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。     

考虑吊索阻尼比影响的悬索桥抖振响应分析

目前对大跨度悬索桥抖振响应的分析中,往往忽略了吊索阻尼比的影响。本文在考虑吊索阻尼比的情况下研究悬索桥抖振响应,采用了自由振动衰减法计算不同长度、初张力、直径、风速下的吊索阻尼比,分析吊索阻尼比与总阻尼比间的关系,构建了单吊索—主梁阻尼模型,最终由抖振分析计算出吊索阻尼比对悬索桥抖振位移均方差的影响。结果表明,悬索桥跨中位移随着吊索长度的增加而增大,随着吊索初张力的增大而增大,随着吊索直径的增大而减小,风速对悬索桥抖振响应有较大的影响,随着风速的增加而增大,且基本呈线性增长。因此在计算和设计悬索桥时,必须考虑吊索阻尼比的影响。     

大跨高墩连续刚构桥抖振响应分析

为给大跨高墩连续刚构桥安全施工提供有效依据,以桥梁抗风理论为基础,利用Matlab编制风速时程模拟程序,模拟了桥梁风速时程,计算了施工阶段最大双悬臂状态下的桥梁抖振响应,提出了对应施工建议。该分析方法和结果为类似桥梁的抗风稳定性及安全施工研究提供了依据。     

超大跨度悬索桥抖振特性的全桥模型风洞试验

以主跨1650m的某超大跨度悬索桥为研究背景，介绍了大跨度悬索桥全桥气动弹性模型设计和制作中的一些技术特点，并以风洞试验为手段，研究了超大跨度悬索桥在紊流作用下的抖振特点，可以作为大跨度悬索桥初步设计时参考。     

悬索桥抖振分析中计入背景分量的实用方法

Scanlan方法是目前大跨桥梁抖振分析的常用方法.从应用角度出发,该方法计算抖振时仅计入了抖振的共振分量,而忽略了其背景分量.作者在对多座斜拉桥、悬索桥分析的基础上,认为对于日趋轻柔的大跨桥梁而言,考虑背景分量是必要的.本文着重对悬索桥的抖振背景分量情况作一分析,并提出了一种计入背景分量的抖振计算实用方法.     

高墩连续刚构桥线性抖振时程响应分析

采用Miyata T准定常气动力模型,通过双变量泰勒展开,导出12阶单元气动阻尼矩阵和气动刚度矩阵,并在ANSYS中以Matrix27单元输入来考虑桥梁结构风致抖振自激力模型,结合桥址处脉动风场的模拟,对某连续刚构桥最大双悬臂阶段和成桥运营阶段进行线性抖振时程响应分析。最后对脉动风荷载作用下的结构响应值和静阵风荷载作用结果进行了比较,得到脉动增大系数值。     

交通荷载作用下大跨悬索桥的非线性动力响应分析

研究了非线性系统的等价线性化动力分析方法以及大跨悬索桥非线性特性的表征,采用移动荷载模型分析了润扬长江大桥悬索桥在移动交通荷载作用下的非线性动力响应特征,包括单车过桥、车队单向过桥、车队双向过桥以及基于实测交通流量的连续车流过桥等4种工况。结果表明,在60～120km/h的正常行车状态下,车速对结构动力响应的影响并不显著;车重与结构挠度响应呈近似正比例关系;在连续车流作用下,动力响应最显著的部位为跨中区段;在不连续车流作用下,动力响应最显著的部位为L/8～L/4区段。本文的结论可以为大跨悬索桥梁的构造优化设计、空间疲劳分布效应研究及日常养护工作提供参考。     

附着升降脚手架风振响应分析研究

以上海长峰商厦工程为背景,建立了附着升降脚手架有限元分析模型,对其进行了动力特性分析及在风荷载下的动力响应分析,得出了指导相关工程实践的结论。     

大跨桥梁气动耦合抖振响应分析的实用方法

基于单模态响应的SRSS方法因其计算简便 ,是当前工程界分析大跨桥梁抖振的常用方法。但随着跨度增大 ,气动耦合效应对桥梁抖振响应的影响越来越强 ,SRSS方法计算所得的抖振响应将出现较大的误差。而目前国内外提出的考虑气动耦合效应的多模态抖振响应分析方法虽然精度比SRSS方法高得多 ,但计算过程过于复杂 ,难以被工程界接受。本文基于经典的Scanlan抖振分析方法 ,在合理简化的基础上 ,导出了多模态气动耦合抖振响应的近似闭合解 ;定义了描述模态之间耦合程度的模态耦合系数和提出了大跨桥梁气动耦合抖振响应分析的实用方法———修正的SRSS方法。最后以日本明石海峡大桥为例 ,说明了本方法的精度和实用性。     

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．     

Dynamic response of a long span suspension bridge and running safety of a train under wind action

A dynamic analysis model of a wind-train-bridge system is established. The wind excitations of the system are the buffeting and self-excited forces simulated in time domain using measured aerodynamic coefficients and flutter derivatives. The proposed formulations are then applied to a long rail-cum-road suspension bridge. The dynamic responses of the bridge and the train under wind action are analyzed. The results show that the lateral and rotational displacements of the bridge are dominated by wind, while the vertical by the gravity loading of the moving train. The running safeties of the train vehicles are much affected by wind. Under wind conditions of 30–40 m/s, the offload factors, derail factors and overturn factors of the train vehicles exceed the safety allowances, to which great attention should be paid. Translated from Engineering Mechanics, 2006, 23(2): 103–110 [译自: 工程力学]     

Parametric study on buffeting performance of a long-span triple-tower suspension bridge

The triple-tower suspension bridge is a brand new type of structural form that is equipped with a dominant mid-tower. The dynamic characteristics of this multiple main-span suspension bridge present a significant difference with that of the conventional single main-span suspension bridge. Hence, taking the Taizhou Yangtze River Bridge as an example, the buffeting performance of a long-span triple-tower suspension bridge under strong winds is comprehensively investigated via finite element method. Specifically, the sensitivity of structural buffeting performance to some major structural parameters, aerodynamic parameters as well as parameters of turbulence inputs is analysed in time domain. It was found that the structural buffeting performance heavily depends on the dead load of the main girder, sag-to-span ratio of the main cable, longitudinal stiffness and structural type of the mid-tower. Also, appropriate selection of aerodynamic admittance function, power spectrum model of fluctuating wind and the spatial coherence coefficient is important in the buffeting analysis. Besides, the self-excited forces have small impact on the calculation of buffeting responses of such a bridge. The analytical results can provide references for the buffeting analyses and wind-resistant design of similar long-span triple-tower suspension bridges.     

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。     

基于Ritz-POD的大跨屋盖结构风振响应分析和风效应静力等效方法

大跨屋盖风振响应中的多振型参与特性,及由此导致的多目标等效静风荷载问题,一直是大跨屋盖结构风工程研究和工程应用十分关注的问题。对作者及合作者近年来在该方面的研究工作所取得的进展进行了总结,并加以发展。利用POD分解得到本征模态表达的脉动风荷载空间分布形式,确定与荷载分布形式对应的Ritz向量,即主导模态;推导脉动风响应中背景响应和共振响应的数学表达式,给出背景响应与共振响应间的相关性分析方法;根据结构风振响应特性,以风荷载主要本征模态和结构主导振型惯性力构造多目标等效静风荷载的基本向量,利用最小二乘法得到基本向量的最优组合系数,从而得到针对多个等效目标的等效静风荷载。并通过对跨度40m的K6型单层球面网壳结构的计算验证本文方法的有效性和准确性。     

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。     

高烈度地震区大跨度悬索桥中央扣形式的选择与创新

以雅康高速公路泸定大渡河特大桥为研究背景，建立该桥的空间动力计算模型，采用非线性时程分析方法研究了刚性中央扣、柔性中央扣和耗能中央扣三种形式对结构抗震性能的影响。耗能中央扣首次将防屈曲耗能钢支撑构件应用于悬索桥，利用钢材良好的滞回耗能性能消耗地震输入能量，保护桥梁主体结构免遭破坏。研究结果表明耗能中央扣的综合性能大大优于传统的刚性中央扣和柔性中央扣，是适用于高烈度地震区大跨度悬索桥的一种理想的中央扣形式。     

爆破地震波作用下变截面大跨径连续梁桥的动力响应研究

在阐述爆破地震波基本理论的基础上,就爆破地震波激励下多自由度结构反应谱理论和动力响应进行了探讨;采用反应谱分析方法和SRSS振型叠加方法,对不同跨径组合的连续梁桥在抗爆地震设计反应谱下的位移响应差异进行了研究。结果表明,在合理的边中跨比取值范围内,适当减小边中跨比,可以提高连续梁桥的抗爆性能;桥梁孔数多的其抗爆安全性能优于孔数少的;固结约束设置在中跨,其动力响应峰值有所减小且分布更加均匀。     

大跨度自锚式悬索桥的自振特性分析

运用数值积分法对自锚式悬索桥自振特性进行分析,通过改变自锚式悬索桥矢跨比、边跨与中跨比、桥面系质量、主梁刚度、主缆刚度变化、横梁数量及位置等结构参数,探讨其对自振特性的影响,结果表明,横梁数量及布置方式、矢跨比、主缆与吊杆抗拉刚度变化对自振特性的影响较大,自振频率随着桥面系质量、边跨与主跨的比值的增大而减小等自振特性规律,为大跨度自锚式悬索桥结构动力特性优化设计提供可靠的科学依据,具有重要的研究意义。     

单跨悬索桥的动力分析

以重庆鱼嘴长江特大桥为研究对象，建立了空间有限元模型，进行了成桥阶段的特征值分析、动力荷载时程分析及地震反应分析，研究了车速对桥梁动力反应的影响。     

大跨径梁式桥的缺陷

介绍了造成大跨径梁式桥主跨跨中下挠和产生斜裂缝、纵向裂缝等缺陷的主要原因，并提出一些避免此类缺陷的建议。