高速铁路斜拉桥车桥耦合系统自振特性分析

以某高速铁路钢桁斜拉桥为研究对象,采用有限元分析软件Midas/Civil建立斜拉桥和车桥耦合系统的有限元模型;分别分析了斜拉桥自振特性,单线、双线、三线、四线4种工况下车桥耦合系统自振特性,以及列车位置对车桥耦合系统自振频率的影响。结果表明:车桥耦合系统与桥梁结构本身自振频率明显不同,随着列车数量的增加,车桥耦合系统的各向频率变化均呈下降趋势,列车对结构竖向频率和扭转频率影响较大,扭转频率最大变化率为80.3%,车桥耦合系统抗扭刚度较小;列车对桥梁结构自振频率的影响由边跨到主跨逐渐增大。该研究成果为车桥耦合系统的地震响应分析以及车桥耦合系统与外部激励的共振研究提供了参考依据。     

考虑不同桩土效应分析模型的双座串联斜拉桥动力特性分析

以双座串联大跨度斜拉桥——洪鹤大桥为背景,利用Midas/Civil分别建立了采用直接嵌固模型、等效嵌固模型、六弹簧模型、Winkler地基梁模型共四种不同桩土效应分析模型下的的全桥有限元模型,并对所有的有限元模型进行了动力特性分析。分析结果表明:双座串联大跨度斜拉桥具有自振周期较长、自振频率较低、模态密集、振型在东西桥交替出现等特点。同时发现考虑桩土作用会降低结构的整体刚度,延长结构的自振周期,会改变高阶振型,不同桩土效应模型对结构动力特性影响效果不同。对于软土场地上的大跨度斜拉桥推荐使用六弹簧模型和温克尔地基梁模型模拟桩土效应。     

高低塔斜拉桥动力特性分析

通过对国内某高低塔单索面斜拉桥建立三维空间有限元模型,进行了自振频率、振型的模态分析,总结了该结构体系斜拉桥的动力特性,可为同类桥梁的分析提供参考。     

动水对斜拉桥结构动力响应影响研究

深水大跨径斜拉桥在地震荷载作用下,桥梁水下部分与周围水体之间相互作用必然导致斜拉桥受到水体运动产生的动水力的作用。在已有Morison动水理论的基础上提出了一种适用于深水大跨径斜拉桥动力时程反应分析的动水力简便计算方法,并应用于南京长江第三大桥,分析了动水对斜拉桥结构的动力特性和地震反应的影响。研究发现:水与斜拉桥下部结构相互作用会使斜拉桥自振频率有所减小,其中第一阶自振频率相对无水时减小了8.24%;地震作用下动水对斜拉桥结构各个构件地震动力反应都有显著的影响,使主梁弯矩最多增大了7.73%,最不利桩位底部弯矩增大了14.22%。在深水斜拉桥结构进行抗震设计中,动水对斜拉桥动力响应的影响不容忽略。     

结构损伤对刚性系杆拱桥动力特性的影响

以某下承式钢管砼系杆拱桥为实例,应用Midas/Civil软件建立了空间有限元计算模型,研究了横撑损伤与吊杆损伤时对其结构动力特性的影响。通过对比桥梁在完好状态和不同损伤情况下结构的动力特性,得出结论:结构损伤使刚性系杆拱桥的自振频率降低,横撑损伤使结构横向刚度降低较大,吊杆损伤对竖向刚度影响较大。横撑失效较横撑锈蚀对结构自振频率影响大,吊杆锈蚀对自振频率影响较关键位置处吊杆失效大。横撑损伤对结构振型形态影响比吊杆损伤对结构振型形态影响大。基于在不同状态下的结构动力特性分析,可为同类型桥梁在合理评价结构运营阶段的健康状况时提供参考和基础性数据。     

温度对下承式钢管混凝土拱桥振动影响分析

影响钢管混凝土拱桥自振特性的因素有很多,除了拱桥自身的原因,环境温度对其也有影响。以下承式钢管混凝土拱桥为研究对象,基于有限元方法,建立了拱桥三维数值模型,分析了不同环境温度作用下拱桥的振动特性,并根据数值模拟结果,采用指数函数给出了环境温度与拱桥振动频率非线性拟合关系式。计算结果表明,随着外界温度的升高,体系联合广义刚度增大,结构的自振频率升高;随着外界温度的降低,结构的自振频率降低。当环境变温相同时,基频变化率大于同温度下其他阶次频率的变化率;当环境变温不同时,同阶次振动频率的变化率随变温幅度的增大而增加。给出的温度-频率非线性指数函数拟合关系,拟合值与有限元值吻合较好,实用性强。在桥梁检测时考虑外界温度变化对拱桥结构自振频率的影响,可提高检测结果的准确性与可靠性。     

斜拉桥试验模型相似性推导与动力问题的数值分析

采用结构试验模型的相似理论,应用方程分析与量纲矩阵分析相结合的方法,推导了岳阳洞庭湖大桥三塔斜拉桥模型的静力和动力模型的各种相似关系,以及模态参数的相似比和相似判据。采用有限元技术,对比分析实桥与模型结构的自振特性与在地震波作用下的动力响应;通过数值分析得出满足刚度相似的模型数值结果,通过在模型结构上施加合理的配重后即可获得满足工程精度要求的原型结构的动力特性与动力响应;针对大跨度斜拉桥模型结构的配重问题,比较塔和索的配重对结构自振特性和在三向地震波作用下动力响应的影响。研究表明,在对桥梁结构进行静、动力分析时,桥梁结构的模型设计主要应满足刚度相似,试验结果可以根据相似比和相似判据通过配重进行修正,从而为结构的设计与动力试验提供依据。     

考虑桩-土效应对土质地基拱桥动力特性的影响研究

本文探讨了考虑桩-土效应的计算方法,并对采用"m法"计算土弹簧刚度给出了计算公式。通过一座土质地基上的板拱桥的实例分析,研究了土质地基条件下桩-土效应对桥梁结构动力特性的影响。研究结果表明土质地基条件下考虑桩-土效应后结构的自振频率普遍降低,频率阶次越高,降低的程度越大。根据计算结果,建议在土质地基结构动力特性分析时,必须考虑桩-土效应,土弹簧的刚度可根据"m法"进行计算。     

温度变化对正交索网结构非线性振动的影响

正交索网结构作为屋盖支承体系有着广泛的应用,属于一种柔性结构,对外荷载的作用比较敏感.非线性自振特性的研究对于正交索网结构在风荷载作用下的响应分析具有重要意义.本文考虑温度变化及几何非线性影响,采用连续化理论导出了正交索网结构非线性振动方程.通过Galerkin原理,将偏微分方程转化为常微分方程,并采用改进的L-P法对常微分方程进行了求解.结合算例讨论分析了温度变化、振幅等因素对正交索网结构非线性振动的影响.算例表明,正交索网结构固有频率随着温度的升高而减小,自振频率密集,具有较强的非线性,其自振频率随着振幅发生变化,其非线性振动呈现"硬弹簧"特性,正交索网结构的非线性自振频率高于线性频率.     

斜拉桥自由振动特性分析

斜拉桥的自振特性分析是研究斜拉桥动力行为的基础,是影响桥梁的使用与安全的重要因素之一。本文介绍了自振特性的研究方法,并一定程度上分析了不同模拟模式的效果、适用范围以及自振特性的影响因素。     

Wind-induced vibration control of long span cable-stayed bridges using multiple pressurized tuned liquid column dampers

This paper explores the possibility of using multiple pressurized tuned liquid column damper (MPTLCD) to reduce wind-induced vibration of long span cable-stayed bridges. By implementing a static pressure inside two sealed air chambers at two ends of a traditional tuned liquid column damper (TLCD), a pressurized tuned liquid column damper (PTLCD) is formed and its natural frequency can be adjusted by not only the length of its liquid column but also the pressure inside its two air chambers. This special feature of PTLCD in frequency tuning greatly facilitates its application to long span cable-stayed bridges for mitigating wind-induced multi-modes of vibration. To further enhance the robustness and effectiveness of PTLCD for vibration control, MPTLCDs are explored in this study. The finite element model of MPTLCD is developed and incorporated into the finite element model of a long span cable-stayed bridge for predicting the buffeting response of the coupled MPTLCD-bridge system in the time domain. The performance of MPTLCD for suppressing combined lateral and torsional vibration of a real long span cable stayed bridge is numerically assessed. The investigations show that the MPTLCD not only provides great flexibility for selecting liquid column length but also significantly reduces the lateral and torsional displacement responses of the long span bridge under wind excitation.     

调谐质量阻尼器(TMD)在大跨斜拉桥减震控制中的应用

将调谐质量阻尼器(TMD)运用于润扬北汊斜拉桥地震反应控制。给出了TMD的减震机理及其力学分析模型,建立了TMD-斜拉桥地震反应控制系统的有限元模型,并进行了TMD对斜拉桥减震效果分析。分析发现,TMD使斜拉桥结构的阻尼耗能减少了30%,主梁跨中和端部的横向位移减少了12%,竖向位移减少了24%。结果表明,调谐质量阻尼器能有效的控制大跨斜拉桥在地震作用下的振动。     

开口截面双索面斜拉桥动力特性研究

开口截面斜拉桥的自由扭转刚度较低,其翘曲刚度和自由扭转刚度相比不可忽略,采用模型的不同将严重影响扭弯频率比,而扭弯频率比对颤振起至关重要的影响,故扭转刚度的正确计算是抗风分析的关键。在分析开口截面斜拉桥的结构构造特点的基础上,考虑各种参数（索的非线性,索的振动,主梁质量中心和剪切中心间的偏心）对斜拉桥的自振特性的影响,对开口截面的桥面采用三种有限元模型,建立了空间三维计算模型．并将其应用于江苏省灌河特大桥的动力特性的计算。通过对三种有限元建模方式的计算结果的比较,说明三主梁模型应用于开口截面双索面斜拉桥是适用的。     

列车荷载作用下铁路斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥的索-梁相关振动,基于拉索非线性振动理论,开发了有限元索动力单元,该单元在静力计算中为普通直杆单元,动力特性计算中可以计算拉索局部自振频率,动力时程计算中可以计算拉索非线性振动与整体结构振动的相互作用;编制了计算程序,建立了大跨度铁路斜拉桥有限元模型,同时使用索动力单元模拟斜拉索,最后研究了列车通过斜拉桥时梁、塔的带动下拉索发生索-梁相关振动的特性。结果表明:对于大跨度铁路斜拉桥,列车在设计速度范围内通过桥梁时索-梁相关振动不会导致拉索产生大幅振动。     

Flutter and buffeting performances of Third Nanjing Bridge over Yangtze River under yaw wind via aeroelastic model test

Third Nanjing Bridge over Yangtze River in China is a long-span steel cable-stayed bridge with a main span of 648 m and a closed streamline cross-section of single box. The flutter and buffeting performances of the bridge under yaw winds were investigated via a wind tunnel test of full bridge aeroelastic model at a geometric scale of 1:120. The service state and three key construction states including the longest single-cantilever state, the longest double-cantilever state with a temporary pier, and the longest double-cantilever state without any temporary pier, were considered in the test. The test was conducted in both smooth and simulated boundary layer wind fields with various combinations of wind yaw angle and inclination angle. The model was elaborately designed and manufactured, and the modal properties of the service-state model were checked before the test. The natural frequencies and mode shapes were identified automatically using a self-developed special software from the acceleration signals recorded in an ambient vibration test, where an “artificial” turbulent wind with lower mean speed of 1 m/s was used as a major ambient excitation addition to the “natural” one from the slight ground trembling. The modal damping ratios were checked using free-decay vibration approach. The testing results show that the bridge has enough aerodynamic stability for all structural states and wind directions concerned, and the most unfavorable buffeting responses often occur in yaw wind case with a yaw angle between 5° and 30°.     

移动荷载作用下大跨度铁路斜拉桥纵向共振机理

列车荷载作用下铁路斜拉桥将在不同方向上发生振动,列车竖向荷载作用下导致的主梁纵向振动将影响道床稳定性和伸缩装置的使用,甚至影响行车安全性和舒适性。采用等效纵向荷载研究移动荷载作用下斜拉桥纵向振动机理,推导纵向共振速度估算公式。以一大跨度铁路斜拉桥为实例,分析了不同速度的移动荷载作用下结构动力响应。结果表明,当移动荷载速度与估算纵向共振速度接近时,移动荷载通过桥梁时的纵向加载频率与桥梁一阶纵向振动频率接近,斜拉桥发生纵向共振现象,主梁和桥塔动力响应显著增大。     

斜拉索基频识别的改进方法

斜拉桥拉索的基频在索力测试、拉索减振、实时控制等方面起着重要作用。文中分析了功率谱频差法和基频法在测试拉索基频中的不足之处,提出了一种改进的新基频法。应用本文的方法,对哈尔滨松花江斜拉桥斜拉索的环境振动下的实测加速度信号进行了分析处理,证明了其有效性和可行性。     

Lateral vibration of footbridges by synchronous walking

On the T-bridge (a cable-stayed footbridge) the girder vibrated laterally with a frequency of 0.93 Hz, the natural frequency of the first lateral mode, when a large number of people crossed the bridge. Some pedestrians felt uncomfortable and unsafe. The girder was excited by the lateral dynamic force which was produced by the zigzag movement of pedestrians. Once the bridge started to vibrate, some of the pedestrians synchronized with the girder vibration, which further increased the girder response. The same vibration occurred on the London Millennium Bridge and the M-bridge (a suspension footbridge), where field measurements were conducted. A dynamic model was then proposed to evaluate the pedestrians’ synchronized dynamic forces. Overall behavior of the girder response calculated by this dynamic model agreed with the measured values on the bridges. It was found by parametric studies that smaller bridge damping and smaller bridge mass produced larger girder response. Higher pedestrian density also increased the girder response unless they were too crowded to walk normally.     

大跨度预应力混凝土斜拉桥的动力特性研究

以一座大跨度预应力混凝土斜拉桥为例,阐述了斜拉桥动力分析中所采用的几种有限元模型,并根据通用程序建立了典型斜拉桥的三维空间有限元模型,详细分析了该典型斜拉桥结构的动力特性。研究表明:典型斜拉桥结构固有频率很低,模态密集,存在很多耦合振动的情况。     

三种塔梁联结形式对斜拉桥地震反应的影响

介绍了三种塔梁联结形式及其在ANSYS中的实现情况,以岳阳洞庭湖大桥为例,用ANSYS软件建立有限元模型,比较了三种塔梁联结形式下斜拉桥自振频率和地震反应的变化,对斜拉桥设计有一定的指导意义。