沪通长江大桥大位移梁端伸缩装置动力性能研究

沪通长江大桥主航道桥为主跨1 092m的公铁两用连续钢桁梁斜拉桥,主航道桥两侧为跨度112m的钢桁简支梁桥,主航道桥、钢桁梁桥间设置伸缩量为±900 mm的梁端伸缩装置。为考察该桥伸缩缝对列车和桥梁动力响应的影响,针对其梁端伸缩装置初步设计的比选方案进行车线桥动力性能研究。按照实际情况建立包括主航道桥、钢桁梁桥和梁端伸缩装置的完整桥梁结构模型,采用逐步积分法分析车桥耦合振动。结果表明,梁端伸缩装置与两侧主航道桥、钢桁梁桥上的轨道结构变形存在差异,此梁端附近区域的局部不平顺造成了对车辆和伸缩装置的冲击,使得部分工况下车辆响应超限,支承梁的加速度与铜陵长江大桥的梁端伸缩装置设计方案相比偏高,尤其在主梁收缩状态下,上述情况更为明显。     

大跨多线铁路钢桁梁桥车桥耦合动力分析

为研究列车通过桥面上设置多线铁路的大跨度钢桁梁桥所激发的车桥耦合振动的规律,以某两联2×84m连续钢桁梁桥为研究背景,将列车视为多刚体动力系统,用空间有限元对桥梁进行离散建模,并将列车、桥梁视为联合动力体系,建立列车与多线钢桁梁桥的车桥耦合动力模型,计算分析列车通过该桥时的桥梁动力响应和列车走行性。研究结果表明:当ICE3高速客车、C62普通货物列车混合编组通过桥梁时,桥梁和车辆的动力响应比单线客车通过桥梁时明显偏大;列车在各种组合工况下通过桥梁时,列车走行性能得到满足,桥梁动力性能良好。     

基于实测数据的斜拉索振动分析与小波包能量占比研究

为研究海域环境下跨海斜拉桥长斜拉索的振动响应特征及振动能量分布特点,以金塘跨海大桥为背景,对后期构建的局部实时监测系统采集的实测数据进行分析。研究斜拉索加速度信号的时域和频域特征,运用小波包分析对不同季节的斜拉索加速度时程进行分解及重构,并计算振动能量在不同频带的能量占比。结果表明:金塘大桥桥址处风向以西北为主,近似垂直于斜拉索索面;斜拉索振动以面内振动为主,存在多模态耦合现象,且振动波形在无规则和谐波之间转变;斜拉索振动实测小波包能量占比呈现出季节性变化规律,不同频带能量占比的日变化表现出"昼大夜小"的趋势;特定频带的小波包能量占比随时间的变化可以较好地反映斜拉索短时振动能量的变化,有助于有效识别斜拉索振动情况,保证桥梁安全运营。     

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥动力响应控制技术

重庆至利川铁路韩家沱长江大桥为客货共线双线铁路桥,主桥采用(81+135+432+135+81)m钢桁梁斜拉桥。为保证其动力安全性,对行车和地震引起的结构振动、钢桁梁风致振动及风-车-桥系统耦合振动控制技术进行研究。该桥塔梁约束采用组合控制体系,即利用带控制开关的新型锁定装置控制行车引起的结构振动,利用液压粘滞阻尼器控制桥梁的地震响应,二者协同工作。采用在下弦杆底部设置外张导流板的措施抑制钢桁梁在低风速下的竖向涡激振动现象,导流板吊点高度设为0.6m、倾角设为5.5°,导流板纵向分段长度取为1倍导流板宽度。根据风-车-桥耦合振动分析,考虑安全因素,制定各种风速下列车运行时的车速标准。经多年通车运营检验,该桥动力响应控制技术效果良好。     

车辆荷载作用下双工字钢-混组合连续梁桥振动控制研究

车桥耦合作用下，钢-混凝土组合梁桥竖向振动问题比较突出，这将影响行人的安全及舒适性。以中国某三跨双工字钢-混凝土组合连续梁桥为研究对象，对桥梁进行车桥耦合振动分析及控制。基于Newmark-β法在ANSYS中利用APDL语言建立车桥耦合振动模型，并对不同车重、车速和路面等级下的桥梁竖向加速度振动响应进行分析。在桥梁各跨跨中安装调谐质量阻尼器(TMD)对桥梁振动进行控制，采用最佳参数调整方法确定TMD参数。对安装TMD前后的桥梁振动响应进行对比分析，并结合Sperling指标对行人舒适度进行评价。研究结果表明：车速、车重和路面等级均是导致行人舒适度变差的重要因素;2辆同型号车辆按相应车道并排行驶，安装TMD后，随着车速的增大，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率逐渐增大，当车速为120 km·h^-1时，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率达到43.7%，Sperling指标从2.76降到2.33，振动控制效果最为明显;随着车重的增加，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率基本呈增大趋势，当各车重为40 t时，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率为29.1%，Sperling指标从2.20减小到1.99，行人舒适度得到了较大改善;随着路面不平顺等级的增大，桥梁跨中竖向加速度峰值减小率也逐渐增大，C级路面时加速度峰值减小率可达到29.4%，控制效果明显。因此，安装TMD对不同车重、车速和路面等级下的桥梁跨中竖向加速度响应均起到了控制作用，对双工字钢-混凝土组合连续梁桥安装TMD可以有效地改善行人舒适度。     

连续刚构桥动力特性参数识别与有限元模型修正

以东营黄河公路大桥——大跨预应力混凝土连续刚构桥为对象,首先利用ANSYS建立了全桥的三维有限元模型并进行了理论模态分析;并应用频率分解方法(FDD)和特征系统实现算法(ERA)分析了该桥所安装的健康监测系统采集的加速度响应数据,进行了桥梁动力特性参数识别;最后,在所建立的初始有限元模型和识别的实际桥梁动力特性参数的基础上,采用模型修正的方法,得到了该桥修正的有限元模型。研究结果表明,通过该桥监测系统采集的加速度数据可以较好地识别其模态参数,所识别的模态参数可作为结构动力特性修正的依据;修正后的有限元模型能更真实地反映结构的动力特性,模型修正的结果较好地反映了实际桥梁的物理特性。该模型可以作为该桥梁长期健康监测与状态评估的基准模型。     

基于监测大数据的涡激振动影响因素分析

为从监测大数据中提取影响桥梁涡激振动的特征参数,及时预测涡激振动,以某跨海大桥为背景,对该桥2013～2015年的涡激振动监测数据进行梳理,分析风参数以及能量集中系数等结构振动响应因素在涡激振动中的特异性,根据涡激振动特征参数建立动态监控模型,并应用于该桥中。结果表明:涡激振动主要发生在顺风向平均风速为4～13m/s低风速以及300°～330°、120°～150°风向角间;竖向平均风速、风攻角、湍流度、阵风因子均不宜作为涡激振动预测分析参数;能量集中系数与加速度均方根值可作为桥梁是否发生涡激振动的进一步判断条件;涡激振动动态监控模型可及时预测涡激振动,且实际应用效果较好。     

基于移动TMD加速度响应的桥梁损伤检测新方法研究

将TMD安装在一个可移动的装置上,利用TMD上的无线传感器记录其通过桥梁时的加速度时程曲线。通过对TMD加速度响应的分析对桥梁的损伤位置和损伤程度进行识别。对简支梁桥和移动TMD耦合系统建立有限元模型,对该识别方法进行数值模拟和参数分析,验证该方法识别桥梁单处损伤和多处损伤的可行性,结果与预期目标吻合。对不同路面粗糙度,TMD不同移动速度,移动TMD与桥梁的质量比和刚度指标比进行参数分析,为采用该方法对桥梁进行快速损伤检测的参数选取提供理论依据。     

多线铁路桥双车交会的风-车-桥耦合振动研究

为研究风荷载下多线铁路桥双车交会的动力响应,以某六线双层铁路斜拉桥为背景,采用桥梁结构分析软件BANSYS建立有限元模型,对不同双车交会组合进行风-车-桥系统耦合振动分析,计算各工况下车辆和桥梁的动力响应,并研究双车交会横桥向间距、车桥相对位置和风速对车辆和桥梁动力响应的影响。结果表明:双车交会过程中,迎风侧车辆的加速度变化不明显,背风侧车辆的加速度明显变大;双车横桥向间距对背风侧车辆的横向加速度有不同程度的影响,竖向加速度有明显突变;横桥向间距对桥梁的横向位移略有影响,对竖向位移几乎无影响;双车横桥向间距相同时,靠近来流方向车道交会时车辆加速度比远离来流方向车道交会时大;迎风侧车辆的加速度随风速增大而增大;桥梁跨中横向位移随风速增大而变大,竖向位移和扭转角受风速的影响较小。     

基于车桥耦合振动的RC系杆拱桥加固效果评价

为了对采用吊拉主动加固方法的钢筋混凝土系杆拱桥进行基于车桥耦合振动分析的加固效果评价,首先,利用ANSYS软件建立空间梁、板和杆单元的桥梁结构有限元梁格模型,并选取三轴9自由度的车辆模型及路面不平度等级B分别模拟实际车辆及桥面状态,将梁格模型调入BDANS软件,通过数值模拟车、桥动力响应,计算得到桥梁动位移、加速度响应,研究加固前后桥梁控制截面所受到的动力冲击作用;然后,分析桥梁加固前后不同位置加速度响应的频谱特征;最后,对依托工程动力特征、动态响应及车桥耦合作用的实测值与理论值进行比较分析。结果表明：通过该方法加固后结构的竖向自振频率较加固前均有提升,但提升幅度较小;加固前后结构不同位置的动力响应随车速增加呈逐渐增大的趋势,且车速在60～80 km·h^-1时,加固后结构跨中截面的动力响应降幅最大;加固后结构控制截面的加速度均方根值小于加固前,根据其变化幅值建议车辆通过加固后桥梁结构的速度为60 km·h^-1,以保证行人过桥时的体感舒适度、通行效率及行车安全;通过理论值与实测值的对比分析,验证了基于车桥耦合振动分析方法对桥梁结构加固后行车性能评价的有效性。     

风-浪联合作用下大跨度桥梁车-桥耦合振动分析

为研究波浪对跨海桥梁风车-桥耦合振动系统的影响,针对跨海桥梁所处风大、浪高的极端环境,建立了波浪-风-列车-桥梁动力模型,将风场视为空间相关的平稳高斯过程,高速列车采用质点-弹簧-阻尼器模型模拟,精细化全桥模型通过有限元方法建立,考虑风-列车-桥梁之间的耦合作用,波浪作为外部荷载施加到该耦合体系中。以主跨532 m某海洋桥梁为例,通过自主研发的桥梁科研软件BANSYS （Bridge Analysis System）,分析了波高、风速、车速对耦合模型车辆和桥梁响应的影响。结果表明：风车-桥耦合振动体系的车辆和桥梁响应受波浪影响显著,车辆和桥梁响应在与波浪荷载一致的方向增加显著,15 m·s^-1风速下,考虑波浪影响的车辆横向加速度最大值约是不考虑波浪时的1.3倍,考虑波浪影响的跨中横向位移最大值约是不考虑波浪时的22倍,而在非一致方向波浪对车-桥响应的影响较小;不同风速下,波浪对车辆横向加速度影响显著,考虑波浪影响的车辆横向加速度约是不考虑波浪时的1.2倍,而车辆竖向加速度、轮重加载率、倾覆系数等指标主要受风速的影响;波浪基频与桥梁横向位移响应谱主峰频率一致,波浪已成为影响桥梁横向位移响应的控制因素;波浪减弱了车速对车-桥响应的影响,随着波高的增加,车辆和桥梁响应对车速的变化更不敏感。     

大跨度铁路钢桁拱桥车—桥耦合振动分析

为使列车高速通过大跨度铁路钢桁拱桥时具有良好的走行性,同时使桥梁具有良好的动力安全性,对该类桥梁的车-桥耦合振动进行分析.基于车-桥耦合振动理论,采用三角级数法模拟轨道随机不平顺,联立轮对沉浮振动及侧滚振动方程迭代求解轮轨力,采用迭代法求解桥梁及车辆响应.以南京大胜关长江大桥为例,采用推荐方法对该桥在不同列车(德国ICE3动力分散式高速列车、中华之星列车、南京轻轨列车、空载P62货物列车)以不同速度通过时,桥梁和车辆的动力性能进行分析.分析结果表明,该桥安全性和列车安全性、平稳性指标均满足要求,列车平稳性优良,推荐的计算模型及简化方法可用于同类桥梁的车-桥耦合振动分析.     

地震与风联合作用下大跨桥梁车-桥耦合振动分析

为了研究大跨桥梁在风、车及地震联合作用下的动力响应,在已有风-车-桥耦合振动分析程序的基础上,利用大质量法模拟桥梁受到的地震作用,建立了地震-风-车-桥耦合振动分析的数值模拟平台,通过质量-弹簧-阻尼系统模拟车辆模型,利用有限元方法建立桥梁模型,采用谱表示法模拟路面粗糙度、风场和地震动,通过分离迭代方法求解地震-风-车-桥耦合振动系统的动力响应。以主跨1 088 m的苏通大桥为例,基于建立的地震-风-车-桥耦合振动分析平台,计算分析了日常风荷载与地震联合作用下桥梁和车辆的动力响应;并进一步探究了地震动完全空间变异性对地震-风-车-桥耦合系统车桥动力响应的影响。结果表明：处于日常运营阶段的大跨桥梁结构（仅承受风和车辆荷载）受到突发地震时,桥梁和桥上行驶车辆的动力响应将急剧增加,地震动对车-桥系统动力响应起控制作用;与地震-车-桥系统中的桥梁响应相比,考虑风荷载会增加主梁跨中的横向振动,但对主梁跨中的竖向振动会有抑制作用;与只考虑地震荷载作用的车桥响应相比,同时考虑地震和平均风速为20 m·s^-1的脉动风荷载联合作用下的主梁跨中横向位移极值最大增大约40%。虽然地震动是车桥耦合振动的控制荷载,但是日常风荷载对大跨桥梁车桥振动的影响不可忽略。地震发生后,车辆的横向加速度极值超过0.5g,竖向加速度极值接近1g,可能引起车辆的侧滑或翻滚,车辆的运行行为有待进一步研究。与仅考虑地震动行波效应相比,考虑地震动完全空间变异性的车桥振动响应不仅在波形上产生很大差异,而且响应极值也发生了较大的变化,可见在地震动输入时需要考虑完全空间变异性来保证得到的车桥响应结果偏于安全。     

大跨度曲线人行桥人致振动分析与耦合振动控制研究

随着人们对城市景观以及桥梁美学的不断追求,人行拱桥跨度不断增加、结构趋于复杂,因此该类桥梁人致振动问题日显突出。该文以北水湾人行桥为工程实例,研究了该桥的动力特性,对人致振动响应理论分析结果进行了舒适度评价,采用调谐质量阻尼器(TMD)探讨和比较了大跨度曲线人行拱桥竖、横向耦合人致振动控制方案。结果表明:此类桥梁具有频率低、振动耦合现象显著的特点,需对其人致振动进行减振控制;理论分析和现场实测证明采用一个4t竖向TMD可控制其两个方向的耦合振动,控制措施有效。     

大跨桥梁在不同荷载作用下的动力响应监测

桥梁结构的动力特性是结构动力计算和抗震分析的基础,也是桥梁健康状况监测的一个重要指标。该文根据加速度响应时程曲线分析了某大跨斜拉桥在重车、船撞、大风、爆破地震等各种荷载作用下的振动响应,得出大跨桥梁在不同荷载作用下的动力响应特性。     

桁宽对大跨度铁路斜拉桥车-桥耦合振动性能的影响研究

为考虑桁宽对大跨度铁路斜拉桥动力特性及车辆走行性的影响,以某主跨580m双塔斜拉桥为背景,分别建立了3种不同桁宽(15,24,30m)桥梁的有限元模型,对比其固有频率的差异,并通过车-桥耦合振动分析,比较了3种桁宽情况下桥梁、列车的动态响应。分析结果表明,桥梁横向振动和扭转振动的频率随桁宽的增加而明显增大,竖向振动频率随桁宽的增加而略有减小;主梁的横向位移随桁宽的增加而明显变小,桁宽15m出现了规律性的横向振动;3种桁宽情况下车辆响应变化不明显,桁宽15m时动车和拖车的响应(特别是轮轴横向力及减载率)总体上较其他2种桁宽的响应略大,车辆的响应对桁架的宽度变化不敏感。     

中小跨径公路坡桥车载响应分析

坡桥发生破坏的现象较一般普通桥梁严重,以20m简支空心板和4×25m连续小箱梁桥为对象开展了中小跨径公路坡桥动力特性及车载响应研究。首先建立了有限元分析模型,研究了简支梁桥、连续梁桥在不同支座布置及不同坡度下的自振特性;其次依据现行设计规范,分析了两种坡桥下的冲击系数随坡度的变化规律,最后基于车桥耦合振动原理,在挠度、弯矩时程曲线的基础上,给出了不同坡度下连续梁桥的冲击系数并与规范值进行对比研究。结果表明,坡桥振型与相应普通桥梁相同,支座的布置方式对桥梁的频率有一定影响,当支座水平方向设置时坡桥频率比相应普通桥梁的小,当支座垂直主梁方向设置时坡桥基频与相应普通桥梁相同;坡度对基于规范法计算的桥梁冲击系数影响很小,但车—桥耦合振动下坡度对连续梁桥冲击系数的影响较大。     

大跨度单索面曲线悬索桥人致振动舒适性及减振措施研究

随着桥梁美学和城市景观的追求以及新型轻质高强材料的运用,人行桥梁的跨度不断增大,基频不断降低,带来的人致振动问题也日益突出。以厦门山海健康步道节点二桥梁——单塔单索面曲线悬索桥为背景,通过行人激励下人致振动响应,分析人致振动峰值加速度和侧向锁定及其临界人数,并对安装调谐质量阻尼器(TMD)减振方案进行参数优化。结果表明:在人致振动竖向敏感频率范围内,即3 Hz以内,共有19阶模态,且模态振型耦合现象严重,不仅有主梁与桥塔、主缆耦合振型,还有主梁竖向与侧向耦合振型;第10阶和第15阶人致振动加速度峰值分别为2.127 m/s~2、3.778 m/s~2,超出CL1级舒适性指标,第7阶临界锁定人数为236人,小于设计人数1 235人;提出安装TMD并优化其基本参数,安装TMD后桥梁满足人致振动CL1级舒适性要求。     

钢箱梁的声振特性及影响因素研究

为分析钢箱梁的声振特性，联合锤击试验和统计能量分析（SEA）方法从统计能量分析参数和声振响应两方面进行研究。首先，以某钢箱梁节段[10.1 m（长）×4.8 m（宽）×3.1 m（高）]为对象，通过锤击激励获得顶板和底板不同位置的加速度频响函数。然后，建立SEA模型预测钢箱梁的振动声辐射，考察了各板件在100~5 000 Hz频段的模态数，并将加速度频响函数的仿真结果与实测值进行对比。最后，通过数值仿真分析，探讨了结构设计参数（加劲肋和横隔板）对统计能量分析参数和钢箱梁声振响应的影响规律。研究结果表明：除个别频带外，顶板和底板不同测点位置的加速度频响函数没有显著差异；SEA方法可较精确地预测钢箱梁的高频振动噪声，且相比有限元方法具有更高的计算效率；设置加劲肋后，板件的模态密度和输入功率均下降，子系统间的耦合程度降低，但板件的辐射效率增大；设置加劲肋后，顶板和底板的振动速度级在每个频带平均下降8.2 dB和6.7 dB，钢箱梁声功率级在每个频带平均减小3.1 dB（A）；相比加劲肋厚度而言，加劲肋间距对钢箱梁声振响应的影响更大，应优先作为声学优化的主要参数；横隔板可在一定程度上降低板件的振动响应，取消横隔板将导致钢箱梁声功率级在每个频带平均增大1.3 dB（A）。     

HHT变换在桥梁损伤诊断中的应用

将HHT引入国道104发生严重火灾的桥梁的损伤诊断,通过对提取的响应信号进行HHT分析判定出该桥第4跨发生损伤,与实测结果相吻合,证明了该方法在桥梁健康监测方面应用的可行性,同时与FFT计算结果进行了对比,可以发现通过HHT分析后得到的Hilbert谱能够清晰的反映出结构振动能量随振动频率和时间的分布情况,而且整个过程都是自适应的,优于FFT,同时,HHT可以比FFT更清晰的判断桥梁结构动力响应的频谱特性.