基于直接概率积分法的列车-轨道-桥梁系统随机分析

由于施工和制造误差使得铁路工程结构参数不可避免地具有不确定性,同时作为系统主要自激励的轨道不平顺亦具有明显的随机性和时变性,因此,探明不确定因子对列车和轨道-桥梁结构动态性能的影响非常重要。为了高效地完成列车-轨道-桥梁系统随机性能分析,建立列车-轨道-桥梁空间振动分析模型,采用轨道不平顺概率模型和谱表达-随机函数的方式在有限随机变量空间中实现轨道不平顺随机过程的高效模拟。引入概率密度积分方程和直接概率积分法发展了列车-轨道-桥梁系统随机动力方程和相应的计算求解策略。基于MATLAB实现了列车-轨道-桥梁随机振动的直接概率积分法分析程序,计算了全概率不平顺激励和参数随机条件下车-轨-桥系统振动响应的均值、标准差和时变的概率密度信息。研究结果表明：与概率密度演化分析方法相比,直接概率积分法可较好地反映行车过程中系统响应的概率密度特征,然而其在系统响应随机后处理时更为高效,其效率可提高1～2个数量级。此外,考虑轨道不平顺全概率激励更能准确地反映行车过程系统响应的概率特征,平均概率谱可能使得计算结果偏于保守;行车速度对于列车和桥梁动态行为的影响是显著的,随着行车速度的增加系统响应的范围逐渐变...     

基于EMD和随机减量技术的大型桥梁模态参数识别

结合南京长江大桥结构健康监测信号,提出将经验模态分解(EMD)与随机减量技术(RDT)相结合进行结构模态参数识别的方法。对于环境随机激励,经EMD分解后的结构模态响应,实际上由自由振动响应和外荷载引起的强迫振动响应2部分组成,可应用RDT得到对应模态的自由振动响应,从而识别结构的频率及阻尼。通过与有限元及谱分析结果相比较,证明了将EMD与RDT相结合的方法识别非平稳振动信号模态参数的有效性和合理性,适合于大型桥梁结构的模态参数识别。     

高速铁路南京大胜关长江大桥地震响应分析

采用大型通用有限元软件ANSYS,建立南京大胜关长江大桥主跨的连续钢桁架拱桥的有限元模型,运用反应谱分析法对全桥结构进行地震响应分析.选用经过加速度幅值调整的El-Centro地震波作为输入地震波,进行大跨度连续钢桁架拱桥一致激励下以及4种不同波速地震行波作用下的全桥结构内力和位移时程响应分析.分析结果表明:南京大胜关桥的整体结构较柔,采用反应谱法计算地震波作用下的桥梁地震响应和采用时程分析法得到的一致激励和多点激励下的桥梁地震响应差别较大,多点激励下的横桥向和竖向地震位移响应是一致激励地震时程计算得到的位移响应的2～3倍;在地震波波速为500或1 000 m·s-1时,桥梁结构关键位置杆件的弯矩达到最大.因此,在进行大跨度拱桥的地震响应动态时程分析时,应该考虑多点激励,以反映桥梁结构在真实地震作用下的实际受力状态和变形性能.     

非一致激励下大跨度铁路斜拉桥地震响应规律

以一座主跨228 m的铁路钢桁梁斜拉桥为工程背景,采用有限元软件SAP2000建立了基于大质量法的动力分析模型,根据实际工程场地条件从NGA-West2数据库中选取了7条地震动记录作为地震激励对结构进行非一致激励分析,探讨桥梁结构地震响应与地震波到达两主塔时差(相位差)之间的内在联系。结果表明:大跨度铁路斜拉桥在非一致激励下塔顶位移响应峰值与墩底弯矩响应峰值均随相位差呈周期性变化,且变化周期与结构一阶自振周期基本一致;工程结构设计中可通过调整桥梁跨径与结构自振周期,使相位差接近结构一阶自振周期的(2n+1)/2倍(n为整数)以降低非一致激励下结构地震响应;对于大跨度空间结构抗震设计,考虑行波效应的影响十分必要,应进行相位差为一阶自振周期整数倍的非一致激励分析。     

高墩大跨连续刚构铁路桥抗震可靠度分析

考虑结构参数随机性的动力可靠度是桥梁抗震研究中的重要问题.本文基于随机分析的响应面理论和规范反应谱方法,提出一种分析具有随机结构参数桥梁抗震可靠度的方法.通过拟合的多项式函数来近似替代表示结构随机输入与输出变量之间作用关系的功能函数,按照结构的破坏准则及其极限状态方程,进行可靠度分析.运用该方法研究高墩大跨连续刚构桥在地震激励下设计基准期内的动力可靠度,分析时考虑结构参数和场地土的随机性,分别计算连续刚构在多遇地震、设防地震和罕遇地震作用下的失效概率,得到结构在设计基准期内,"三水准设防标准"条件下的地震可靠度.结果表明,该桥设计满足抗震规范要求.     

地下结构抗震动力可靠度分析

由于地震的随机性,开展地下结构随机地震响应及其抗震可靠度分析具有重要的实际意义。本文从有限元动力分析的基本原理出发,利用脉冲响应函数和傅立叶变换原理,研究了将地震荷载作为平稳随机过程时地下结构随机地震响应分析方法,导出了平稳随机地震作用下地下结构动力响应的数字特征计算表达式。分析了地下结构在某烈度地震作用下和设计基准期内的抗震可靠度。     

铅芯橡胶支座动力特性对连续梁桥地震响应的影响

通过考虑铅芯橡胶支座和桥梁结构的非线性特性及相互影响,建立了全桥模型,并通过改变铅芯橡胶支座动力参数、桥梁结构的自振周期和输入地震激励等,进行连续梁桥地震响应时程分析,对采用铅芯橡胶支座隔震的连续梁桥体系的地震响应规律和特点进行了系统的研究.     

随机减量法在机车车辆轮对系统模态参数识别中的应用

提出了运用随机减量法从轮对随机响应中提取自由响应，识别出模态参数的方法，该文以锥型踏面和磨耗型踏面为例进行了分析，并提出了在等效斜度变化的磨耗型踏面情况下随机减量函数的提取方法，计算结果表明，具有较高的精度。     

基于静动力测试数据的斜拉桥模型修正

对大跨度桥梁结构进行健康监测研究的首要问题,是建立一个满足工程精度要求、反映桥梁结构力学特性的有限元模型.本文以成桥荷载试验静测中的位移和动测中的频率作为状态变量,以各项实测值与相应计算值的百分比偏差的平方和作为目标函数,结合ANSYS的优化分析功能,对大型桥梁结构的初始有限元模型的计算参数进行修正.修正过程中引入约束条件限制各待修正参数和状态变量的变化范围,使得修正后的各参数具有明确的物理意义.修正后的有限元模型为桥梁健康监测计算分析提供了更加切合实际的数学模型,也验证采用ANSYS进行模型修正的可行性.所提方法可供同类大跨桥梁结构的有限元模型修正借鉴.     

铅芯橡胶支座动力特性对边境梁桥地震响应的影响

通过考虑铅芯橡胶支座和桥梁结构的非线性特性及相互影响，建立了全桥模型。并通过改变铅芯橡胶支座动力参数，桥梁结构的自振周期和输入地震激励等，进行连续桥地震响应时程分析。对采用铅橡胶支座隔震的连续梁桥体系的地震响应规律和特点进行了系统的研究。     

单索面低塔斜拉板桁组合公铁两用桥地震响应分析

建立了郑州黄河公铁两用大桥主桥第一联单索面低塔斜拉板桁组合桥的三维有限元计算模型,对该桥梁进行了自振特性分析,在此基础上进行该桥的地震响应研究,对比分析了一致激励下和考虑行波效应非一致激励下的桥梁地震时程响应的差异。计算结果表明,与竖向刚度相比,该桥梁的横桥向刚度相对弱了一些,桥梁第一振型为横桥向弯曲振动;行波效应对桥梁地震响应的影响较大;当地震波峰值加速度不超过0.15g时,该桥梁的抗震安全性是可以得到保证的。     

地下结构抗震设计的等效地震荷载动力有限元方法

等效地震荷载是地下结构简化抗震设计方法的核心,直接决定简化方法的计算精度。目前,大多数简化抗震设计方法均围绕地震过程中土层的加速度响应或位移响应建立等效地震荷载。传统的土层地震反应采用等效线性化程序进行一维分析,难以反映土层真实的运动过程。基于大型通用有限元软件ABAQUS进行二维自由场地震反应分析,讨论了计算等效地震荷载的动力有限元方法,介绍了其建模过程及关键参数,并与等效线性化程序Edu Shake软件的计算结果进行对比。研究表明,动力有限元法的计算效果良好,可以运用于简化抗震设计时的等效地震荷载计算。     

基于简化模型的不等高墩CRTSⅡ板式无砟桥-轨系统地震研究

为研究高速铁路CRTSⅡ板式无砟轨道-桥梁系统中不等高墩桥跨SUHP(Span of Unequal Height Pier)在地震作用下的地震响应特性,提出一种高速铁路CRTSⅡ板式无砟轨道-桥梁系统简化分析模型,结合不同工况下的多个算例对比分析全桥精细有限元模型和简化模型的地震响应计算结果,验证所提出的简化分析模型的有效性。基于简化分析模型,研究SUHP位置对高速铁路轨道-桥梁系统地震响应的影响规律,获取SUHP对高速铁路轨道-桥梁系统地震响应最不利的位置,分析SUHP在最不利位置下墩高比对高速铁路轨道-桥梁系统地震响应的敏感性,得到了5跨、7跨和9跨高速铁路轨道-桥梁系统地震响应参数随墩高比增加的变化规律。研究结果表明：提出的简化模型既可准确分析不等高高速铁路轨道-桥梁系统在地震作用下的全桥动力响应,又可对其任意桥跨进行局部分析,且具有较高的计算效率和精度;不等高墩桥跨显著增大了高速铁路轨道-桥梁系统的地震响应,地震作用下SUHP在轨道-桥梁系统中的最不利位置位于中间跨处;高速铁路轨道-简支梁桥系统的主梁最大位移、钢轨最大位移、普通墩的墩底剪力均随桥梁跨数及特殊墩墩高比的增大而显...     

超大跨度斜拉桥随机地震响应参数敏感性分析

斜拉桥跨度的增大,使得地震动空间效应对结构地震反应的影响成为新的研究课题之一。本文基于随机振动理论,以苏通长江公路大桥为背景,对超大跨度斜拉桥在随机地震荷载作用下的动力响应展开研究。通过系统分析结构弹性模量(钢箱梁和索塔)、桩-土-结构动力相互作用、地震动模型、斜拉索振动效应以及模态组合数量对结构内力和位移的影响及其变化规律,掌握参数变化时,结构随机地震响应的变化范围是否可能因结构参数的变化而危及结构安全,为超大跨度桥梁的抗震设计和分析提供借鉴。     

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。     

车辆参数随机的车桥竖向随机振动分析

车辆参数的随机性对车桥耦合随机振动的影响不可忽略。基于车-桥竖向耦合模型,考虑车辆荷载及一系、二系竖向弹簧刚度与弹簧阻尼的随机性,采用数论选点法对多维随机变量选取离散代表点,并基于正态分布利用Voronoi区域对代表点集进行剖分赋得初始概率;建立概率密度演化随机动力方程,基于MATLAB编制车桥耦合随机振动分析程序;采用newmark-β积分法及带TVD格式的双边差分法计算车桥振动响应均值、标准差及时变概率密度演化分布。结果表明:与随机模拟法相比,概率密度演化法分析车桥随机振动精度更高,计算效率提高1~2个数量级;车辆载重随机荷载是车桥竖向耦合随机响应的主因之一;不可忽略二系竖向弹簧随机刚度及随机阻尼对列车竖向振动的影响;桥梁挠度均值整体随车速先增大后减小,其变异系数受车速的影响。     

近场地震速度脉冲下的反应谱加速度敏感区

已有的地震记录表明,含有速度脉冲的近场地面运动往往会具有较大的PGV PGA比值,进而会在反应谱中产生较宽的加速度敏感区。所以含有速度脉冲的近场地面运动会显著地改变结构的响应特点,使结构产生较大的内力和位移,同时对结构的延性要求也会加大。对三条来自Chi chi地震的脉冲型近场地震记录和一条Imperialvalley地震的一般记录的响应特点作了简单分析,并应用ANSYS有限元计算程序,通过对四个桥墩模型的时程分析发现,桥墩在含有速度脉冲的近场地震激励下,会产生相对较大的墩底内力和墩顶位移。从三个方面加强了对近场地震的设防,较为合理地解决了近场地震的设防问题。     

地铁隧道地震动力响应三维数值分析

文章依托广州地铁花都广场站—马鞍山公园站区间隧道工程,建立地铁隧道地震动力响应三维数值分析有限元模型,计算分析水平向地震荷载作用下的地表位移、隧道结构动力响应,并计算分析了不同阻尼、边界条件等计算参数对隧道结构动力响应的影响。     

大跨度小半径曲线连续梁桥地震响应分析

为研究大跨度小半径曲线连续梁桥的地震响应,以现代有轨电车线路上一座(33.5+60.0+36.5)m三跨预应力混凝土曲线连续梁桥为例进行分析。采用MIDAS/Civil建立全桥有限元模型,计算不同约束条件下桥梁动力特性,并采用反应谱法对桥梁在地震作用下的位移和内力进行分析。分析结果表明:采用刚构-连续组合的曲线梁桥可以获得较好的内力响应及位移响应,有利于桥梁的抗震;对于大跨度、小曲线梁桥,位移响应最大时和内力响应最大时分别对应不同的激励角度,在考虑水平地震作用时应按不同的激励角度进行分析。对刚构-连续组合曲线梁桥采用固结刚度较大的桥墩,可以提高整个桥梁的刚度,减少整体的位移,有利于桥梁抗震。     

新型客站随机地震响应的控制策略

高速铁路建造过程中出现的新型客站往往以房桥合一为特征,其综合了房屋建筑和桥梁结构二者的特点,抗震与减震设计必然不同于一般结构物。本文首先建立在新型客站中设置层间隔震和混合减震控制的基本模型,并基于随机地震输入和虚拟激励法推导高效计算表达式。在此理论基础上,研究层间隔震技术的减震效果和工作机理,指明层间隔震存在的缺陷。继而针对层间隔震的不足,在房桥合一客站中引入混合减震控制策略,其在层间隔震基础上通过设置连接阻尼器实现减小桥梁位移和避免梁体碰撞的目的,深入研究层间隔震与连接阻尼器的工作机理,提出混合减震策略的优化设计方法。研究表明:层间隔震与混合控制策略在房桥合一新型客站随机地震响应控制中是可行且有效的。