前悬架钢板弹簧动力学建模及刚度优化

用离散梁法建立钢板弹簧的动力学模型,采用ADAMS／Insight分析动力学参数对钢板弹簧刚度的影响,应用ADAMS／View中的Optimization实现对钢板弹簧的弹性模量和绕Y轴的转动惯量等动力学参数的修正,最终通过仿真分析完成对钢板弹簧刚度的优化。对优化前、后的刚度曲线和理论曲线进行对比分析,验证了模型的有效性,为整车动力学模型的建立和仿真分析奠定了基础。     

基于实数编码遗传算法的桥梁有限元模型修正方法

为克服传统桥梁有限元模型修正迭代优化过程中存在的局部收敛和提高模型修正精度, 提出了联合实数编码遗传算法与静动力实测数据的有限元模型修正方法; 引入四边形等参元理论和牛顿迭代法编制宏命令, 实现有限元模型中车辆荷载的快速自动加载; 基于结构有限元模型静动力特性构造目标函数, 以实数编码遗传算法为优化策略, 采用MATLAB平台建立了有限元模型修正框架; 通过对一个简支框架结构的数值模拟, 对比了所提出优化方法与其他方法的收敛效率和修正结果, 以验证所提出方法的有效性; 采用拉丁超立方体抽样分析了有限元模型参数变化对桥梁动力响应的影响, 以确定待修正参数, 并采用所提方法修正了一座改建的空心板桥梁的实体有限元模型。分析结果表明: 零阶算法和一阶算法对参数的敏感性和修正范围依赖大, 选用敏感性较小的参数或者参数修正范围大于50%将会导致错误的修正结果; 实数编码遗传算法对初始输入不敏感, 可避免局部收敛的情况; 采用灵敏度分析得到的主要待修正参数有空心板弹性模量、现浇层弹性模量以及支座横桥向和顺桥向的约束刚度; 修正后的空心板弹性模量增幅约为19.13%, 现浇层弹性模量增幅约为16.00%, 横向约束刚度增幅约为46.21%, 纵向约束刚度增幅约为72.72%, 修正后的有限元模型的静动力特性与实测响应吻合良好, 各测点静力响应误差均小于4%, 动力响应误差小于3%。      

桥梁结构有限元模型修正结果分析研究

依托一座8×25 m装配式预应力箱梁桥的荷载试验进行有限元模型修正,对模型修正结果进行深入研究,结果表明:增加挠度测点能够提高刚度识别的准确性,但提高幅度不大,而通过对计算模型的优化调整,可明显降低由于计算模型中单元划分不均匀带来的刚度识别误差,因此,采用荷载试验的6个挠度测点结合优化的计算模型识别的桥梁实际刚度是能够满足工程应用的。     

预制装配式板梁桥的模型修正方法

为反映在役桥梁的实际状况,提出了板梁桥的模型修正方法.假设铰缝相对位移与铰缝剪力成正比,并将铰缝刚度、板梁抗弯刚度和板梁抗扭刚度均作为未知量进行修正.基于板梁边实测位移建立位移方程,并采用QR分解法得到矛盾方程组的最优解.模型考虑了多个静载试验工况、多个荷载及荷载偏心的特点,可以直接应用于桥梁荷载试验.对有防撞护栏和有损伤的板梁桥进行了数值模拟,结果表明:无论是板梁有较大损伤,还是有复杂附属结构,该修正方法均可给出准确的修正系数;试验应尽可能采用多个试验工况,并将荷载布置在被测试的铰缝和板梁附近.      

盾构隧道接缝对结构内力的影响研究

盾构隧道结构内力分析常采用修正惯用计算法和梁-弹簧模型,但在没有进行接缝刚度原型试验的情况下,两种方法均无法考虑接缝构造对结构内力的影响。同时又由于原型试验只针对工程实际的接缝构造,因此目前很少探究不同的接缝构造对刚度的影响。针对盾构隧道常用的两种接缝构造,根据接缝处混凝土接触面形心与管片厚度中心线的相对偏离关系,采用调整计算轴线的方法,可以较好地模拟接缝构造对结构内力的影响。同时利用接缝构造对结构内力的影响规律,提出了通过调整接缝构造来优化结构内力的方法。     

考虑尺寸效应的FRP约束混凝土分析模型

尺寸效应对纤维增强复合材料(Fiber Reinforced Polymer, FRP)约束混凝土力学性能的研究尚不明确。分析了端部约束对混凝土圆柱体破坏模式的影响,考虑端部摩擦系数后,可以较好地模拟锥体破坏。根据已有文献中的试验数据,建立了64个FRP约束混凝土拟合样本数据库,涵盖了不同的FRP材料、混凝土抗压强度、50～400 mm范围的圆柱体直径、约束刚度比。尺寸效应对强度具有显著影响,DP准则中的内聚力本质上是强度函数,因此通过修正内聚力参数考虑尺寸效应的影响。通过USDFLD子程序实现塑性参数的自定义,分析了不同尺寸参数对FRP约束混凝土圆柱体名义强度的影响规律,提出了考虑尺寸效应的内聚力模型。结果表明：64个拟合样本的极限强度试验值和FEA预测值具有较好的一致性,决定系数为0.91,说明通过修正内聚力参数模型能较好地模拟不同圆柱体直径对FRP约束混凝土柱名义抗压强度的影响。最后对25个验证样本开展分析,得出极限强度FEA预测值和试验值的决定系数为0.93,表明所提出内聚力修正模型具备有效性,能够揭示尺寸效应对FRP约束混凝土强度的影响规律,且具有较好的精度。     

张拉膜结构自振特性研究

通过2个典型张拉膜结构工程实例，采用兰索斯法研究了加强索刚度、膜面初张力、膜面矢高和膜材质量对自振特性的影响．结果表明，膜面张力与结构质量是影响膜结构自振特性的主要因素，大变形产生的位形修正效应对膜结构自振特性也有较大影响．基于此，考虑大变形非线性对结构几何刚度的影响，提出了考虑位形修正的模态分析的概念。     

平衡悬架钢板弹簧离散梁单元模拟方法误差修正

为研究平衡悬架钢板弹簧离散梁单元模拟模型的精度,建立了3种典型重载车辆常用平衡悬架模型.同时采用平衡悬架刚度经典计算方法,计算3种悬架的刚度.对比分析离散梁单元法和经典方法垂向刚度计算结果,发现离散梁单元法模拟结果较理论计算结果大55%左右.分析误差产生原因,提出误差修正方法.修正之后的模型垂向刚度与理论刚度相比,偏差在5%以内.该修正方法为离散梁单元建模的推广应用,同时也为建立符合实际力学性能的钢板弹簧模型提供了条件.     

吊杆索力的计算方法与应用研究

由于吊杆长度刚度、边界条件等因素对结构的影响程度不同,可得到频率法测吊杆力在不同假设下的四种计算模型。结合某140 m提篮式系杆拱桥,对四种模型进行了计算分析,与实测的数据进行对比,结果表明,在测试吊杆力时,系杆拱桥特别是短索的测试中必须考虑刚度以及边界条件的影响。     

碳纤维板材加固桥梁受拉区混凝土界面性能研究

采用碳纤维材料加固桥梁、建筑等混凝土结构具有很好的加固效果和适用性。针对碳纤维板材与混凝土界面间的粘结性能进行了研究,设计了一种双剪试验模型,通过静载试验的方法分析了不同粘结胶层剪切刚度和不同粘结胶层厚度对界面极限承载能力的影响。试验结果表明:在计算碳纤维与混凝土界面间极限承载力时,需要考虑粘结胶层剪切刚度的影响;而随着粘结胶层厚度的增大,碳纤维材料与混凝土间的整体性能会有所降低,从而影响界面极限承载力。根据研究结果对我省国道上某钢筋混凝土空心板桥受拉区进行了加固设计优化,取得了良好的效果。     

大跨径悬索桥动力特性分析

以某大跨径悬索桥为工程背景,采用ANSYS建立有限元模型,合理确定该桥的初始平衡状态,以此为基础对该桥进行准确的动力特性分析,结果可为该桥的动力分析提供基础,也可为同类型桥梁工程提供参考.     

悬索桥有限元分析

近年来悬索桥的应用越来越广泛.以崇龛悬索桥为工程背景,采用MIDAS建立悬索桥的有限元分析模型.合理确定该桥的平衡状态,并且准确的对该桥施工过程进行仿真分析,其结果可为该桥的设计和施工控制提供依据.     

大跨径悬索桥与斜拉桥钢桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学特性研究

以润扬长江公路大桥为工程背景，研究悬索桥与斜拉桥桥面铺装在竖向荷载静力作用下的力学特性．研究结果表明，在做同类型的桥面铺装设计时，应考虑其桥型整桥力学特点，使桥面铺装设计更加合理。     

边跨主缆角度对悬索桥的影响分析

为了研究不同边跨主缆角度对悬索桥结构受力的影响,以西堠门大桥为原型,采用西南交通大学编制的桥梁非线性计算软件BNLAS,建立双塔单跨悬索桥计算模型,该模型中中跨主缆的跨度为1 650 m,加劲梁为单跨简支结构体系。通过比较不同边跨主缆跨度情况下悬索桥受力的变化,分析了主缆边跨角度的改变对悬索桥受力的影响。     

双链式悬索桥车桥耦合振动研究

采用单个移动质量-弹簧-阻尼模型模拟车辆,应用达朗贝尔原理和位移协调条件,推导出车桥耦合振动的运动方程.考虑几何非线性及桥面不平度因素,就车辆沿桥纵轴向中心行驶和偏心行驶2种工况,探讨单个移动车辆荷载对双链悬索桥振动响应的影响.针对桥面设计理论竖曲线、水平竖曲线、运营20多年后实测竖曲线,综合考虑桥面不平度,探讨在单个移动车辆荷载下双链悬索桥的车振响应特征.这对该类桥动力性能评估及动力加固设计都有积极的意义.     

既有钢筋混凝土双曲拱桥承载能力评估

钢筋混凝土双曲拱桥主要建造于20世纪60年代末和70年代初,由于当初建造时荷载标准较低,再加上多年超载运营,桥梁损伤严重,承载能力下降,对交通运输安全构成严重威胁.依据实桥荷载试验所得的力学特性参数,首先采用基于敏感性分析的参数修正法修正计算模型,并对该计算模型进行验证.然后利用验证后的计算模型和承载能力系数法对桥梁结构的承载能力进行评估.最后通过对一实际既有钢筋混凝土双曲拱桥承载能力的评估分析结果可以看出:本文所述方法对于既有双曲拱桥承载能力的评估具有良好的效果.     

悬索桥成桥线形求解方法比较

本文采用Excel内置计算公式,根据确定的设计参数,采用分段悬链线解析方法快速计算出悬索桥成桥线形;并结合有限元软件Midas以及大型通用有限元软件ANSYS,根据悬索桥受力特点计算出相应成桥线形,并将这三种(两类)方法计算结果进行相互校核。结果表明,分段悬链线结合Excel计算能够快速计算出成桥线形;有限元方法具有对整体结构分析结果直观和全面的优点。这两类分析方法可为同类工程的设计提供参考。     

非均匀变温场中主缆初始位形的迭代计算

利用解析法推导了变温度场中悬索桥空缆线形的悬链线线形公式;建立了两种已知设计条件时悬索桥空缆线形的迭代方法;根据主缆的温度变化方程导出了温度变化时无应力索长计算公式。计算结果表明:在非设计温度下,主缆的位形及其内力值均与设计理论值有较大误差,因此在悬索桥的结构分析中必须考虑温度变化的影响。     

涪陵青草背长江大桥主缆无应力长度计算

主缆无应力长度的计算是悬索桥上部结构施工监控顺利进行的有效保证.利用通用软件Midas/Civil对涪陵青草背长江大桥建立有限元模型,进而修正索股无应力长度,提出采用通用软件建立悬索桥模型并计算主缆无应力长度的一般方法,为采用该类通用软件计算悬索桥主缆的无应力长度提供参考.     

大跨度吊拉组合桥的检测试验研究

对世界首座吊拉组合桥——贵州乌江大桥运用远程非接触桥梁检测技术等手段进行了结构病害检测与静、动载试验,了解该桥的实际状态及静动力特性,从而为评定该桥梁整体结构的安全承载能力和使用性能提供依据．为今后类似桥梁的试验检测与维修加固提供参考。