提高拱梁固结拱桥自振频率的有效方法

为提高拱梁固结体系拱桥的自振频率,使该类拱桥得以在大跨径、小宽跨比的高速铁路桥梁中推广应用,在此提出一种新的有效方法,具体做法是,以拱肋作为上弦杆,主梁作为下弦杆,在L/4～3L/4区域内设置腹杆,以此形成一个带柔性吊杆的大桁架结构,通过引入刚度大的桁式结构使拱桥的整体刚度得到提高,进而改善结构的动力特性。新结构既保留了拱桥的优点,又有桁架的受力特征。计算结果表明,与普通拱梁固结拱桥相比,新结构可在材料增加很少的前提下有效提高自振频率,尤以面内自振频率增幅最为明显;拱肋内倾角对新结构的影响随振型的不同而不同,其中,对面外自振频率的影响较面内自振频率明显。     

考虑复合边界条件的中、下承式拱桥吊杆张力计算公式

基于Euler-Bernoulli梁理论,建立考虑吊杆两端拱肋、系杆梁弹性支承和减振垫影响的吊杆张力计算模型,推导中、下承式拱桥吊杆张力计算公式。对于吊杆两端铰支情况,导出以横向振动频率表达的吊杆张力解析式;对于吊杆两端固支情况,运用Newton-Raphson法迭代求解,采用统一函数形式分段拟合得出分别以吊杆前4阶横向振动频率显式表达的吊杆张力计算公式。依据京港澳高速公路郑州黄河二桥现场施工数据对给出的吊杆张力计算公式进行验证。结果表明,运用给出的吊杆张力公式计算得到的结果与实测值相近,误差在4%以内。说明给出计算公式适用于中、下承式拱桥的吊杆张力计算。     

大跨公轨两用悬索桥动力特性的参数敏感性分析

为了深入研究大跨度公轨两用悬索桥的动力特性,以贵州省在建的马岭河三号特大桥为研究对象,基于Midas/Civil建立全桥三维离散单元有限元模型,采用子空间迭代法进行模态分析,得到该桥的自振频率和振型,并采用控制变量法,分析主塔刚度、主缆刚度、加劲梁刚度、吊杆刚度、恒载集度、中央扣和横向抗风支座等六类结构关键参数对其动力特性的影响。研究结果表明:该桥基频为0.172 Hz,对应振型为主梁1阶正对称侧弯,该桥自振频率较同等跨径的普通公路悬索桥高,结构整体刚度较大;增大主塔刚度,主塔侧向振动频率提高;增大主缆刚度,主梁1阶竖向振动和扭转频率提高;增大吊杆刚度,纵飘频率有一定程度提高;增大加劲梁刚度,主梁侧弯和主梁扭转振型频率的提高显著,有助于提高结构的横向刚度和改善结构的颤振性能;而增大恒载集度,以主梁振动为主的侧弯、竖弯、扭转振型的自振频率均有不同程度的降低;中央扣和抗风支座能有效提高结构的整体刚度。     

铁道客车系统的垂向减振分析

建立铁道客车垂向振动系统数学模型,计算客车系统幅频特性曲线,根据曲线峰点来确定系统自振频率,给出客车系统自振频率计算的简单近似解析方法和精确数值方法。提出客车系统各刚体振型共振速度的概念和计算公式,得出共振速度只与系统本身的自振频率和结构参数如车辆定距和转向架固定轴距有关。对客车系统在有无动力吸振器情况下的简谐和随机振动进行分析,认为采用吸振器确实能够在一定程度上抑制车体某些频率成分的振动,适当增大吸振器质量、刚度和阻尼,可以达到较好的减振效果。     

拱桥板式吊杆风致涡振特性及等效静力计算

基于计算流体力学方法,采用流体力学软件FLUENT,建立风致涡振数值模拟模型,并与风洞试验和数值模型进行对比,验证所建立的涡振数值模拟方法可靠性后,以高宽比1∶6的板式吊杆为背景,进行风向、风速、阻尼比和长细比等因素对板式吊杆风致涡振特性影响研究,并通过理论推导和加载试算,提出考虑涡振作用的吊杆等效静力计算式。结果表明:吊杆风致涡振表现为等幅单频运动,最大振幅时的涡振频率与吊杆的弯曲振动频率一致,短边和长边迎风时吊杆的Strouhal数约为0.11和0.12;当吊杆阻尼比减小时,最大涡振振幅明显增大,涡振锁定区间相应扩宽;随着长细比减小,发生涡振的风速会相应增大,但对吊杆涡振的最大振幅无显著影响;在吊杆频率和阻尼比相近时,长边迎风的涡振起振风速和涡振振幅均比短边迎风大。     

铁路简支梁桥竖向有载频率研究

采用车-桥系统相互作用的计算模型。对不同跨度简支梁桥的竖向有载自振频率进行了深入研究，结果表明，桥梁的竖向有载自振频率在列车过桥全过程中是周期性变化的，其数值不仅与桥梁本身的刚度和质量分布有关，同时还上桥上车辆各轮对悬挂弹簧的刚度和簧下质量及其在桥上的位置有关。     

一种基于频响函数相似性的铁路桥墩损伤识别方法

提出了一种基于模型修正理论和频响函数相似性的铁路桥墩损伤定量识别方法。该方法以自振频率和特定频率带宽内的频响函数相似性系数构造目标函数,以墩身损伤度和基础约束弹簧损伤度为识别指标,采用优化算法实现对铁路简支梁桥墩的损伤评估。结果表明:在包含第1阶和第2阶频率在内的频率段内,频响函数相似性系数对损伤比较敏感;利用损伤识别方法可对桥墩不同位置及程度的损伤进行精确识别,且计算效率较高,经过10次左右迭代即可达到收敛;模型桥墩损伤识别结果与假定损伤相符,进一步证明了所提方法的可靠性和实用性。     

识别中低高度桥墩自振频率的冲击振动试验法

在分析既有频率识别方法的基础上,对利用冲击振动试验识别中低高度桥墩频率的方法进行研究.桥墩在白噪声冲击荷载作用下的速度响应频谱非常复杂,往往出现多个卓越频率,如果仅一个卓越频率对应180°相位角,则可明确判定其为桥墩的自振频率,其他卓越频率可能为相邻梁或桥墩的自振频率,可通过分析它们自身响应频谱的方法进行频率认定.如果出现桥墩响应频谱中多个卓越频率对应180°相位角的情况,需要结合相位曲线特征进行频率识别满足相位曲线连续横跨180°线的卓越频率是桥墩的自振频率,相位曲线在其后出现突降的卓越频率仍就是相邻梁或墩的干扰频率.用冲击振动试验法可以对桥墩响应频谱中的干扰频率进行鉴别,准确识别出中低高度桥墩的自振频率.     

曲线波形钢腹板箱梁竖向弯曲自振特性

为精确计算曲线波形钢腹板简支箱梁的竖向弯曲自振特性,考虑箱梁剪力滞和剪切变形双重效应,在假设箱梁翼板纵向位移函数的基础上,运用能量变分法和哈密顿原理推导了曲线波形钢腹板简支箱梁的弯曲自由振动微分方程,得到其竖向弯曲自振频率的解析解;建立有限元模型,将分析结果与推导的理论公式计算结果加以对比,并分析了跨径比、宽跨比和高跨比对竖向弯曲基频的影响。研究结果表明:本文竖向弯曲自振频率公式的计算结果与有限元分析结果差值在9%以内,且比初等梁理论计算精度高;剪力滞效应和剪切变形均削减了曲线波形钢腹板简支箱梁的刚度,使其竖向弯曲自振频率与初等梁理论的计算结果相比有所降低,同时考虑2种效应可能使竖向弯曲基频降低25%以上。剪力滞效应对竖向弯曲基频的影响随着跨径比和宽跨比的增大而增大,而高跨比变化时影响略有减小;剪切变形对竖向弯曲基频的影响随着宽跨比和高跨比的增大而增大,而跨径比变化时影响保持不变。对于不同参数取值的曲线波形钢腹板简支箱梁,竖向弯曲基频的剪切变形影响系数变化范围为5%～25%,而剪力滞效应的影响系数一般小于10%。在分析曲线波形钢腹板箱梁动力性能时应考虑剪切变形;当跨径比小于0.4,宽跨比小于0.1时,可忽略剪力滞效应的影响。     

大跨度铁路斜拉桥索力快速识别方法研究

大跨度铁路桥梁天窗时间有限且上道条件苛刻,如何基于常规监测设备利用简易方式实现大跨度铁路斜拉桥索力高精度识别十分重要。研究提出一种考虑斜拉索抗弯刚度的索力快速识别方法,既可提高索力识别精度又可大量简化运营期索力识别步骤,且不受拉索边界条件和铁路桥梁实际运营状态的限制。研究表明,抗弯刚度是对索力识别精度影响较大的因素之一,通过考虑拉索实际抗弯刚度可以提高索力识别的准确性,基于拉索加速度振动实测数据在拉索简支梁模型基础上建立索频、索力以及抗弯刚度的函数关系,通过数值方法计算实测多阶模态下抗弯刚度—索力连续变化图,再通过多阶模态的交线则可进一步确定拉索的唯一抗弯刚度和索力值,并以某大跨度铁路斜拉桥为依托工程,对方法的有效性进行了验证。结果表明：(1)该方法识别的索力结果相对误差可降低5.22%,换算成绝对索力值可达254.45 kN;(2)在实际应用中识别结果易受到低阶频率干扰,宜采用拉索高阶频率进行识别,建议采用5阶及以上实测频率。