基于AR模型的接触网脉动风场与风振响应

基于AR模型和接触网结构特性,建立了具有时间和空间相关的接触网脉动风场,由模拟的风速时程获得作用于接触网的风荷载;建立接触网三维有限元模型,研究了其模态、静态风偏和风振响应,并对位移响应进行了频谱分析.分析结果表明:垂向风速相对顺风向风速较小,采用Davenport风速谱可建立接触网脉动风场;接触网在30 m·S-1的横向平均风和自然风作用时,接触线跨中节点横向位移的最大值分别为109.11 mm和312.49 mm,平均风荷载下计算得到的接触线横向位移减小了186.40％;接触网在横向自然风作用时,接触线横向和垂向振动位移同时产生,接触网第1阶垂向和横向振动频率分别为0.973 Hz和1.384 Hz,在这2阶频率处产生了接触网结构与风荷载的峰值共振;接触网在30 m·S-1的自然风作用时,由风荷载引起的应力分别占接触线和承力索总应力的10.77％和27.40％,因此,需采用脉动风荷载进行接触网的风偏和强度设计.     

柱面干煤棚风压分布特性数值模拟研究

基于计算流体力学软件ANSYS14.0-FLUENT,研究秦皇岛热电厂柱面干煤棚网壳结构在风作用下的表面风压分布。通过建筑几何模型建立、网格划分以及后处理得到相应计算模拟结果。通过控制变量法,研究不同风向角以及不同矢跨比下干煤棚壳体表面不同部位风压系数,为干煤棚结构抗风设计提供依据。研究结果表明:干煤棚的整体结构受力主要以风吸力为主,随着风向角的改变,干煤棚的风压分布会发生显著变化;干煤棚矢跨比宜为0.3~0.5,改变矢跨比对干煤棚壳体的风压分布产生一定效果但并不明显。     

基于风致响应的高层建筑等效静力荷载研究

为研究风荷载作用下高层建筑动力响应对其顺风向等效静力风荷载的影响,基于结构风致响应动力学理论、脉动风速功率谱密度函数与相干函数的维纳辛钦关系及脉动风速准定常关系,采用随机振动振型分解方法对高层建筑的风致响应进行了研究. 首先,对高层建筑的平均风响应、背景风响应和共振风响应进行了理论分析,并推导出了沿结构高度分布的高层建筑顺风向等效静力风荷载理论计算公式;其次,通过对理论公式中各参数对计算结果的影响进行分析,提出了便于实际应用的高层建筑顺风向等效静力风荷载简化计算方法;最后,设计了4个典型高层建筑算例模型,并与阵风荷载因子法（gust load factor method,GLF）和惯性风荷载法（inertial wind load method,IWL ）进行对比,研究了本文方法的可靠性和有效性. 研究结果表明:当结构高度小于250 m时,3种方法所计算出的分布风力、剪力响应和弯矩响应偏差要大一些,GLF法计算结果最大,IWL法的计算结果最小,本文方法介于二者之间;当结构高度大于350 m时,分布风力的偏差在15%以内,对于剪力响应和弯矩响应的偏差在10%以内;本文方法与IWL法在剪力响应方面的差异率在–1%～18%之间,与GLF法的差异率在–12%～5%之间;本文方法与IWL法在弯矩响应方面的差异率在–6%～10%之间,与GLF法的差异率在–16%～5%之间.      

风、浪、流荷载组合对跨海桥梁动力响应的影响

为研究跨海桥梁所受风、浪、流环境荷载及其组合影响,采用国际结构安全性联合委员会（JCSS）提出的组合模型将风浪流荷载进行组合,并考虑了风浪流要素之间的相关性,对于风浪相关性采用了耿贝尔联合概率模型,并通过风海流实现了水流与风场的联合. 以某跨海大桥为工程背景,分析了不同荷载组合对主梁动力响应的影响及其机理,并讨论了荷载组合中参与荷载时段和不同波浪场对计算结果的影响. 研究结果表明:风、浪、流荷载对主梁位移响应影响较大,以风为主要荷载的JCSS组合比以波浪和水流为主要荷载的JCSS组合跨中位移响应偏大20%～30%;随机波浪和桥梁横向基阶模态对跨中横向响应贡献显著;主梁不同位置的位移响应受同一环境要素的影响程度不同,主跨跨中响应主要受风荷载的影响,塔梁结合处主梁响应主要受波浪荷载的影响;波浪场采用规则波模拟会低估主梁跨中位移响应.      

山区风作用下大跨悬索桥响应分析

为了研究山区非平稳强风下大跨悬索桥静风及抖振响应,以云南普立大桥为工程背景,基于该桥址处实测风速样本,对大跨桥梁展开风致响应分析.首先,根据实测风速样本确定了时变平均风并且估计了脉动风谱.然后,在考虑了恒载结构初始内力状态下进行了非线性静风响应分析.最后,采用虚拟激励法分别针对实测风谱与规范风谱对该桥进行了抖振响应研究.计算结果表明,该大桥的抖振以竖向振动为主,并且其位移响应比静风突出; 10 min常值平均风会低估该桥的静风响应;由规范风谱得到的主梁抖振响应偏于不安全.研究结论可为同类山区大跨桥梁风致静力及抖振响应研究提供参考.      

非定常风荷载下空间结构的动力优化

目前对风敏感结构的抗风优化设计集中于高层建筑,很少针对大跨空间结构.基于风致动力响应分析对广州国际会展中心的屋盖结构进行优化设计.首先介绍非定常风场中空间结构动力优化的方法,然后基于风洞试验获得非定常风荷载并进行风振响应计算,最后进行以钢管内径为设计变量、以强度和位移为约束条件的优化设计.研究结果表明,基于ANSYS一阶算法的抗风优化效率较高,使屋盖总体积降低了约30％,构件应力降低了26％,且振动响应更加平稳.因此,通过抗风优化设计不仅降低了工程造价,且使各构件的受力更加协调,提高了结构整体刚度.     

钢筋混凝土拱桥极限承载力的参数分析

采用空间有限元模型,研究了活荷载分布方式、拱圈混凝土的强度、拱圈面内的抗弯刚度、矢跨比和初始几何缺陷等参数对钢筋混凝土拱肋极限承载力的影响。研究结果表明:拱圈混凝土的强度、拱圈面内的抗弯刚度和矢跨比是决定大跨度钢筋混凝土拱桥极限承载力的3个关键设计参数;初始几何缺陷会降低结构的极限承载能力,但降低的程度很小,一般情况下可以忽略该参数的影响;矢跨比在一定范围内取值时,随着矢跨比的降低,钢筋混凝土拱桥的极限承载能力也随之减弱,且不同的矢跨比取值范围对极限承载力的影响程度不同。     

索网结构振动模态特性分析

采用子空间迭代法，结合2个工程实例，对索网结构的自振特性进行了计算分析，研究了一般索网结构的频率分布特性以及钢索应力刚度、结构质量和矢跨比等结构参数对自振特性的影响．此外，还考虑了几何非线性对结构应力刚度的影响，考虑位形修正进行了模态分析．研究结果表明，索网结构振型密集，影响其自振特性的主要结构参数是索网的初始张力和索网屋面的分布质量．     

赤石大桥下拉索施工抗风措施风致振动响应分析

以赤石特大桥为工程依托,针对赤石大桥施工抗风措施"下拉索+TMD"中的下拉索在大风条件下可能产生的大幅振动问题,采用ANSYS软件进行考虑全桥结构的下拉索风致抖振响应分析。计算结果表明:采取施工抗风措施且考虑下拉索脉动风效应后(斜拉索分段建模),最大双悬臂状态桥塔关键截面和主梁塔梁交界处截面应力均满足规范要求,即下拉索脉动风效应不会对桥塔、主梁结构抗风安全产生明显不利的影响;考虑下拉索脉动风效应(且拉索分段建模后),下拉索最大索力值为1.091E+06 N,比单索模型结果偏小约20%左右;下拉索中点顺桥向、横桥向风致抖振位移响应极大值分别为2.94 m和3.44 m。     

高墩连续梁桥横桥向风激振动计算研究

针对高墩连续梁桥受风响应问题，对结构进行单元离散，借助随机振动理论，从结构动学出发，导出结点横桥向随机风响应的谱密度，利用傅氏变换在频域内求随机风响应的统计值，同时求出结点平均风响应。从而提供了一种对高墩桥梁抗风计算的方法，文中以一座三跨高墩连续梁为例对其进行了施工态、成桥态受风响应计算。     

基于量子粒子群算法的门式刚架结构抗风优化

为弥补目前结构抗风优化仅针对高层建筑的不足,采用量子粒子群算法对一大跨屋盖结构进行了抗风优化.基于风洞试验数据库获得等效静力风荷载,并根据型钢表组成离散变量搜索空间.通过约束违反协调系数,构造了一种新的适应值模型,进一步建立了粒子越界处理方法,以保证优化的可行性和收敛性.通过10次运行计算以确定门式刚架的最优设计,并在全风向角下对优化结果进行校核.研究结果表明,目标函数随迭代单调递减收敛,总质量标准差仅为其平均值的4%,平均迭代24次,说明量子粒子群算法用于门式刚架抗风优化具有较好的健壮性和计算效率.      

大跨度球型屋盖结构风致连续破坏过程模拟

利用计算流体动力学（CFD）软件CFX11.0,基于雷诺平均（RANS）方法的SSTk-ω湍流模型,对大跨度球型屋盖风致破坏过程进行了二维数值模拟,研究风致连续破坏过程中,屋盖开口附近风压系数的变化规律.结果表明,大跨度球型屋盖风致破坏区域受矢跨比的影响,屋盖破坏过程中破坏开口边缘处风压发生较大变化,这是屋盖风致连续破坏的主要原因.此外,结构前后入口也对破坏开口屋面内外表面风压系数分布规律有较大影响.     

大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法

为提高传统完全二次项组合法(CQC法)的计算效率,通过对模态频响传递函数和模态力谱的分析,提出了大跨屋盖结构共振响应的简化CQC法.该方法根据结构的动力特性和风荷载特性,计入了模态频响传递函数和模态力谱实部和虚部对响应方差的贡献;为保证计算精度,考虑了共振响应模态的耦合效应.将该方法应用于某游泳馆屋盖结构共振响应分析,并将其与传统CQC法的计算结果进行比较.算例表明,与传统CQC法相比,该方法误差较小,节点位移共振响应最大误差仅为2.73%,验证了该方法的可行性和有效性.      

Wind Vibration Study of Long-span Steel Arch Structure of Beijing Capital International Airport

IntroductionThe long-span light-weight steel arch struc-tures have been widely used in the world due to itsbeautiful shape and reasonable mechanical charac-teristics. With the development of the computa-tional theory, the steel arch span becomes longerand longer. So, the wind loads become the majoror even dominant loads applied on steel arch struc-tural system[1~3]. The distress and damage willprobably occur in the structure, because of thelong term wind-induced vibration.1 Structural Wind-in…     

大跨度铁路斜拉桥非线性时域抖振分析

通过脉动风速场模拟，获得了桥梁结构时域化风荷载，在此基础上，采用大跨度桥梁抖振的时域分析法，以一大跨度铁路斜拉桥为工程背景，对大跨度铁路斜拉桥抖振的非线性行为进行了分析．分析中综合考虑了结构几何非线性和气动非线性，其中结构几何非线性因素包括拉索垂度、内力引起的梁-柱效应及结构大变位等，气动非线性因素包括攻角效应、自激力等．非线性运动方程采用双重迭代法求解，以提高迭代的收敛性．非线性时域抖振分析和线性分析结果的比较表明，非线性因素会增大结构的抖振响应．     

表面有螺旋装饰条的大跨贝壳形屋盖风荷载特性

为了解装饰造型对大跨贝壳形屋盖风荷载特性的影响，研究了某表面有螺旋形装饰条高铁站房屋盖的风压分布特征. 首先，基于Reynolds时均RNG k-ε湍流模型，建立表面有装饰条大跨贝壳形屋盖的数值风洞模型，以模拟屋盖风压分布，通过与风洞试验结果的对比分析，验证了数值模型的可靠性和适用性；然后，建立表面无装饰条贝壳形屋盖的数值风洞，并进行数值模拟；最后，将表面有装饰条屋盖和表面无装饰条屋盖的计算结果进行对比，从风荷载升力系数、局部体型系数和局部区域速度矢量分布方面，分析表面有螺旋形装饰条贝壳形屋盖的风场变化特性. 研究结果表明:数值模拟得到的表面有装饰肋条大跨贝壳形屋盖风载体型系数与风洞试验的体型系数相对误差在 ± 25%以内，风荷载升力系数偏差率在?7.1%～6.1%；表面有装饰条模型的风载升力系数小于表面无装饰条模型，最大偏差率达22.4%，设置装饰条对大跨贝壳形屋盖的整体抗风有利；设置装饰条可以使屋面大部分区域的局部风压减小0～50%，但也会使得个别区域增大2～5倍，在对局部附属构件设计时应予以重点关注；装饰肋条间有一定的狭管效应，肋条对风流的阻挡效应致使风流在肋条处有明显的漩涡产生，并使得肋条自身的风压较高，表面有装饰条屋盖会在背风面产生比表面无装饰条屋盖更大范围的尾涡.      

静风荷载对大跨度钢管砼拱桥施工稳定性的影响

目前对施工过程中静风荷载对钢管砼拱桥整体稳定性的研究还不多,通过一个工程实例在这方面做了一些研究.通过有限元分析,结果证明风速越大,整体稳定安全系数越低;风荷载较小时对稳定性影响不明显,当风速超过一个定值以后,影响效果非常明显.风荷载作用下,同时考虑材料非线性以后,荷载稳定安全系数降低较大;风荷载作用下,考虑双重非线性比考虑材料非线性的稳定安全系数有所降低,但是降低幅度不大.     

静风荷载对大跨度钢管砼拱桥施工稳定性的影响

目前对施工过程中静风荷载对钢管砼拱桥整体稳定性的研究还不多,通过一个工程实例在这方面做了一些研究.通过有限元分析,结果证明风速越大,整体稳定安全系数越低;风荷载较小时对稳定性影响不明显,当风速超过一个定值以后,影响效果非常明显.风荷载作用下,同时考虑材料非线性以后,荷载稳定安全系数降低较大;风荷载作用下,考虑双重非线性比考虑材料非线性的稳定安全系数有所降低,但是降低幅度不大.     

大跨径铁路拱辅梁桥健康监测研究

以新建兰渝铁路广元嘉陵江双线特大桥为例,根据大跨径铁路桥拱辅梁桥的结构特点,介绍了当前铁路桥梁结构健康监测的现状和不足。通过对桥梁结构健康监测系统的组成、结构和功能的研究,以影响铁路桥梁结构响应的动、静力参数为依据,对铁路桥梁健康监测系统中传感器的选型和布设方面进行了设计和优化,并给出了该桥健康监测系统传感器优化组合的算例,为同类型的大跨径铁路拱辅梁桥的健康监测设计提供参考。