离断裂拉索越远的拉索受到的影响越小,但拉索突然断裂会对桥上行驶中列车的安全性造成威胁。该研究为大跨度斜拉桥在破坏状态下的非线性振动分析提供了新的解决方案。     

混凝土斜拉桥施工及运营阶段的非线性影响分析

以武汉市江汉四桥(主跨232m的独塔双索面预应力混凝土斜拉桥)为例,对混凝土斜拉桥在施工阶段和使用阶段由荷载及温度作用所导致的结构反应进行了现场检测,对结构中的几何非线性影响进行了比较详尽的分析。结果表明:合拢前由施工荷载所导致主梁位移中的非线性影响最大可达18.8%,索力中的非线性影响最大可达18.3%,由温度作用所导致主梁位移中的非线性影响最大可达14.5%,索力中的非线性影响最大可达16.3%;合拢后由桥面二期恒载所导致主梁位移中的非线性影响最大可达14.1%,索力中的非线性影响最大可达15.3%;成桥后由汽车活载所导致主梁位移中的非线性影响最大可达12%,索力中的非线性影响最大可达9.5%。同时与实测值比较可以看出非线性结果更能反映结构的实际受力状态。     

移动载荷作用下斜拉桥结构的动态响应计算分析

运用斜拉桥的近似分析方法,将漂浮体系的斜拉桥结构简化成两端简支且中间离散弹性支撑梁、变地基系数梁和均匀地基系数地基梁三种模型。建立了移动载荷作用下斜拉桥结构的动力学方程,用四阶龙格库塔法对动力学方程进行了计算,对三种模型的固有频率和三种模型在相同移动载荷作用下的动态响应进行了比较,并对移动载荷移动速度、垂直振动的刚度和阻尼对桥梁动态响应的影响进行分析。结果表明,当拉索等效弹性系数较小时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别较小,当拉索等效弹性系数较大时,三种模型的固有频率和挠度曲线差别明显;桥梁动态响应的频谱由桥梁的固有频率和移动载荷的自振频率组成;移动载荷垂直振动的刚度越大,阻尼越小,桥梁振动的响应越大。     

大跨度斜拉桥空间振动计算分析

本文提出了一种分析列车、大跨度钢桁梁斜拉桥系统空间振动的方法.文中采用21个自由度的列车空间振动模型,对斜拉桥桁架、桥塔、拉索分别采用桁段有限单元、空间梁元、空间杆元来模拟,计算了列车以不同车速通过大跨度斜拉桥的空间振动响应,所得结果可供设计参考.     

橡胶缓冲装置对斜拉桥与引桥碰撞影响研究

国内外对斜拉桥的抗震性能研究比较完善,取得了丰富的研究成果,斜拉桥的抗震性能一般均能满足抗震需求,但在以往地震中却发生过多座斜拉桥伸缩缝破坏或引桥落梁震害。针对目前大跨度斜拉桥与引桥之间碰撞问题的研究还不够深入,对斜拉桥与引桥之间防碰撞措施的研究还不够系统这一问题,研究了橡胶缓冲装置对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的减震效果,分析了橡胶缓冲装置结构参数对斜拉桥与引桥之间碰撞响应的影响规律。     

曲线箱梁桥的车桥相互作用分析

针对公路和城市立交中的曲线箱梁桥,基于剪力柔性梁格法建立了曲线箱梁的梁格模型,进行了车桥相互作用分析。采用三角位移函数,基于平衡法推导了一种新型曲梁单元。利用曲梁的力-位移关系,得到了极坐标下空间曲梁单元的刚度矩阵和一致质量矩阵。根据拉格朗日定理,建立了7自由度空间车辆模型。采用逆傅立叶变换法,由功率谱密度生成了4种等级的桥面不平度。数值仿真了一混凝土单箱双室曲线连续箱梁桥的动力特性和车桥相互作用,并分析车辆横向位置、车速、桥面不平度、曲率半径等因素对桥梁冲击系数的影响。结果表明:该曲梁单元简便、实用,所建立的曲梁梁格模型可以准确地模拟曲线箱梁桥的车桥相互作用。