温度对斜拉桥跨中竖向位移的作用机理研究

跨中竖向位移是桥梁结构健康监测中的重要指标之一,它会随环境温度的改变发生可观的变化。利用上海长江大桥的现场实测数据,该文通过平面几何分析和有限元分析研究了温度对双塔斜拉桥跨中竖向位移的影响机理,揭示了斜拉桥在温度作用下的行为规律。研究表明:温度引起的斜拉桥跨中竖向位移不随环境温度或某种结构温度单调变化,可通过拉索温度、主梁平均温度、主梁顶底板温差和桥塔平均温度的热胀冷缩效应线性叠加计算;拉索温度和主梁平均温度对上海长江大桥跨中竖向位移的影响远大于主梁顶底板温差和桥塔平均温度,且拉索温度的效应方向与其余三种温度相反;该文提出的平面几何分析模型可初步估计斜拉桥跨中竖向位移随温度的变化。     

混凝土箱梁支座位移实验及有效温度计算

为计算非线性温度分布下桥梁的支座位移,基于单位荷载法基本原理,建立了连续梁支座位移的计算方法和截面有效温度的计算公式。在此基础上,提出了有效温度的5种简化计算方法。为检验计算方法的精度和合理性,以西安沣河大桥这座单箱三室7跨变截面的连续箱梁桥为研究对象,现场实测了箱梁截面的温度和支座位移。实验研究和数值计算结果表明,截面的有效温度与截面的温度分布和截面的形状有关,对于变截面箱梁而言,即使具有相同的温度分布,不同截面的有效温度也是不同的。考虑混凝土的热传导效应,假定混凝土板内温度变化为指数衰减模式计算截面有效温度的加权平均值,所得支座位移误差较小,且偏安全。随后,有限元方法的计算结果进一步表明这种算法的合理性。     

基于BP神经网络模型的MEMS加速度计误差补偿方法

现阶段普遍采用多元线性回归对加速度计误差建模,并利用最小二乘法对模型参数辨识,但其对加速度计精度提高有限,因此该文提出一种基于BP神经网络模型的MEMS加速度计误差补偿方法。该方法利用BP神经网络建立加速度计误差模型,通过多位置翻滚进行实验数据测量,并对模型进行训练,最后利用训练好的模型对加速度计误差进行补偿。比较多元线性回归和BP神经网络建模对加速计误差补偿结果,其标准偏差分别为0.001 9 g和0.000 16 g。结果表明误差下降一个数量级,说明BP神经网络能有效地补偿加速度计误差。     

斜拉桥跨中竖向位移的温度灵敏度系数研究

环境温度变化下桥梁跨中竖向位移的变化规律是结构健康监测关注的重要问题。前期研究表明，拉索温度和主梁平均温度是引起斜拉桥主跨跨中竖向位移变化的关键温度变量。该文通过平面几何分析和级数展开得到了对称双塔斜拉桥主跨跨中竖向位移关于拉索温度、主梁平均温度的灵敏度系数的实用计算公式。该公式反映温度变形的物理机理，揭示温度灵敏度系数与材料特性（线膨胀系数）和结构尺寸参数（主跨长度L₀、边中跨比γ₀和塔高跨比ζ）之间的关系，为斜拉桥温度变形的研究提供了新思路。     

大跨度三塔悬索桥动力特性及抗震性能研究

结合泰州长江公路大桥的工程设计实例,研究了该桥的动力特性及地震反应的特点.采用反应谱和时程分析法对该桥进行了线性地震反应分析,探讨了大跨度三塔悬索桥地震反应的特点.分析了竖向地震动、中塔与主梁之间的纵向弹性索和高阶振型对该桥抗震性能的影响.结果表明:竖向地震动对主梁弯矩和边塔的动轴力贡献较大;在中塔与主梁之间采用弹性索对中塔内力反应影响不大,但可以明显减小了边塔弯矩、主梁梁端位移以及主梁与次边跨间相对位移,对结构抗震有利;高阶振型对主塔的地震反应影响很大,主塔的地震反应主要由高阶振型引起的.     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究EI北大核心CSCD

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

蝶形拱桥的动力冲击系数研究

通过建立车桥耦合动力学模型,编写计算程序研究了行车速度、偏载距离、结构阻尼、路面不平度、行车方向、轴距、车间距、车辆数及结构设计参数等对蝶形拱桥各构件动力冲击系数的影响。结果表明：主吊索力的冲击系数整体上随着速度的增大而增大;偏载侧主拱拱顶横向位移的冲击系数随着偏载距离的增大迅速增大,而竖向位移的冲击系数却呈现迅速下降的趋势;阻尼比使得各构件的冲击系数均有所降低;构件的冲击系数随着路面不平度等级的不同而不同;异向行驶时,左右对称的各构件冲击系数差别较大;存在某个矢跨比值使得主梁跨中挠度的冲击系数最小;采用尼尔森体系,各构件的冲击系数明显减小。     

列车动力荷载作用下大跨度斜拉桥局部振动响应研究

为研究列车动力荷载引起的大跨度斜拉桥主梁和桥面板局部动力响应,基于车-桥耦合动力学理论建立了列车-轨道-斜拉桥空间耦合动力学模型。采用固定界面模态综合法和等效正交异性板法建立大跨度斜拉桥精细化三维有限元模型,车辆简化为具有二系悬挂的31自由度弹簧-质量模型,轮轨关系采用可分离的三维轮轨滚动接触模型。以主跨为1 092 m的沪通长江大桥为例,研究了轨道不平顺激励条件下高速列车行驶引起的桥面板和主桁架梁的动力响应特征及分布规律。研究结果表明:固定界面模态综合法既可以有效减少模型自由度数目,又可以反映桥梁局部动力响应;等效正交异性板法虽能较好地反映桥面板的局部振动,但由于没有考虑等效前后主梁整体刚度的一致性,故所计算的主梁振动位移偏差较大;由于桥面板局部竖向刚度较小,桥梁行车线正下方的桥面板竖向加速度远大于主梁桁架节点竖向加速度,建议我国相关铁路桥梁规范在评估大跨度板桁斜拉桥振动加速度时,考虑桥面板局部振动的影响;列车动力荷载作用下主梁桁架杆件应力冲击系数较小,动力效应不显著。     

自锚式斜拉-悬索协作体系桥基础微分方程近似推导

按连续体的方法描述自锚式斜拉-悬索协作体系桥在竖向荷载作用下的结构静力行为。基于分区广义变分原理,考虑了主梁和主塔的压弯耦合效应,建立了三跨自锚式斜拉-悬索协作体系桥的大位移不完全广义势能泛函,通过变分导出了自锚式斜拉-悬索协作体系桥的基础微分方程。以一座自锚式斜拉-悬索协作体系桥为例,求出其解析解,并与数值解相互比较,二者比较接近。所得基础微分方程可以用于自锚式斜拉-悬索协作体系桥的初步分析,并为阐述此类桥型的结构静力行为提供理论依据。     

考虑承载-破坏全过程的钢筋网力学行为分析与预测

考虑钢筋网承载-破坏全过程,探明锚网喷结构中钢筋网的力学行为,可切实指导钢筋网选型与参数设计。采用已有的试验结果对计算模型与参数的合理性进行验证,在此基础上完成承载-破坏全过程的钢筋网力学行为分析,并利用多元非线性回归和BP神经网络方法对钢筋网的最大应力和竖向位移进行预测与分析。研究发现：单一荷载作用下钢筋网的应力分布呈现分区现象,1区和2区特定范围的钢筋应力基本处于单轴拉伸状态,2区其余区域的应力处于拉-剪复合状态;钢筋网的力学行为受钢材型号影响显著：由HPB300、HPB400、HPB500钢筋制成的钢筋网存在流幅现象,由1650级、1770级高强不锈钢丝制成的钢筋网无流幅现象;BP神经网络模型预测精度明显优于多元非线性回归方法,对于最大应力和竖向位移两个指标,采用BP神经网络预测的平均相对误差分别为1.31%和1.67%,而多元非线性回归方法的预测误差为7.39%和8.19%。     

行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥地震反应的影响

为研究行波效应下铁路大跨钢桁拱桥地震反应的影响规律,以某490m钢桁拱桥为研究对象,采用SAP2000软件建立全桥动力计算模型,进行了非一致激励下地震响应分析。基于相对运动法的基本原理及位移输入模式,有效分离了行波效应下的拟静力分量和动力分量。结果表明:行波效应对大跨上承式铁路钢桁拱桥的地震反应影响显著,从影响杆件区域范围及量值两个角度衡量,行波效应对拱圈弦杆轴力的影响明显大于对应弯矩的影响。行波效应将使拱顶弦杆轴力显著增大,若不考虑行波效应,将严重低估拱顶杆件的内力响应。与一致激励相比,行波效应使拱顶区域的竖向位移显著增大,使拱顶区域的纵向位移减小。拟静力分量对拱顶纵向及竖向位移影响显著,尤其对拱顶纵向位移。随着视波速的增加,拱顶纵向位移拟静力分量逐渐增大,而竖向位移拟静力分量逐渐减小,拱顶纵向及竖向位移的拟静力分量均与动力项同向,导致总位移均明显大于对应的动力位移。     

考虑桥塔风效应的多塔斜拉桥抖振响应分析

该文以6塔斜拉桥——嘉绍大桥为研究对象,基于ANSYS瞬态动力学分析功能进行了嘉绍大桥风致抖振响应的非线性时域分析,研究了多塔斜拉桥主梁和桥塔在强风作用下的抖振响应特性,并详细考察了自激力和桥塔风效应对主梁和桥塔抖振响应的影响。分析结果表明:1) 主梁与桥塔的风致抖振响应与结构的振动特性联系紧密,其抖振响应由于主梁与桥塔的动力耦合作用呈现出一定的独特性;2) 考虑自激力后主梁竖向抖振响应明显减小,而对主梁横桥向和扭转抖振响应影响相对较小。同时,自激力对桥塔的横桥向抖振响应基本没有影响,但对桥塔的顺桥向抖振响应起到了明显的抑制作用;3) 桥塔风效应对主梁的竖向和扭转抖振响应以及桥塔的顺桥向抖振响应基本没有影响,但会对主梁和桥塔的横桥向抖振响应产生较大影响。     

基于烟花算法与长短时记忆网络的模温预测方法研究

针对传统神经网络模型预测模具温度准确度低,网络超参数选取困难等问题,提出一种基于烟花算法优化长短时记忆网络的模温预测模型,为铸造成型模温自动控制提供基础。首先根据铸造过程生产工艺选取影响铸造系统的主要变量,利用灰关联分析得出各变量灰色关联度并去除关联度小的变量,建立模具温度影响因子变量的数据集;其次采用烟花算法对长短时记忆网络进行优化,建立模具温度预测模型;最后与BP神经网络和长短时记忆网络预测效果进行对比。实验结果表明基于烟花算法优化的长短时记忆网络的模温预测方法绝对误差小于2.4℃,平均绝对百分比误差小于0.12。     

近断层地震动作用下多塔悬索桥的地震反应分析

以泰州大桥为原型研究了多塔悬索桥近断层地震动作用下的地震反应特点,在此基础上以近断层地震动反应幅值与普通地震动反应幅值的比值作为放大系数,进一步研究了速度脉冲效应和场地土效应对桥塔和主梁地震反应的影响规律。分析结果表明:1) 近断层地震动作用下多塔悬索桥位移和内力的分布规律与普通地震动基本相同;2) 纵向+竖向地震输入下坚硬场地上近断层地震动对主梁竖向位移的影响最大,对主梁竖向弯矩的影响次之,对桥塔纵向位移和纵向剪力的影响相对较小。当场地土由硬变软时,边塔的地震反应增幅明显,中塔次之,主梁相对较小;3) 横向+竖向地震输入下坚硬场地条件上近断层地震动对中塔横向位移的影响最大,对主梁竖向位移的影响次之,对桥塔横向剪力和主梁横向弯矩的影响相对较小。当场地土由硬变软时,主梁的横向弯矩增幅明显,桥塔次之,主梁竖向位移相对较小;4) 在近断层地震动速度脉冲特性以及场地土固有周期特性的共同作用下多塔悬索桥边塔、中塔以及主梁的地震反应存在明显差异,在抗震设计时需要引起重视。     

基于BP神经网络的桥上移动荷载分阶段识别方法

移动荷载识别可作为桥梁损伤机理研究的基础,同时为交通规划提供可靠的车载信息。提出了一种基于BP神经网络的桥上移动荷载的分阶段识别新方法。建立了桥梁有限元模型和2自由度5参数车辆模型,模拟生成了神经网络训练样本。采用分阶段识别技术,分步识别了桥上车辆的位置、速度和荷载。在神经网络设计中,利用正交设计法选择训练样本集,采用正则化方法对误差性能函数进行修正,并采用遗传算法对初始权进行了优化。数值仿真了一简支梁桥的移动车辆荷载识别,并通过模型试验进行了验证。结果表明:所提出的方法能够在线、实时地识别桥上移动车辆荷载,识别精度高、收敛速度快,且具有较强的鲁棒性和抗噪能力。     

下承式80 m拱肋公路桥组合爆破拆除技术

老永保桥是320国道跨越澜沧江的1座公路主桥梁,该桥为柔性纵梁的下承式肋桥,主拱圈与连续梁构成拱粱结构,主拱由2条钢筋混凝土拱肋组成,每条拱肋分为9段预制,用缆索吊装,桥的结构复杂,构件几何尺寸大,加之澜沧江水流湍急,施工难度大,针对该桥的结构特点采用钻孔爆破并辅以水压爆破的综合拆除技术,通过工程实践,爆破效果很好,其拆除技术和参数选取可以供同类工程借鉴。     

大跨混凝土斜拉桥施工过程中结构的断索动力响应

为研究大跨混凝土斜拉桥施工过程中结构的断索动力响应,以湖南赤石特大桥火灾后九根拉索断裂的事故为背景,采用有限元软件建立了赤石特大桥的非线性动力实体有限元分析模型,通过对比灾后检测得到的索力、主梁和索塔位移及裂缝开展情况与有限元模型中相应的计算结果,证明了模型的有效性。基于已验证的有限元模型,对斜拉桥结构在多根拉索断裂过程中的动力响应进行了分析。结果表明:(1)拉索静态断裂只会对断索区域附近的截面内力和索力造成影响,而拉索骤断引起的冲击作用则会导致全桥结构都产生较大内力变化;(2)单侧索面部分拉索断裂导致主梁顶板及腹板受到扭矩和双向弯矩的共同作用而产生大量裂缝,裂缝在第五根拉索断裂后出现;(3)主梁扭矩、竖向弯矩和横向弯矩最不利截面在断索过程中的动力放大系数分别在1.09~1.55、1.21~2.05及1.21~1.76,最大主压应力动力放大系数在1.02~1.58;(4)预应力筋及拉索最大拉应力的动力放大系数分别在1~1.9及1.05~1.4;(5)索塔塔顶位移动力放大系数在1.23~1.65。     

设置纵向大型液体粘滞阻尼器的大跨斜拉桥主梁纵向运动阻尼水平研究

大跨斜拉桥减震耗能的一种典型应用是塔梁间设置纵向大型液体粘滞阻尼器,其参数选取以有效率的限制地震荷载作用下的主梁纵向位移以及改善主要构件地震力为目标。大跨斜拉桥的一阶纵飘振型处于长周期,远离场地卓越周期,此时主梁纵向位移响应对阻尼水平的增加不敏感。此种设计思路很可能导致阻尼器设计参数过大,从而为主梁纵向运动提供过大的阻尼水平。基于现有研究,采用单自由度评价模型及相应的等效阻尼比为评价参数。以某大型斜拉桥为典型工程实例,以全桥模型有限元分析与单自由度评价模型地震反应分析对比验证评价模型的可靠性,并以等效阻尼比和主梁纵向自由振动揭示塔梁间设置大型FVD为主梁纵向运动提供了超高水平阻尼比的现象。此种应用突破了FVD常规应用中的附加阻尼比界限,也改变了主梁的动力边界条件。     

基于粒子群优化算法和BP神经网络的变频压缩机功率预测

本文针对变频压缩机的功率测量困难,测量误差大等问题,提出了一种仿真测量模型。利用粒子群算法寻找全局最优粒子,用它初始化BP神经网络的阈值和权值,测量变频压缩机的功率。本文共建立了3种仿真模进行对比,分别为BP神经网络模型、GA-BP神经网络模型和PSO-BP神经网络模型,然后分别通过3种模型的内插、蒸发温度外推和冷凝温度外推的测试方法对变频压缩机进行功率测量,对比分析其预测结果的平均相对误差和拟合程度。结果表明:基于粒子群算法优化的BP神经网络模型明显优于其他两个模型,特别是在冷凝温度外推测试中,较其他两个神经网络相对误差降低了1. 11%、2. 64%,3种测试方法下的平均相对误差均小于1%,拟合程度在0. 9以上,表明基于粒子群算法优化的BP神经网络模型对变频压缩机功率有较好的测量能力,而且有较强的泛化能力。