高墩大跨连续刚构桥时域抖振分析

风致振动问题是影响桥梁跨度和高度的主要因素。为了研究桥梁风致振动问题,以某高墩大跨连续刚构桥为实例,采用谐波合成法,自编程序对该桥脉动风场进行模拟,基于Scanlan准定常气动力理论,运用大型有限元软件ANSYS对其成桥状态进行了时域抖振分析。     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。     

索梁结构应急桥抖振响应分析

针对新型索梁结构应急桥结构刚度小、质量轻的特点,开展脉动风荷载作用下应急桥的抖振响应研究。利用ANSYS软件建立桥梁结构模型,分析其动力特性。采用谐波合成法模拟脉动风场,基于准定常抖振分析模型计算了主梁节点的静风力、抖振力。运用APDL编制程序分析轻型索梁结构应急桥的抖振响应,分析气动导纳函数和自激气动力对桥梁结构抖振响应的影响,并对提出的斜拉索抗风缆方案进行抖振响应计算。计算结果表明:索梁结构应急桥抖振横向位移远大于竖向位移,说明结构侧向刚度较弱;跨中主缆应力对风速变化更为敏感,而吊杆应力波动较小;索梁结构应急桥跨中横向位移主要受主梁正对称侧弯振型的影响;竖向位移主要受主梁一阶正对称竖弯振型的影响;扭转角主要受主梁一阶正对称扭转振型的影响;不考虑气动导纳函数会使索梁结构应急桥抖振响应计算结果偏大,气动自激力对结构抖振响应影响较小。与原方案相比,斜拉索抗风缆方案能够极大地降低横向抖振位移,对竖向位移和扭转角影响较小。     

脉动风下高速铁路接触网抖振对弓网受流性能的影响

接触网系统在短周期脉动风的作用下,会发生抖振现象,从而引起弓网受流的恶化。本文考虑作用在接触网上的水平与竖直脉动风和静风载荷,推导作用在接触网系统上的抖振力模型;采用Davenport谱和Panosfsky谱,运用谐波合成法分别模拟水平和竖直方向上的脉动风时程;利用有限元分析软件MSC-MARC建立弓网耦合模型,将抖振力施加到接触网模型中,分析接触网在脉动风下的风振响应,对脉动风作用下的弓网系统进行动态仿真,研究脉动风下接触网抖振对弓网动态受流性能的影响。研究结果表明:脉动风引起的接触网抖振对弓网受流影响很大,在研究接触网风振响应和弓网动态特性时,应综合考虑静风载荷和脉动风载荷的影响;脉动风攻角的变化对弓网受流影响明显,风攻角是研究风载荷下弓网受流性能时不可忽视的因素。     

强弱非平稳风速对大跨桥梁抖振响应影响研究

研究目的:为探究非平稳风速对大跨桥梁抖振响应的影响机理,以两组实测非平稳风速样本为例,首先提出建立非平稳风速模型的三层次方法;其次通过递归图分析获得一种有效衡量风速非平稳强弱程度的定量指标;然后采用快速CQC方法(虚拟激励法)建立非平稳瞬态风-桥梁结构抖振随机响应的计算方法;最后以某座山区悬索桥为工程背景,针对强弱两组风速对大跨桥梁抖振响应的影响进行对比与总结。研究结论:(1)非平稳性弱的实测风速样本可简化为平稳抖振理论进行分析,可显著提高风致响应的计算效率;(2)脉动风速非平稳性越强,大跨桥梁振动响应越远离稳定状态;(3)对于非平稳指标较强的实测风速样本,常规的平稳处理(10 min常值平均风速+平稳脉动风速)将会低估桥梁的抖振响应,需要进行精细化的非平稳瞬态响应分析;(4)本研究成果可为大跨径桥梁精细化的风致响应快速求解和抗风设计提供技术支撑。     

高墩大跨连续刚构桥最大悬臂阶段风致响应及其对施工人员的影响

以某高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行了空间有限元分析,采用静力分析方法,分别计算了阵风作用下最大双悬臂施工状态下高墩桥梁和跨度相近的低墩桥梁的结构内力,并探讨了其墩底内力特点;采用时域分析方法,计算了桥梁最大双悬臂施工状态下结构的抖振响应,通过进行舒适度分析,讨论了桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究结果表明:高墩刚构桥墩底的横桥向弯矩由主梁上风荷载对称加载方式决定,而低墩刚构桥则由非对称方式决定;最大双悬臂状态在抖振作用下的Diekemann舒适度指标值很小,对施工人员的工作影响不大。     

台风实测风谱及大跨度悬索桥风振响应的比较分析

对比分析了不同地区的实测台风拟合风谱模型与桥梁抗风设计规范的风谱模型的差异,并以东海某大跨度悬索桥为对象,运用谐波合成法对不同风谱模型的结构风场进行模拟,考虑桥梁结构的几何非线性效应和多种气动力荷载共同作用效应,由时域有限元计算方法比较了不同风谱下大跨度悬索桥风振响应。结果表明:基于实测的台风拟合谱和规范谱有着显著的差别,采用虎门桥址的16号台风实测模型和上海派比安台风实测模型计算的横向位移响应结果分别比规范谱的计算结果增大了29.6%和42.0%。对于大跨度悬索桥这样的柔性结构,低频段风谱的差异对结构响应的影响是显著的。     

大跨度悬索桥抖振的概率疲劳累积损伤分析

为探讨脉动风作用下大跨度悬索桥的抖振疲劳问题,在桥梁抖振时域分析基础上,得到悬索桥构件的应力响应时程.采用雨流计数法对不同等级风速作用下的应力循环进行统计,同时假设构件疲劳寿命服从威布尔分布,得到风振的疲劳累积损伤及可靠度分析方法.最后以东海某大跨悬索桥为对象进行了详细探讨.结果表明:该桥的主缆及吊杆在脉动风荷载作用下有足够的疲劳可靠度,不会出现疲劳破坏;加劲梁在高风速下抖振疲劳损伤较大,在运营过程中,应加强对加劲梁在强风作用后的损伤检测.     

接触网空间相关随机风场的模拟研究

针对接触网的结构特点,在不降低精度的前提下,对风速相干函数及功率谱密度函数进行了适当简化,提出了基于多变量谐波合成法的接触网随机脉动风速场的模拟模型。该模型采用了适合接触网脉动风场计算的沿高度不变的Davenport谱,考虑了紊流风速在不同节点的相关关系,同时引入了水平风速的相位差;利用FFT(the fast Fourier transform technique)技术来代替谐波叠加的算法提高了谐波项合成效率。最后,应用该方法模拟了新疆兰新线百里风区接触网的随机风场。计算结果表明,互功谱密度函数、互相关函数与目标结果非常吻合,说明所提出的模型可以准确地模拟出适合接触网结构的随机脉动风场。     

大跨度桥梁弯扭耦合抖振响应分析

本文根据随机荷载激励下结构振动响应的频域分析理论，从作用在桥梁上的自激气动力和抖振气动力出发，推导了桥梁结构在空气动力作用下考虑静风压力的弯扭耦合抖振响应的计算公式，并通过实例分析了耦合和静风压力对结构抖振响应的影响。计算结果表明，静风压力和弯扭耦合对抖振响应计算有较大影响，在计算中应予以考虑。     

随机风场对弓网系统动态性能影响研究

基于有限元软件MSC-Marc建立弓网系统模型,对在随机风场中的受电弓-接触网动态性能进行仿真研究。模型中采用欧拉-伯努利梁模型模拟接触线和承力索,受电弓和接触网模型之间通过接触实现耦合,使弓网作为一个整体进行动态仿真;采用适合接触网随机风场计算的沿高度不变的Davenport谱,运用谐波合成法数值模拟风场。在此基础上,采用MSC-Marc软件完成弓网系统在不同随机风荷载作用下的动态性能分析。实验结果表明:模拟随机风的功率谱函数与目标谱结果非常吻合,随机风场对接触网风振响应及弓网间的动态性能影响很大,且沿风向定位器的第一吊弦退出工作时间随风速增大而增长。通过仿真结果比较分析,为进一步研究随机风场下弓网系统结构参数配合奠定了基础。     

深圳湾大桥实测风场参数与风致拉索振动响应分析

以深圳湾跨海大桥结构健康监测系统为基础,对2007年两次台风经过时桥址处的风场参数与拉索振动测试数据进行分析.实测结果表明,桥址处纵向脉动风功率谱与Simiu谱吻合较好,竖向脉动风功率谱与Panofskv谱基本吻合;台风期间边跨短索发生了较明显的风雨振动,而主跨长索由于安装了阻尼器,振动幅值得到有效控制,因此与本桥类似的独塔斜拉桥短索区也需考虑采取增设阻尼装置或辅助索等减振措施.     

抖振反应谱理论在列车抖振分析中的应用

以随机振动理论为基础,对Scanlan基于桥梁的颤抖振分析理论加以气动导纳函数修正应用于列车抖振分析中。提出了列车抖振反应谱理论与计算方法。水平风谱引用Simiu经验公式,竖向风谱引用Panofsky-McCormick竖向风谱经验公式,气动导纳函数选用Vickery的圆柱截面和棱柱截面的近似公式,计算出了车体和转向架的一阶升沉、横移和侧滚的抖振反应谱。结果表明:随风速增大,抖振反应增长迅猛,随风速线性增大,列车抖振反应呈指数增长,该结果符合动力学特征;转向架的抖振反应比车体的抖振反应大很多,无论是升沉、横移和侧滚均大出一个数量级以上。     

斜拉桥抖振时域实用分析方法

文章基于大型通用有限元软件ANSYS提出了一种大跨度桥梁抖振时域实用分析方法。在该方法中,自激力是通过向有限元模型中添加气动刚度和气动阻尼单元的方式来实现的。计算了独塔斜拉桥在不同风速和攻角下的抖振位移响应,与传统频域分析结果的比较表明了该方法的可行性。     

大跨度悬索桥在风与列车荷载同时作用下的动力响应分析

采用模态综合技术，建立了列车与大距度悬索桥系统在风荷载作用下的动力相互作用分析模型。根据实测的空气动力参数和颤振导数，模拟产生包括抖振力和自激力的时域随机风荷载作为系统输入激励，以香港青马大桥为例，分析了大距度悬索桥在风和运行列车荷载同时作用下的动力响应特点，并将部分计算结果与实测结果进行了对比。     

大跨度桥梁抗震分析的空间效应

介绍桥梁在地震作用下动力性态的分析方法。着重介绍在随机地震作用下大跨度桥梁考虑空间效应的抗震分析虚拟激励算法。虚拟激励法不仅计算效率高，应用十分方便，而且包含了全部参振振型之间以及全部激励点之间的相关性，理论上是随同振动方程的精确解。以青马桥为例，将虚拟激励法的计算结果及效率与反应谱方法和时间历程法作了比较。在均匀地震地面运动作用下，三种方法的计算结果十分接近，但随机振动方法的计算要快得多，计算效率比时程分析方法高30倍－40倍。应用虚拟激励算法进一步分析了青马桥在非均匀地震地面运动下的地震响应。计算结果表明行波效应对大跨度桥梁的地震响应影响很大，但计算效率仍很高。和行波效应相比，部分相干效应对地震响应的影响较小。     

淮河特大桥三跨连续钢桁梁模态试验及分析

采用环境脉动法对淮河铁路大桥进行模态试验，得到桥梁的模态参数，并与空间有限元模型进行对比分析。结果表明计算结果与实测结果吻合良好，有限元模型很好地模拟了实际结构受力与边界条件。     

大跨度预应力混凝土连续刚构桥时域抖振分析

为研究大跨度预应力混凝土连续刚构桥在不同施工阶段结构体系转变下的风致抖振气动性能,采用计算流体动力学的近壁面低雷诺数SST k-ω湍流模型,求解主梁与桥墩各关键断面的静风绕流气动力参数。通过谐波合成法模拟来流10 min下的主梁及桥墩节点脉动风速时程样本,并利用Scanlan准定常气动力模型,对在施工最大双悬臂、最大单悬臂及成桥合龙状态时主梁的风致抖振位移响应进行了计算。研究结果表明:主梁风致响应的主导外因随施工体系的转变而改变,结构体系的完善(整体刚度的增大)使得抖振气动效应逐渐减弱;最大双悬臂状态时,梁端节点横桥向抖振位移达到极大值5 cm,可能对施工监控产生干扰;主梁各节点转角位移相对于线位移受到的影响可忽略不计。     

海洋强风环境钢桁梁斜拉桥施工阶段风致效应分析与振动控制

以一座新建跨海铁路主跨364 m钢桁梁斜拉桥为背景,分析海洋强风对钢桁梁斜拉桥最大单悬臂状态下的影响,对比不同抗风措施下风致振动的抑振效果。结果表明：采用JTG/T 3360-01—2018《公路桥梁抗风设计规范》推荐的湍流场参数和单位气动导纳函数预测的抖振响应结果偏于保守,可用于大跨度桥梁初步设计阶段;实测湍流场参数可以很好地估计桥梁抖振响应,尤其是横桥向响应;测量桥址的风速对合理设计和施工海洋强风场斜拉桥具有重要意义;辅助墩、斜撑、调谐质量阻尼器和抗风拉索的减振效率依次递减;由于跨海大桥施工过程中增设临时墩会大幅提高建设成本,而斜撑方案只需要在主塔和墩附近设置临时钢结构的斜撑,不会大幅提高施工作业量,推荐采用斜撑方案。     

高速列车经过跨线天桥脉动风压分析

高速列车通过跨线天桥结构时在天桥与高速列车之间的狭小空间内产生较大的局部风压,跨线天桥结构对局部风压的高频脉动成分极为敏感。为了探究脉动成分的大小,采用CFD数值模拟,运用滑移网格技术,大涡模拟湍流模型(LES)对高速列车经过跨线天桥结构周围的三维、非定常、可压缩流场进行模拟,并与跨线天桥实测结果吻合。对保留脉动成分的LES模拟结果在时域上进行分析,探究脉动成分分布的位置,脉动极值空间分布,以及脉动风能量在列车风压中所占比例,同时在频域上采用小波包分析的方法对LES结果进行分解,分析各频段风压能量分布规律。研究结果表明:跨线天桥表面风压脉动成分极小。