雷暴风作用下大跨度桥梁抖振响应智能预测研究

面向特异风环境桥梁风振实时推演，开展了雷暴风作用下大跨度桥梁抖振响应智能预测研究。以苏通大桥实测数据为基础，分析了风场参数与主梁抖振响应之间的相关性，确定了桥梁雷暴风效应的主要关联参数。基于前馈神经网络(FNN)、卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)等典型神经网络模型，以主要风场关联参数及历史抖振响应作为输入，开展了桥梁抖振响应预测网络架构与模型训练，并对比分析了4种模型的预测效果。研究结果表明：雷暴风作用下大跨度桥梁的抖振响应主要与平均风速、平均风向、脉动风速均方差、紊流积分尺度等风场参数密切相关；待预测的桥梁抖振响应与历史风场及桥梁状态参数有关，需考虑二者的记忆效应；FNN与CNN未能较好地表征该记忆效应，故预测结果与实测值仅趋势相近，预测误差相对较大；GRU与LSTM的预测效果总体较好，GRU在雷暴风风速较大时的预测效果最优；LSTM在高风速下的预测效果略低于GRU,但在风速较低时的抖振预测精度最高，即具有更强的泛化能力。研究结果可为雷暴风易发区大跨度桥梁的安全运维提供借鉴与参考。     

大跨径斜拉桥施工双悬臂状态抖振响应分析及控制

斜拉桥在施工状态时,柔性大、振动频率较低,在紊流风的作用下梁端会产生较大的竖向抖振位移,而塔的摇头运动会在塔根引起较大的纵向弯矩。该文以某三塔斜拉桥为例,根据大跨度桥梁抖振响应有限元理论,分析和比较了5种不同的风缆设置方案以及设置临时支撑桩方案的抑振效果,并提出了一种有效的抑振措施。     

大跨度斜拉桥施工阶段的抖振控制措施研究

斜拉桥是一种大跨柔性结构,一般采用悬臂拼装施工的方法,紊流风会诱发桥梁结构抖振响应。在施工阶段的最大双悬臂状态下,结构的刚度和阻尼都较小,对风的作用更为敏感,因而施工阶段由紊流风引发的抖振响应要比成桥阶段大得多,过大的抖振势必对施工和结构安全造成影响,过大的抖振响应可能损害施工机械以及施工人员,同时钢结构桥梁也可能导致局部疲劳。本文采用调谐质量阻尼器的减振措施来对桥梁进行减振分析,以单自由度简谐激励荷载作用作为研究对象,研究了质量比、频率比以及TMD阻尼比对桥梁—TMD系统的动力放大系数DAF的影响,从而将优化后的参数应用到实际桥梁中,来观察其减振效果。     

大跨度三主桁钢桁拱桥施工状态抖振风洞试验研究

为研究大跨度拱桥施工状态的风致抖振性能,以三主桁钢桁拱桥——明珠湾大桥为背景,采用风洞试验对紊流风作用下的桥梁抖振响应进行测试。根据施工步骤选取典型施工状态,建立桥梁结构有限元模型并进行动力特性分析,通过比较自振模态频率,确定最不利施工状态。制作最不利施工状态下桥梁1∶100缩尺气弹模型,采用U形弹簧等效模拟梁、拱刚度,在模拟B类风场的边界层风洞中进行桥梁气弹模型抖振响应测试。结果表明:梁、拱已拼装至最大单悬臂且第3层扣索尚未张拉时为最不利施工状态;抖振随机响应以一阶竖弯和一阶横弯为主,抖振响应峰值因子与规范取值范围基本吻合;完全横桥向来风条件下拱桥抖振响应最大,完全顺桥向来风时抖振响应最小。     

基于时频混合格式的桥梁抖振响应计算方法

利用一种时频混合格式计算桥梁在紊流风激励下的抖振时程响应。针对动力风荷载既有时域内定义的抖振激励力,又有用频域内的颤振导数来定义的与结构自身运动有关的气弹自激力,存在时频混合项的特点,引入时频混合格式的AFT方法来计算桥梁抖振时程响应;在保持频域计算高效性的同时,又通过拟力概念在时域计算结构非线性不平衡力和气弹力造成的振型耦合,通过迭代使其收敛。通过算例验证了该格式是一种可行的计算桥梁抖振响应的方法。     

风攻角对斜拉桥抖振的影响

在桥梁所处的自然环境中,来流风是有一定攻角的,在对桥梁进行抖振分析时,有必要对桥梁在不同攻角脉动风作用下进行分析计算,得出不同攻角下桥梁的抖振响应.文中以某公铁两用斜拉桥为例,采用谐波合成法模拟了该桥在基准风速下的脉动风场,采用线性时域分析方法研究了风攻角对斜拉桥抖振的影响.结果表明,该桥的抖振位移响应在正攻角下偏于不利.     

海口司马坡钢桁架异形桥的抗风设计

桥梁结构风致抖振响应主要基于节段模型测力及准定常抖振理论进行,但这一方法无法适用于结构外形新颖的异形桥梁,也无法反映结构在斜风向下的风致响应特性。该文以跨度152.8m的海口司马坡大桥——异形钢桁架桥为研究背景,基于全桥刚性模型测压试验结果对大桥在全风向角下的三维抖振特性进行了数值分析,并研究了采用调谐质量阻尼器抑制抖振响应的可行性。结果表明:主梁竖向最大位移、支座反力和杆件内力的最不利值发生在风向与桥轴线垂直的正交风工况,而竖桥向最大加速度响应出现于斜风向。此外,结构阻尼比取值对结构响应分析影响较大。该文研究进一步验证了桥梁抖振响应不总是以正交风最为不利,在异形桥梁的抗风设计中应重视斜风效应。     

斜拉桥最大悬臂阶段抖振响应及其对施工人员影响

对某一斜拉桥进行最大双悬臂和最大单悬臂的空间有限元分析,采用时域分析方法,计算不同阻尼工况下,桥梁在不同攻角风作用下的抖振响应,通过频谱分析,讨论最不利施工状态下桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究表明:抖振作用下的Diekemann舒适度指标值较大,对施工人员安全和桥梁施工质量均有影响,应采用一定的控制措施。     

基于虚拟激励法的多维多点随机风作用下大跨度斜拉桥抖振响应研究

大跨度桥梁风致抖振在各种风速下均会发生,且精确响应计算也较为困难,针对此响应计算问题,提出了基于虚拟激励法的多维多点风致抖振响应计算方法。通过抖振力谱与来流风谱理论公式关系,将抖振力转化为多维虚拟力作用在桥梁结构有限元模型上,计算各频率点与时间点下的虚拟响应,积分得到随机响应均方根值,实现了通过直接在有限元模型上加载虚拟抖振力谱,同时可考虑结构的全频率参与贡献,快速求解随机风作用下桥梁抖振响应。通过计算分别选取基于风洞试验识别的气动导纳函数、跨向相干性函数与规范规定的跨向相干性函数和Sears函数时桥梁的抖振响应值,与全桥气弹模型风洞试验值进行对比,得出采用风洞试验识别得到的气动导纳函数、跨向相干性函数时的抖振响应结果与试验结果最为接近。     

雷暴风作用下流线型箱梁抖振力空间相关性时变特性试验

为了研究雷暴风作用下流线型箱梁断面抖振力空间相关性的时变特性，通过多风扇主动控制风洞开展雷暴风物理模拟和刚性节段模型测压试验。基于Priestley经典谱估计理论分析了非平稳脉动风和抖振力的时变相干函数，在此基础上，借鉴Jakobson研究成果提出了时变相干函数模型。最后，深入研究了紊流积分尺度时变特性对于抖振力空间相关性的影响，通过引入紊流三维效应因子的概念，揭示了雷暴风作用下流线型箱梁紊流三维效应的时变特征和作用机理。结果表明：雷暴风的时变积分尺度是影响流线型箱梁断面抖振力空间相关性时变特征的控制因素，由于该参数的引入，时变相干函数模型能够较好地描述非平稳抖振力的时变相关性；同时，当雷暴风在时变风速快速突变时，抖振升力的紊流三维效应时变特征明显，其变化趋势与积分尺度的时变规律相反，且存在一定的迟滞现象，其原因可能为风速突变产生的漩涡瞬态畸变效应导致。     

大跨度桥梁抗风措施研究

桥梁风害是人们非常关心的问题之一。桥梁应具有抵抗风作用的能力,风对桥梁的作用不单纯是平均风的静力作用,特别是大跨度桥梁,其柔性较大,设计时必须考虑颤振、抖振、弛振等空气动力问题。分析总结了以往的桥梁风毁事故,研究了风对桥梁结构的作用及其对策,有关经验可供相关专业人员参考。     

大跨度斜拉桥最大双悬臂施工阶段的抖振控制措施研究

斜拉桥在最大双悬臂施工状态时,结构的刚度和阻尼都很低,在紊流风的作用下悬臂端会产生较大的抖振响应。本文采用耦合抖振响应分析的有限元CQC方法,以某斜拉桥为例计算了最大双悬臂施工阶段采用临时风缆与临时墩两种控制措施的抑振效果,并详细探讨了不同风缆布置方案与不同临时墩布置位置对抖振控制效果的影响。计算结果表明:临时风缆的抑振效果对风缆与水平方向的夹角并不敏感;风缆交叉布置会使主梁竖向和横向抑振效果都有所减弱;当风缆中的应力达到一定程度后,增大应力并不能有效的提高抑振效果;当风缆应力一定,增大风缆面积能显著提高抖振抑制效果,但也会使主梁根部横桥向弯矩增大,对塔梁临时固结处产生不利影响;临时墩的减振效率大大优于临时风缆;临时墩的布置位置不宜离桥塔太近,且宜在1/2悬臂长度外合理地质条件处布置。     

基于风洞试验实现高耸结构抖振时域分析的两种方法

随着高耸结构日益高大和轻柔化,由紊流风引起的结构抖振响应显得更为重要。介绍如何通过静力三分力试验及气动弹性模型试验两种不同途径分别实现高耸结构时域内的抖振分析。以算例分析结果证明两种方法都是可靠的。     

大跨度斜拉桥桥塔自立状态抗风性能试验研究

武汉青山长江公路大桥主桥为主跨938m的全飘浮体系斜拉桥,桥塔高度超过270m。为了检验桥塔在施工阶段的抗风安全性,采用ANSYS软件分析该桥北塔结构动力特性,并制作缩尺比为1∶100的自立北塔气动弹性模型进行风洞试验,研究桥塔自立状态在均匀流场、紊流场中的涡振和驰振响应,以及在紊流场中的抖振响应。结果表明:桥塔自立状态在均匀流场中检验风速范围内仅发生了微小的涡振,未发生驰振现象;在紊流场中检验风速范围内桥塔未发生明显的涡振、驰振等现象;在紊流场中施工阶段设计基准风速作用下,桥塔顺桥向抖振位移远大于横桥向抖振位移,当风向角为15°及60°～75°时,桥塔塔顶顺桥向抖振位移均方根最大,为62～67mm,不影响桥塔施工安全。     

桥塔施工阶段抖振响应分析

桥塔作为一种轻柔结构,风荷载是作用在它上面的主要侧向荷载.在仅考虑脉动风效应的情况下,对该桥桥塔在施工阶段的塔顶横桥向和顺桥向抖振位移进行了计算分析.结果表明,在风荷载作用下该桥塔横桥向抖振响应较为严重,需对独塔施工阶段的横桥向抖振响应进行控制.     

飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究

为表征雷暴风对大跨度斜拉桥的作用，以苏通大桥监测数据为基础，开展了飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究。首先，基于短时平稳假设，分析了飑线风的实测风场特性，探究了桥梁抖振响应与风速的相关性，并刻画了其在风速突增与下降过程中的差异；然后，计算了不同时段内主梁实测竖向、侧向和扭转加速度的功率谱密度，并分析了飑线风对主梁振动频谱的影响；最后，采用随机减量法，开展了飑线风作用全过程大跨度斜拉桥的模态参数识别，获得了桥梁的模态频率与阻尼比，从而研究了飑线风对大跨度斜拉桥模态参数的影响。研究结果表明：主梁抖振响应均方根与风速呈非线性正相关，飑线风前端与后端风场对桥梁抖振响应的影响总体类似；在飑线风作用时段内，大跨度斜拉桥各阶模态对应的振动能量相较其他时段更为显著；多阶竖弯、侧弯和扭转模态的频率随风速的增加而增加；阻尼比受风速影响较大，各阶模态的影响规律不尽相同；主梁1阶竖弯和1阶侧弯模态的阻尼比随风速的增加而增加，而1阶扭转模态的阻尼比随着风速的增加而减小。     

钢桁梁悬索桥抖振响应及其影响参数分析

钢桁梁是双层桥面悬索桥及峡谷地区悬索桥常用的加劲梁形式,该类加劲梁构件众多、阻风面积大,在脉动风荷载作用下的抖振响应非常显著。采用Davenport抖振频域方法对某钢桁梁悬索桥的顺风向、横风向及扭转方向的抖振响应进行分析。抖振有限元频域分析表明:抖振位移主要由加劲梁各方向的1阶振动模态控制,高阶模态的参与效应可以忽略;对于抖振加速度,高阶模态有较大贡献。进一步研究了定常及非定常自激气动力形式对气动阻尼的影响,结果表明准定常自激力描述竖向及侧向模态的气动阻尼具有足够的精度,但描述扭转模态的气动阻尼还存在很大的近似性。     

基于CFD的大跨度钢桁梁悬索桥抗风性能分析

为研究钢桁梁悬索桥主梁截面气动性能及大跨度悬索桥抗风性能,以某桁梁式大跨度悬索桥结构为工程背景,采用CFD数值模拟方法,开展大跨度悬索桥桁架式主梁截面气动力参数的简化分析,并对大跨度悬索桥颤振和抖振特性进行了研究。研究结果表明:采用简化的板桁主梁CFD分析模型,将三维结构等效为二维平面,有效地降低了建模难度和计算工作量;根据颤振分析结果,颤振风速为50. 5m/s小于颤振临界风速为124. 2m/s,颤振性能良好;由成桥状态下脉动风作用下桥梁抖振响应结果,桥梁在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。     

大跨度桥梁抖振响应的直接估算方法

大跨度桥梁结构抖振响应的预测主要通过全桥气弹模型抖振响应试验和基于节段模型试验识别气动参数的理论计算2种方法。但由于试验中大气边界层湍流特性的模拟与实际存在一定的偏差，因此无法准确估计实际桥梁结构的抖振响应。为解决实际大跨度桥梁结构抖振响应预测的精度问题，在片条假设成立的条件下，通过数学推导提出了综合传递函数的概念。该函数是气动导纳函数和考虑了自激力的机械导纳函数的组合，其将湍流的脉动特性与由湍流引起的桥梁结构的抖振响应直接联系在一起，并基于此提出了一种预测大跨度桥梁抖振响应的直接计算方法。以坝陵河大跨度悬索桥为例，在两不同风场中分别进行全桥气弹模型风洞试验，通过模型抖振响应及模拟风场测量的试验结果识别两不同风场中的综合传递函数，发现二者结果几乎一致。理论及试验分析表明：对于展宽比较大的大跨度桥梁结构，综合传递函数仅与结构固有特性及参数有关，与风场特性无关；基于综合传递函数获得抖振响应的方法省略了传统分析方法中气动参数的识别及抖振力的计算，可通过测得实桥桥址处的湍流特性，利用风洞试验中识别的综合传递函数直接计算获得实桥准确的抖振响应。最后通过算例给出了综合传递函数的应用方法，为大跨度桥梁抖振响应的准确预测提供了方法，并可为节段模型试验直接预测实桥抖振响应提供思路。     

大跨柔性高墩刚构桥施工阶段抖振响应及舒适度评估

以某大跨薄壁柔性高墩连续刚构桥为工程背景,针对其最大悬臂阶段开展三维有限元分析,采用时域分析方法,研究桥梁阻尼与风攻角对桥梁抖振响应的影响,并针对桥梁响应结果开展频谱分析,评估最不利施工悬臂阶段的舒适度。结果表明,该桥最大双悬臂状态阶段在抖振作用下的舒适度指标值很小,对施工人员的安全影响不明显。