广州海心桥人致振动研究

海心桥为主跨198.152 m的钢结构曲梁斜拱人行桥,具有轻质、斜拱、空间曲线结构的特性,动力特性复杂,需对其进行人致振动研究。采用有限元软件MIDAS Civil建立空间有限元模型,根据德国人行桥设计指南EN03(2007)(简称德国EN03规范)和我国《城市人行天桥与人行地道技术规范》(CJJ 69—95)(征求意见稿)(简称我国规范征求意见稿),基于单自由度共振法分析了人致振动加速度峰值以评价该桥的人致振动舒适性,并基于Dallard公式确定人致横向动力失稳临界人数以分析该桥的横向动力稳定性。结果表明：该桥的主梁和拱肋刚度相近,存在竖向振动与横向振动耦合的动力特性,因此人致振动分析时充分考虑了两者的耦合作用;分别有13阶、9阶模态的竖向加速度和11阶、10阶模态的横向加速度不满足德国EN03规范、我国规范征求意见稿CL1舒适性标准;低阶频率下两规范计算的加速度峰值及舒适性评价结果接近,高阶频率下德国EN03规范计算的加速度峰值较大,舒适性评价结果更加保守;该桥1阶及3阶模态横向失稳临界人数对应人群密度均小于设计人群密度,当桥梁发生1阶或3阶振动时存在横向失稳的可能,加装TMD后横...     

基于TMD的大跨连续钢箱梁人致振动分析研究

一般大跨连续钢箱梁人行桥难以满足我国现行规范对人行桥竖向自振频率的严苛要求(不应小于3 Hz)。为了对此类桥梁的人致振动舒适性进行适合准确的评价及优化,并为我国人行桥有关规范的制定提供依据,以一座(58.6+110+58.6)m大跨连续钢箱梁人行桥为例,参照德国人行桥设计指南(EN03-2008),以人群动荷载作用下结构的加速度幅值为指标对该桥的人致振动舒适性进行评价,并对舒适性不满足要求的特定模态采用布置调质阻尼器(TMD)的方法进行减振处理。分析研究表明:TMD可有效地控制结构相关模态下的人致振动响应,在人行桥第1、第3阶模态峰值位置布置总重6 000 kg TMD后,两阶模态的人致振动减振率分别为86.5%、86.3%,最大竖向加速度幅值在0.5 m/s~2以下,满足设计指南最好舒适性指标。     

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。     

竖弯涡振作用下桥上列车行车安全舒适性研究

为研究高速铁路桥梁竖弯涡振对桥上列车行车安全舒适性的影响,以某大跨公铁两用斜拉桥和CRH2型动车组为背景,进行风-车-轨-桥耦合系统振动分析。基于ANSYS与SIMPACK联合仿真平台,引入桥梁涡激力数值模型,建立风-车-轨-桥耦合系统振动模型,对比10 m/s平均风速下主梁发生与未发生竖弯涡振时桥梁和列车的动力响应,并分析不同列车速度的影响。结果表明：竖弯涡振会加剧桥梁和列车的竖向响应,而列车的存在会使发生竖弯涡振时的桥梁竖向位移和加速度分别降低31.8%和42.4%,对主梁竖弯涡振具有一定的抑制作用;主梁发生竖弯涡振时列车行车安全性指标峰值和竖向舒适性指标(竖向加速度和竖向Sperling指标)峰值明显大于未发生竖弯涡振时,并均随着车速的增大而增大;当车速超过230 km/h时,列车轮重减载率超过安全限值0.6,当车速超过200 km/h时,桥上列车竖向加速度超过安全限值1.3 m/s²。     

洪湾水道主航道桥荷载试验有限元分析

以广东珠海洪湾水道主航道桥为工程背景,通过Midas/Civil软件对桥梁进行建模,以此为基础,对桥梁进行内力计算和自振特性分析。结果表明：最大主梁应力在跨中附近,距3^#桥塔约218m,最大值为58.6MPa;主梁最大竖向位移发生在跨中截面,为0.429m;两个桥塔的最大弯矩均发生在桥塔根部,4^#桥塔最大弯矩为136 795 kN·m, 3^#桥塔最大弯矩为135 659 kN·m; 4^#和3^#桥塔的最大顺桥向偏移分别为0.159m和0.148m。桥梁第1阶振型为主梁纵飘+主梁一阶反对称竖弯,前9阶振型以主梁纵飘、竖弯和橫弯为主,未出现主梁扭转和桥塔弯曲模态。     

考虑行人舒适度的空间缆索悬索桥车致振动控制

带有人行道的市政轨道交通桥梁在地铁作用下会有较大的动力响应,进而影响桥上行人走行舒适度。为了研究地铁荷载激励下桥上行人走行的舒适度,依托某市政空间缆索体系悬索桥,在有限元分析软件ANSYS中建立结构三维模型,考虑轨道不平顺的影响,在列车荷载激励下进行瞬态非线性时程分析。结果发现:当轨道不平顺的谐振频率接近桥梁一阶竖弯模态频率时,桥梁结构出现了共振效应,动力响应显著增大,峰值加速度达到1.122 m/s~2,桥上行人走行舒适度处于"不舒适"等级。为了有效抑制结构振动,改善桥上行人走行舒适度,采用Den Hartog最佳参数确定方法得到调谐质量阻尼器主要参数值,分别研究了单调谐频率质量阻尼器(STMD)和多调谐频率质量阻尼器(MTMD)对结构振动的控制效果,得到STMD系统控制下结构最大加速度为0.731 m/s~2,有效降低了34.8%;MTMD系统控制下结构最大加速度为0.681 m/s~2,有效降低了39.3%,添加阻尼器都使桥上行人舒适度从"不舒适"进入"中度舒适",但是MTMD系统具有更好的抑振效率。随着结构使用过程中收缩徐变、老化等情况的出现,结构自振频率也会发生改变,最后对比结构自身频率改变时STMD与MTMD的抑振效果,得出MTMD具有更好的鲁棒性,更适合长久服役,并且在一定范围内子TMD个数越多,鲁棒性越好。     

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。     

空间曲梁景观步行桥人致振动分析及减振设计

以某空间曲梁景观步行桥为例,介绍人行桥人致激励振动分析方法及减振设计方案。首先阐述了人行荷载产生的机理和简化力学模型,给出了人行桥振动舒适性评价指标;其次利用有限元软件,模拟了该景观步行桥在不同人行荷载工况下的人致振动响应,并根据舒适性评价指标进行人行桥舒适性评估;最后根据评估结果并考虑到实际结构的不确定性以及该桥的重要性,对该桥进行基于调频质量阻尼器(TMD)的减振预案设计。计算结果表明,经过减振设计之后,该桥主梁的加速度峰值大幅下降,将不会出现超过人行舒适性的人致振动。     

人行索道桥振动分析研究

人行索道桥主梁刚度小、自重轻,行人过桥时易产生振动,影响桥梁正常使用。以某景区人行索道桥为研究对象,对其TMD阻尼器安装前和安装后2个工况进行人桥耦合振动分析研究,以验证结构振动特性和阻尼器安装效果。     

太原市汾河跻汾人行桥减震设计及研究

通过研究太原市汾河跻汾人行桥的减震设计,对设置调频质量阻尼器(TMD)前后进行了比较。分析了大跨径人行桥在人行荷载作用下的竖向及侧向振动加速度,确定人行桥是否满足舒适度及人致动力稳定要求。     

东京湾大桥风振与控制

东京湾大桥建成后由涡流引起的第1阶模态振动的最大振幅超过50cm。阐述了在最大跨由涡流引起的振动和在此桥建成前、后所做的大量试验。结果表明,由涡流引起的第1阶竖向振动的现场试验与在风洞实验室的试验结果相一致。并设计了TMD来控制此桥第1和第2阶竖向振动。     

飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究

为表征雷暴风对大跨度斜拉桥的作用，以苏通大桥监测数据为基础，开展了飑线风作用下大跨度斜拉桥模态特性实测研究。首先，基于短时平稳假设，分析了飑线风的实测风场特性，探究了桥梁抖振响应与风速的相关性，并刻画了其在风速突增与下降过程中的差异；然后，计算了不同时段内主梁实测竖向、侧向和扭转加速度的功率谱密度，并分析了飑线风对主梁振动频谱的影响；最后，采用随机减量法，开展了飑线风作用全过程大跨度斜拉桥的模态参数识别，获得了桥梁的模态频率与阻尼比，从而研究了飑线风对大跨度斜拉桥模态参数的影响。研究结果表明：主梁抖振响应均方根与风速呈非线性正相关，飑线风前端与后端风场对桥梁抖振响应的影响总体类似；在飑线风作用时段内，大跨度斜拉桥各阶模态对应的振动能量相较其他时段更为显著；多阶竖弯、侧弯和扭转模态的频率随风速的增加而增加；阻尼比受风速影响较大，各阶模态的影响规律不尽相同；主梁1阶竖弯和1阶侧弯模态的阻尼比随风速的增加而增加，而1阶扭转模态的阻尼比随着风速的增加而减小。     

结构声腔耦合系统振型耦合机理在车内噪声控制中的应用

研究了乘用车结构声腔耦合系统的振型耦合机理,并介绍了其在车内噪声控制中的应用.建立了结构声腔耦合系统并进行了试验验证.计算车内噪声传函,发现50 Hz处有一明显峰值.为分析该峰值产生的原因,采用数值方法计算了耦合系统的振型耦合系数(MSCC),发现该峰值主要是由于第1阶声腔模态和第15阶结构模态耦合产生的.基于上述分析...     

大跨斜拉桥悬臂施工期抗风措施性能实测研究

以在建的某座大桥为背景,对其"下拉索+TMD"的施工期抗风措施性能进行实测。在对抗风措施方案进行动力特性分析的基础上,通过东华动态信号测试分析系统和加速度传感器来获取实测数据,分别采用桥面吊车横桥向紧急制动和人工激励TMD两种方式来激励桥梁,使其产生横桥向振动,实测桥梁结构的横向振动频率和阻尼比;采用环境激励来测试主梁竖向振动响应,识别其竖向振动频率。通过对比实桥加抗风措施前后阻尼比及频率的变化来对大桥施工时抗风措施的减振效果进行评估。结果表明:"下拉索+TMD"的施工抗风措施对高墩大跨度斜拉桥悬臂施工期的风振控制效果明显,可有效降低桥梁结构风致振动响应。     

泉州晋江大桥动力性能分析

以一座墩塔梁固结体系的独塔预应力混凝土斜拉宽桥——福建泉州晋江大桥为对象,根据实桥环境脉动试验和空间杆系有限元模型进行了主梁-主塔基本动力性能分析;采用振动法进行了斜拉索的固有频率和索力测试,并进行了拉索安全性能评价;根据实桥车辆强迫振动试验和考虑了路面平整度的桥梁与车辆相互作用的计算模型,分析了在移动车辆荷载作用下桥梁的动力特性,包括振动加速度计算和舒适性评价。研究结果表明,采用墩塔梁固结体系的晋江大桥面内振动频率较高,主跨或边跨均出现相互独立或影响较小的振动模态;斜拉索索力分布均匀,安全系数符合规范规定;在移动车辆荷载作用下,主梁竖向振动加速度较小,在设计行车速度下可保持较好的行车舒适性。     

基于振型动能法的大跨度斜拉桥振型分析和模态识别

针对拉索的自身振型以及与塔梁相互间的模态耦合作用被人为忽略和单凭振型图难以识别出主梁的主振型两大问题,采用多段索单元模拟拉索以便能准确地计算结构模型。通过动力计算分析振型参与的动能比例,实现了振型识别功能,得出斜拉桥的自振频率和振型。分析结果表明:斜拉桥的自振特性表现出明显的三维性和相互耦合的特点,主梁、桥塔、斜拉索之间相互影响;在一个较宽的频率范围内,许多振型都可能被动力荷载激起强烈的振动;为识别出主梁振动为主的振型和主振型方向分析振型参与的动能比例,应采用10阶以上的振型情况分析,为动力测试提供理论数据。     

外倾单肋曲线人行钢拱桥振动舒适度评价

现代人行桥为追求美观,其设计多采用大跨轻柔的复杂结构形式。基频过低的人行桥易受行人荷载激励产生共振,从而影响行人通行舒适性。为探究人桥共振的舒适度评价机制,该文以外倾单肋曲线人行钢拱桥为研究对象,基于Midas/Civil平台对结构进行振型分析;结合德国规范EN03建立了不同人流密度下的人群荷载模型,通过时程分析和单自由度方法对比了桥梁振动峰值加速度,两者差值不超过2%;根据舒适度指标,对桥梁进行综合评价。结果表明:多人荷载数学模型仍需改善;人致振动加速度与行人密度正相关,但行人过密难以走动会引起动力效应的衰减;桥梁在正常运营状态下的振动舒适度满足要求。     

设置TMD的高墩大跨铁路钢桁梁桥减震分析

为研究设置TMD对高墩大跨铁路钢桁梁桥的减震效果,以一座2×98m的高墩(墩高86~92m)大跨铁路钢桁梁桥为研究对象,采用有限元软件MIDAS建立全桥空间动力计算模型,对仅在墩顶设置TMD、在墩顶和桥墩中部同时设置TMD两种工况下结构的地震反应进行分析。结果表明:TMD可作为高墩桥梁减小地震反应的有效措施之一;对于高墩桥梁,在墩身内部设置TMD装置不能仅对其1阶振型设计TMD,应考虑第2阶或更高阶振型的动力贡献,才能获得最优的减震效果;TMD对高墩墩顶位移以及墩底弯矩减震效果较明显,但对墩底剪力减震效果相对较差。     

景区大跨径人行索桥“锁定”临界人数分析研究

由于自身结构柔性,大跨径人行桥梁容易发生人致振动现象,研究表明"锁定"现象对于行人舒适度的影响十分显著。该文以某景区大跨径人行索桥为研究对象,参考德国人行桥相关指南,通过有限元分析手段,考虑荷载等级的改变,进行了该桥的人致振动响应分析;对比分析了现有的3种"锁定"现象临界人数公式的准确性,可为类似人行桥设计和人流管控提供参考依据。     

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。