大跨度桥梁抖振有限元分析

基于Ｓｃａｎｌａｎ教授的大跨度桥梁抖振分析理论，引入空间梁单元的位移插值函数及拉盖尔高斯积分法，提出了了一套抖振有限元分析方法，该法还可直接用振型函数来计算抖振内力。     

大跨度桥梁抖振响应的直接估算方法

大跨度桥梁结构抖振响应的预测主要通过全桥气弹模型抖振响应试验和基于节段模型试验识别气动参数的理论计算2种方法。但由于试验中大气边界层湍流特性的模拟与实际存在一定的偏差，因此无法准确估计实际桥梁结构的抖振响应。为解决实际大跨度桥梁结构抖振响应预测的精度问题，在片条假设成立的条件下，通过数学推导提出了综合传递函数的概念。该函数是气动导纳函数和考虑了自激力的机械导纳函数的组合，其将湍流的脉动特性与由湍流引起的桥梁结构的抖振响应直接联系在一起，并基于此提出了一种预测大跨度桥梁抖振响应的直接计算方法。以坝陵河大跨度悬索桥为例，在两不同风场中分别进行全桥气弹模型风洞试验，通过模型抖振响应及模拟风场测量的试验结果识别两不同风场中的综合传递函数，发现二者结果几乎一致。理论及试验分析表明：对于展宽比较大的大跨度桥梁结构，综合传递函数仅与结构固有特性及参数有关，与风场特性无关；基于综合传递函数获得抖振响应的方法省略了传统分析方法中气动参数的识别及抖振力的计算，可通过测得实桥桥址处的湍流特性，利用风洞试验中识别的综合传递函数直接计算获得实桥准确的抖振响应。最后通过算例给出了综合传递函数的应用方法，为大跨度桥梁抖振响应的准确预测提供了方法，并可为节段模型试验直接预测实桥抖振响应提供思路。     

基于虚拟激励法的多维多点随机风作用下大跨度斜拉桥抖振响应研究

大跨度桥梁风致抖振在各种风速下均会发生,且精确响应计算也较为困难,针对此响应计算问题,提出了基于虚拟激励法的多维多点风致抖振响应计算方法。通过抖振力谱与来流风谱理论公式关系,将抖振力转化为多维虚拟力作用在桥梁结构有限元模型上,计算各频率点与时间点下的虚拟响应,积分得到随机响应均方根值,实现了通过直接在有限元模型上加载虚拟抖振力谱,同时可考虑结构的全频率参与贡献,快速求解随机风作用下桥梁抖振响应。通过计算分别选取基于风洞试验识别的气动导纳函数、跨向相干性函数与规范规定的跨向相干性函数和Sears函数时桥梁的抖振响应值,与全桥气弹模型风洞试验值进行对比,得出采用风洞试验识别得到的气动导纳函数、跨向相干性函数时的抖振响应结果与试验结果最为接近。     

基于时频混合格式的桥梁抖振响应计算方法

利用一种时频混合格式计算桥梁在紊流风激励下的抖振时程响应。针对动力风荷载既有时域内定义的抖振激励力,又有用频域内的颤振导数来定义的与结构自身运动有关的气弹自激力,存在时频混合项的特点,引入时频混合格式的AFT方法来计算桥梁抖振时程响应;在保持频域计算高效性的同时,又通过拟力概念在时域计算结构非线性不平衡力和气弹力造成的振型耦合,通过迭代使其收敛。通过算例验证了该格式是一种可行的计算桥梁抖振响应的方法。     

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷.研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相...     

风攻角对斜拉桥抖振的影响

在桥梁所处的自然环境中,来流风是有一定攻角的,在对桥梁进行抖振分析时,有必要对桥梁在不同攻角脉动风作用下进行分析计算,得出不同攻角下桥梁的抖振响应.文中以某公铁两用斜拉桥为例,采用谐波合成法模拟了该桥在基准风速下的脉动风场,采用线性时域分析方法研究了风攻角对斜拉桥抖振的影响.结果表明,该桥的抖振位移响应在正攻角下偏于不利.     

斜拉桥在施工双悬臂状态下受斜交风作用时的抖振响应分析

大跨度斜拉桥在施工双悬臂状态下受紊流风作用时,桥面将产生较大的抖振振幅,而紊流风的方位角对桥梁的抖振响应有较大影响。笔者从理论上分析了斜交风作用下桥梁抖振响应的计算方法,并结合实际算例分析了不同方位角下桥梁的抖振响应值。     

大跨斜拉桥施工与成桥状态风致抖振响应分析

为研究大跨斜拉桥成桥与施工状态的风致抖振响应,分别采用时域和频域方法对一座典型大跨斜拉桥的成桥状态、施工最大双悬臂与最大单悬臂状态进行了数值计算.采用改进的谐波合成法模拟桥梁结构的随机脉动风场,基于有限元编程,实现了考虑自激力的斜拉桥抖振时域分析,使用多模态耦合分析方法进行斜拉桥的频域抖振分析.分析结果表明:在主梁设计基准风速下,成桥状态和施工状态的横桥向和扭转角抖振位移均较小,施工最大双悬臂中跨悬臂端点竖桥向抖振位移较大,在施工中应妥善处理;成桥与施工状态下的主塔塔顶抖振位移均较小,施工过程中可以不考虑主塔顶部的位移控制;基于合理模拟风场的时域计算方法,能够考虑各种非线性因素,能够较好地反映斜拉桥的抖振响应;不考虑气动导纳的频域计算会夸大斜拉桥的抖振响应,考虑Sears函数作为气动导纳的频域计算方法会低估斜拉桥的抖振响应.     

大跨桥梁风致抖振时域分析及在ANSYS中的实现

通过对准定常气动力模型[1]进行双变量泰勒展开,导出与自激力等价的12阶单元气动阻尼矩阵和气动刚度矩阵,自激力以单元气动阻尼矩阵和单元气动刚度矩阵的形式在ANSYS中以Matrix27矩阵输入,提出一套在ANSYS中实现大跨度桥梁抖振分析的简便方法.通过对一座大跨度斜拉桥进行抖振时域分析,计算结果表明本文方法的计算结果与该模型的精确结果几乎完全一致,充分说明了本文方法的正确性和实用性.     

斜拉桥最大悬臂阶段抖振响应及其对施工人员影响

对某一斜拉桥进行最大双悬臂和最大单悬臂的空间有限元分析,采用时域分析方法,计算不同阻尼工况下,桥梁在不同攻角风作用下的抖振响应,通过频谱分析,讨论最不利施工状态下桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究表明:抖振作用下的Diekemann舒适度指标值较大,对施工人员安全和桥梁施工质量均有影响,应采用一定的控制措施。     

钢桁梁悬索桥抖振响应及其影响参数分析

钢桁梁是双层桥面悬索桥及峡谷地区悬索桥常用的加劲梁形式,该类加劲梁构件众多、阻风面积大,在脉动风荷载作用下的抖振响应非常显著。采用Davenport抖振频域方法对某钢桁梁悬索桥的顺风向、横风向及扭转方向的抖振响应进行分析。抖振有限元频域分析表明:抖振位移主要由加劲梁各方向的1阶振动模态控制,高阶模态的参与效应可以忽略;对于抖振加速度,高阶模态有较大贡献。进一步研究了定常及非定常自激气动力形式对气动阻尼的影响,结果表明准定常自激力描述竖向及侧向模态的气动阻尼具有足够的精度,但描述扭转模态的气动阻尼还存在很大的近似性。     

大跨连续刚构桥最大悬臂施工阶段风致抖振响应

当大跨连续刚构桥由于基频降至自然界脉动风的卓越频率区时,其风致抖振响应不可忽视。以十堰市将军河汉江大桥为工程背景,首先基于改进的Iwatani线性回归滤波器法,模拟桥址处的脉动风场;之后,采用Davenport准定常抖振力模型,分析该桥最大悬臂施工阶段的风致抖振响应,并与该桥的静阵风响应值进行对比分析;最后,利用抖振分析结果对该桥施工人员的安全性和舒适性进行预评。     

大跨窄面悬索桥抖振时域精细化分析

以主跨278 m,桥面宽4 m的钢桁架加劲梁窄面悬索桥为工程背景,对大跨窄面悬索桥的风致抖振响应进行了有限元仿真模拟分析,并对可能影响桥梁抖振响应的几个关键的影响因素进行了分析,研究了大跨窄面悬索桥的抖振响应特点,得出结论:对于大跨窄面悬索桥结构,在动力时程分析过程中考虑大变形效应,结构主梁的抖振响应脉动幅值均变小,且...     

基于模态综合理论的斜拉桥时域抖振分析方法

基于大跨度斜拉桥风致抖振时域分析的复杂性,为提高时域分析效率,引入模态综合理论,提出一种斜拉桥抖振时域分析方法,并通过算例自编程序验证其正确性与可行性。考虑自然风的相关特性,采用谱解法将三维随机风场简化,横桥向和顺桥向风速谱采用沿高度变化的Simiu谱,竖向风速谱采用Lumley—Panofsky谱,编制程序实现大跨度斜拉桥随机风场的数值模拟,得到施加于结构上的风荷载时程。研究表明,大型结构的动力响应主要受若干低阶振型控制,因此在斜拉桥时域分析过程中引入模态综合理论,实现了抖振力和自激力的时域化过程,并且全面地考虑了气动阻尼、气动刚度和气动耦合作用的影响,有效地解决了考虑自激力的时域化过程复杂、计算代价过大的问题;最后通过编制程序对一座大跨度斜拉桥进行不同风速下的抖振时域分析,验证了其实用性。     

斜拉桥风致振动在Ansys中的实现

使用Ansys建立了某大跨度斜拉桥有限元模型,并对该斜拉桥进行动力特征分析,得到了该桥固有频率和振型;利用谐波合成法编制Matlab程序,合成了该斜拉桥的三维空间脉动风场,得到了该桥主梁和桥塔各离散点的脉动风速时程;利用各离散点的风速时程转化为有限元模型中各节点抖振力时程,并对该桥进行了抖振时域分析,得到了该桥在风荷载作用下的动力响应结果。     

杭州湾跨海大桥北航道桥主塔施工阶段抖振时域分析及安全性评定

杭州湾跨海大桥处在台风多发区,北航道桥为双塔斜拉桥。本文以该斜拉桥高为178.8 m的钻石形桥塔为工程背景,对主塔在施工过程中的抗风最不利阶段进行风致抖振时域分析,从而对桥塔在施工阶段中的结构安全和施工人员安全进行评定。首先选取结构在塔柱尚未合龙时和桥塔自立阶段为抗风最不利阶段,利用有限元程序对结构进行模态分析,确定了结构的动力特性和瑞利阻尼系数。然后计算在不同风偏角下的风致响应。将结构在考虑施工过程的静力结果和抖振时域分析的结果进行叠加,得到符合实际情况的结构应力和位移。结果表明,结构应力满足规范要求,不会出现裂缝;塔柱顶部抖振振幅和狄克曼指标较大,在风力较大时宜采取有效措施保证施工人员安全。