曲线斜拉桥的动力反应

通过对新加坡某座跨径１００ｍ的曲线斜拉桥动力反应的足尺模型实验及对实验结果与自由振动分析的对比表明，梁端约束方式的模拟是一个重要的因素，而斜拉桥及应力集中影响的模拟却并不重要，除非拉索模型和弱刚度的上部结构相互作用协调，且能在测量响应中表现出来。只有清楚地了解锚固刚度及质量分布、否则，从诱导振动中获得索的张力也是不精确的。但环境振动测试技术对这种尺寸的结构是很适合的。     

基于负刚度支撑的拉索振动控制研究

为有效抑制斜拉桥拉索的危害性振动,文中研究了基于负刚度支撑的控制理论与方法。通过提出负刚度支撑并分析其对阻尼器位移响应的影响,并基于安装方式建立系统模型,研究对某原型拉索的振动抑制效果。结果表明,负刚度支撑可有效地抑制拉索振动。为传统拉索振动控制提供了另一种途径。     

考虑弯矩刚度影响下两拉索体系自振特性分析

为探究拉索抗弯刚度以及相邻索之间的干扰因素对斜拉索体系自振特性的影响，以两拉索体系为研究背景，构建了可同时考虑拉索抗弯刚度、索力以及相邻索耦合效应的双梁力学模型。该模型上梁与下梁分别用来模拟拉索，中间层用来考虑拉索间的干扰因素，拉索的两端分别采用竖向和旋转弹簧模拟边界条件。基于双梁力学模型，首先给出了两拉索体系自由振动频率与模态函数的理论解；然后针对高阶超越方程无法直接求解的难题，给出了相应的高效的迭代算法；最后通过与有限元结果的对比验证了所提方法的正确性，并就可能影响拉索体系自振特性的几种典型外部因素进行了参数化分析。结果表明：1)所提方法具有较高的计算精度与效率，理论推导正确可靠；2)轴力越大拉索体系的自振频率越大，但轴力对体系的振动模态无影响；3)双梁模型中间支撑的刚度对缆索体系的振动频率与模态有较大的影响，尤其对体系的高阶振动更明显；4)边界条件对体系的自振频率与模态函数影响明显。提出的双梁模型可较好地考虑两拉索间耦合特性，可为求解同类拉索体系的动力响应提供参考。     

斜拉桥索梁耦合振动研究

研究了斜拉桥发生索梁耦合共振的机理与条件,充分考虑了拉索振动的几何非线性、垂度与桥面刚度的影响,建立了索梁耦合振动的数值计算模型.计算结果表明,拉索发生大幅振动与斜拉桥主梁的刚度以及拉索本身的振动特性有关,拉索可能在主梁振动的作用下发生1∶1的主共振或2∶1的主参数共振.根据计算结果讨论了这两种共振的性质,提出了抑制索梁耦合共振的方法.     

考虑抗弯刚度的频率法测索力实用公式

运用频率法测量斜拉索索力,基于不同的振动模型,可得到不同的索力求解公式.求得的索力之间有时存在较大差异,为了提高索力测量的精度,选用一组不同长度及截面参数的索对不同的振动模型进行比较,分析了刚度及边界约束在不同振动模型中对索力计算的影响,得到结论:反映拉索刚度的参数ξ与不同振动模型的索力差值相关性良好.在此基础上提出一...     

大跨拱桥施工阶段索-拱组合结构的自振特性分析

缆索吊装法是大跨拱桥施工的一种重要施工方法,施工阶段由支撑扣索与拱节段形成的临时索-拱组合结构在复杂环境下的动力问题值得关注。该文以贵州大小井大桥节段吊装过程为工程依托,分析归纳索-拱结构模态以及对应频率的分布特征。分析了拉索抗拉刚度、主拱抗弯刚度和边界条件对结构模态分布的影响。结果表明:索-拱结构同时存在索的局部振动模态和结构的整体振动模态;随着吊装节段的增加,结构将更容易出现整体振动;主拱抗弯刚度和边界条件对结构整体振动模态分布具有重要影响,拉索抗拉刚度对结构整体振动模态没有影响。     

上承式拉索组合拱桥动力特性研究

采用有限元软件RM Bridge建立了上承式拉索组合拱桥的动力分析计算模型,采用子空间迭代法计算上承式拉索组合拱桥的自振频率和振型,并与结构参数相同的普通上承式拱桥动力特性进行对比分析.计算结果表明:上承式拉索组合拱桥和普通上承式拱桥的基频相同；上承式拉索组合拱桥的第一阶竖向振动频率比普通上承式拱桥的第一阶竖向振动频率提高了将近1倍.说明在拱肋平面内增加拉索,对上承式拱桥横桥向的水平刚度没有影响,但使上承式拱桥的竖向刚度得到明显提高.     

Analysis on Frequency and Force of Stay Cable Considering Flexural Rigidity

以经典弦振动理论为基础,建立斜拉索振动分析的有限元模型,提出考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法.讨论抗弯刚度对斜拉索平衡索曲线的影响,绘制出距垂比随拉弯刚度比的变化曲线,得出了斜拉索的垂度随抗弯刚度的增大而减小的变化规律.针对西昌斜拉桥25对斜拉索的模态进行精确分析,以有限元的方法验证了斜拉索的模态超越现象,分别绘制频率和振型随索力的变化曲线,归纳索频率变化规律,提出索力测量的实用计算方法,采用频差法来判断实测各阶频率的阶数,并且以第2阶频率来进行索力计算.经工程实例验证,考虑抗弯刚度的斜拉索平衡索曲线迭代计算方法可以有效排除由模态超越带来的索力计算偏差,适用于各种长度的斜拉索以及在施工过程中各阶段的索力测量计算.     

风、列车作用下大跨度斜拉桥索-梁相关振动研究

为了研究大跨度铁路斜拉桥在随机风、列车动力作用下索-梁相关振动导致的拉索振动状态,开发三维空间非线性有限元动力计算程序、列车动力学模型、风场模拟算法,以实际斜拉桥为研究对象,建立全桥三维有限元计算模型进行详细的计算分析。首先,分别使用拉索不分段与分段的全桥模型进行模态计算,讨论拉索局部振动特性与全桥振动特性之间的关系。然后,计算在简谐外激励作用下斜拉桥全桥的非线性振动时程,对比单根拉索在端部位移激励下的非线性振动特性与全桥结构中拉索发生大幅索-梁相关振动之间的差别,依据非线性振动理论,讨论实际斜拉桥中拉索发生索-梁相关振动的共振条件。最后,使用拉索分段的斜拉桥全桥模型,研究在三维空间中,风场动力作用、列车动力作用、风-列车-桥梁耦合动力作用在各个工况下对斜拉桥全桥索-梁相关振动的影响。研究结果表明：对于大跨度铁路斜拉桥,在实际日常运营状态下,风和列车的作用不会使结构进入非线性振动状态;单独的风或列车动力作用不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件;风-列车-桥梁耦合动力作用下拉索振动相对单独的风、列车作用更为明显,但也不会使拉索达到索-梁相关振动的共振条件。     

基于动力刚度法与粒子群优化算法的拉索参数识别

拉索一般设置有一个或多个中间支承,其振动频率与索力对应关系不甚明确,基于动力刚度法与粒子群算法,对带有多个中间支承的拉索进行参数识别。将拉索视为无限自由度体系,导出精确的单元动力刚度矩阵,通过集成及求解得到总体动力刚度矩阵和频率方程,引入Wittrick-Williams算法求解拉索振动频率;根据拉索振动频率拟合的参数识别方法,将之转化为一优化问题,采用带变异算子的粒子群优化算法进行拉索参数识别。通过有限元仿真分析对带有两个中间弹性支承的两端固结拉索进行了算法的验证,并选取一座实桥的3根两端设置高阻尼橡胶减振器的典型拉索进行了参数识别。研究表明,对具复杂边界条件拉索,基于动力刚度法与粒子群优化算法的参数识别方法能够获得较好的索力测试精度。     

索承重大跨桥梁拉索的振动控制装置种类与性能

拉索是索承重大跨桥梁的重要承力部件;由于拉索质量轻,柔度大,阻尼小,在风的激励下,会发生强烈的振动,其中最为剧烈的是拉索的风雨激振.对此,结构工程师采取了各种措施来控制拉索的风致振动.迄今为止,在拉索上附加耗能减振装置仍然是索承重大跨桥梁拉索振动控制的主要手段.就目前国内外索承重大跨桥梁拉索的振动控制装置种类与性能进行比较和分析,指出它们的优缺点;并展望未来拉索振动的半主动控制和主动控制装置.     

无背索斜拉桥动力特性的参数影响分析

以某座主跨120m的双斜塔无背索斜拉桥为工程背景,采用有限元软件midas Civil建立单主梁有限元模型,分析虚拟刚臂截面尺寸和材料弹性模量的取值对结构基频的影响程度,并研究前9阶振动频率和振型,最后通过改变材料的弹性模量,分析斜拉索刚度、主梁刚度和主塔刚度的改变对结构振动频率和振型的影响。结果表明,刚臂截面的宽度对结构基频影响最大;斜拉索的刚度对结构的整体刚度影响很小,其中塔的纵弯对斜拉索刚度的改变比较敏感;增大主梁的刚度可以调整主梁和主塔振动形式出现的先后顺序;主塔刚度的增加,使主梁的侧向扭转振型后移。     

基于改进尾流振子模型的超长拉索涡激振动特性数值研究

为了研究大跨度斜拉桥超长拉索在不同流场特性下的高阶多模态涡激振动问题，以牛顿定律为基础，建立了考虑张力变化以及垂度效应的拉索结构振子方程，引入改进的Van Der Pol式尾流振子模型，以加速度耦合两非线性振子，提出了一种简便的拉索涡激振动流固耦合预报模型；采用二阶中心差分法，对两振子方程在空间域和时间域进行离散迭代求解，编制了拉索涡激振动的MATLAB计算程序，并验证了其可靠性。该方法为研究拉索涡激振动提供了一种新思路，可解决风洞试验和数值软件（CFD）不便模拟大长细比拉索结构的问题。基于提出的预报模型，以1根330 m超长拉索为研究对象，分析了拉索多模态涡激振动特性，探讨了不同流场特性对拉索涡激振动的影响。研究结果表明：均匀流作用下，拉索发生涡激锁定现象，以单一模态发生振动，随着风速的增加，拉索涡激锁定区间增大而最大振幅不发生改变；剪切流作用下，拉索发生多模态涡激振动，位移响应呈现"拍"的特点，振动频率分布在Strouhal涡脱频率范围内，存在2个或3个主导频率，主导频率全程参与振动，非主导频率间歇参与振动；拉索多模态涡激振动位移响应表现为行波-驻波并存的状态，随着风剖面指数的增加，涡激振动行波效应显著。     

独塔混合梁不对称索斜拉桥非线性动力特性有限元分析

桥梁的动力特性(固有频率和振型)是结构动力分析和抗震分析的重要参数。该文以东沙大桥为例,利用ANSYS建立空间动力计算模型,分析了桥梁主要结构参数对其振动特性的影响。结果表明,对于独塔混合梁斜拉桥,边垮辅助墩可以大幅提高结构的整体刚度,而且斜拉索的稀密程度、索塔、钢混比对其自振频率均有不同程度的影响。     

大跨度混合梁斜拉桥拉索减振研究

大跨度斜拉桥跨度大、拉索长、刚度小,使得斜拉桥极易受各种外界激励而发生振动。拉索更是因为其质量小、柔度大、结构阻尼低的特点,极易发生振动。并且随着斜拉桥跨径的不断加大,拉索越来越长,拉索的振动问题也日益突出。本文详细分析了抖振、涡激振动、干索驰振、风雨激振等拉索主要振动形式对大跨桥斜拉索的影响,并计算了相应的临界风速与阻尼比要求。对比分析了CIP规范、FIB规范、PTI规范以及我国规范《公路斜拉桥设计细则》(JTG D65-01-2007),研究了拉索最低阻尼比的取值要求,详细分析了各种拉索振动及其减振措施,以供拉索阻尼器选型时参考。     

用振动法估算拉索张力的实用公式

在用斜缆加劲的拱桥或斜拉桥等拉索体系桥的建造过程中，通常采用振动法进行拉索张力的现场测量。本文推荐的振动法的实用公式考虑了拉索找曲刚度及垂度的影响。该公墓 以考虑找曲刚度的斜拉索方程的高精度近似解为基础得到的。使用测量到的低价振型的固有频率，使可由这实用公式很容易地估算出斜拉索的张力。不论拉索的长度和张力是多少，只要其一阶或二阶振型能测得，则本文提出的公式均适用。对于不易用人工激振的长拉索，用从稳     

桥梁基础刚度有限元模拟的正交三梁模型

地基和基础的柔性对上部结构的变形或总体线刚度有一定影响,在车桥耦合振动等结构静、动力分析中合理模拟基础刚度是必要的。针对当前常用基础刚度模拟方法的局限性,提出一种基础刚度有限元模拟的正交三梁模型,其原理是采用具有1个公共节点的3个正交的梁单元,通过联合求解确定3个梁单元各自的刚度特性,从而使3个正交单元公共节点处的刚度和承台中心的基础刚度等效。通过实例验证,该正交三梁模型可准确模拟基础刚度矩阵的各主元素和交叉项,简单实用,便于结构有限元建模,具有推广价值。     

3塔悬索桥动力特征参数分析

基于Abaqus平台建立了泰州3塔悬索桥三维有限元计算模型,采用Lanczos特征值求解方法分析了该桥的动力特征,研究了加劲梁竖向、横向和扭转刚度以及塔梁间设置弹性约束对大跨度3塔悬索桥动力特性的影响。研究结果表明,加劲梁竖向刚度、横向刚度、扭转刚度的变化均对相应方向上的振动频率有影响,对其他方向上振动频率影响甚小;中塔梁间的弹性拉索刚度仅影响竖向振动频率,当其刚度超过设计刚度后影响甚小;不设置弹性约束时,结构会出现纵飘振型;塔梁间的弹性约束对动力特性的影响大于缆梁间中央扣对动力特性的影响。     

三塔斜拉桥结构刚度参数敏感性研究

针对三塔斜拉桥在活载作用下的结构刚度问题,以5种跨径三塔斜拉桥为分析对象,通过改变主梁、斜拉索、索塔等主要构件刚度值,计算结构在活载作用下的结构刚度差异,研究了三塔斜拉桥竖向刚度及边塔、中塔纵向变位刚度的影响。研究结果表明:增加索塔刚度尤其是中塔刚度对提高大跨径三塔斜拉桥的结构刚度更经济有效,而对于小跨径的三塔斜拉桥来说,则可通过改变主梁或斜拉索的刚度来实现。斜拉索的刚度对边塔纵向变位刚度的影响较为明显,主梁次之。中塔刚度对中塔纵向变位刚度的影响较为明显,而边中塔刚度同时增加与仅增加中刚度的影响效应相差不到5%。     

考虑温度效应的斜拉桥塔-索-主梁耦合振动模型及影响分析

温度变化不仅会改变斜拉索的索力、频率以及边界条件,引起振动过程中的分叉现象,还会破坏振动控制的鲁棒性,掩盖结构损伤识别参数以及状态评估。为了研究非均匀温度场中索梁组合结构的非线性振动行为机理。将温度效应作为索和主梁振动的边界条件,引入高精度抛物线形,考虑拉索几何非线性、倾角、索的自重弦向分力影响,推导了热力学平衡状态下的索梁组合结构耦合振动微分方程,构建了考虑温度效应的塔-索-主梁连续耦合非线性振动精细化模型。编制程序研究了温度变化对拉索和主梁的固有频率影响,以及索梁温差对桥塔-拉索-主梁连续结构参数振动的影响。结果表明:温度变化对拉索和主梁固有频率影响不同,在塔-索-主梁频率比为2∶1∶1的主共振模式下,温度变化量每增加5℃,拉索固有频率下降0. 17%-0. 2%,主梁固有频率下降4%-7%;索梁温差的拉索振动具有明显"拍"特征,且索和主梁之间存在能量传递,随着正索梁温差逐渐增大,拉索最大振动幅值减小,但振动频率逐渐增大;随着负索梁温差的增大,拉索最大响应振幅增大,振动频率逐渐减小;考虑索梁温差和端部联合激励下的拉索振幅比单一端部激励振幅要小,拍频要大,在2∶1∶1主共振和2∶1∶2的参数共振模式下,拉索振动有明显的"拍"特征,而主梁振动相对平稳。