结构—尾流振子耦合模型参数识别及桥梁涡激振动预测

为准确预测桥梁涡激振动特征,基于结构-尾流振子耦合模型涡激振动预测方法,分析其动力方程及近似解,针对目前结构-尾流振子耦合模型中较难确定的模型参数(质量参数M、流场“stall”效应参数γ、结构对尾流作用的耦合项参数A和范德珀尔参数ε),提出了基于涡激振动风速~振幅曲线的模型参数识别方法。开展某主梁节段模型风洞试验,依据其实测涡振曲线,采用该方法识别模型参数,并预测不同阻尼比的桥梁涡激振动特征。结果表明:近似解精度与ε相关,ε越小,精度越高;ε越小,提出的模型参数识别方法越能准确识别模型参数;基于风洞试验实测涡激振动风速~振幅曲线识别的结构-尾流振子耦合模型可有效地预测桥梁涡激振动特征。     

人致动力响应分析及在某曲线斜拉桥中的应用

自英国伦敦千禧桥因人致振动而不得不关闭的事件以来,人行桥的动力问题尤其是人致振动问题得到了工程界越来越多的关注。人行桥的动力设计旨在通过结构修改或安装机械阻尼装置来减少动力响应以达到使用舒适性要求,同时也已经成为现代低频人行桥设计的必不可少的考虑因素。与德国人行桥设计规范EN03结合,给出了人行桥动力设计过程中涉及的主要方面,包括步行力荷载模型、动力失稳临界行人数和抑制大幅振动的结构措施以及阻尼措施。最后以主跨200 m的人行曲线斜拉桥为例介绍了人行桥动力设计全过程。     

摆式碰撞双重调谐质量阻尼器减振性能研究

柔性高耸桥塔具有刚度低、阻尼小等特点，极易在强风以及地震等动力荷载下产生大幅振动。摆式调谐质量阻尼器(Pendulum Tuned Mass Damper，简称摆式TMD)是目前常用的高耸结构被动控制方法，但其具有参数敏感、控制频域窄、阻尼实现手段复杂等突出缺点。为此，提出了一种摆式碰撞双重调谐质量阻尼器(Pendulum Pounding Double Tuned Mass Damper，简称PPDTMD)，该阻尼器具有双重调频能力，既提高了其减振性能，也解决了传统摆式TMD需要外接阻尼元件和碰撞式TMD噪声问题。建立了多自由度结构与摆式碰撞双重调谐质量阻尼器耦合系统的运动方程，通过参数搜索方法确定了其最优设计参数，拟合得到简化设计公式，对比了PPDTMD与传统摆式TMD的减振效果。以某自立桥塔为研究对象，分别研究了在涡振、地震、强风荷载作用下PPDTMD的抑振性能。研究结果表明:PPDTMD具有双重调谐特性，减振性能显著提升，当质量比为4%时，PPDTMD相对于理想摆式TMD、实际摆式TMD的动力放大系数峰值分别下降了11%和46%;在PPDTMD控制下，自立桥塔涡激共振(简谐激励)作用下的塔顶位移响应幅值减振率为71.9%；Kobe波作用下的塔顶位移峰值及均方值减振率分别为34.7%和60.2%；抖振力作用下的塔顶位移峰值及均方值减振率分别为26.9%和43.5%;不同动力荷载下PPDTMD的减振性能均优于传统摆式TMD。     

高精度入口边界的峡谷桥址风场数值模拟

山区峡谷地区由于受特殊地形地貌条件影响使得其风场十分复杂，这些地区建立的大跨度桥梁面临着更为突出的风致振动问题，而当前规范对峡谷桥梁的抗风设计还没有明确规定。为更加深入认识峡谷风场的分布特性，基于WRF与CFD耦合模式对峡谷桥址风场进行精细化分析，在中尺度气象模式基础上结合多项式插值方法获取入口边界的平均风速，同时对峡谷桥址上游风速进行实时监测，利用实测站脉动特性互等的原则获取数值模拟入口位置的脉动特性。将平均风速和脉动风速综合考虑后利用UDF程序赋给大涡模拟的入口边界并对峡谷桥址位置风场进行详细分析，最后将模拟结果与实测结果的湍流特性进行对比。研究结果表明：考虑脉动风速后的入口边界条件相比于无脉动入口风速其湍流特性与实测值吻合更好；中国现有规范中的标准谱不适用于复杂峡谷桥址地区，如用现有规范设计山区峡谷桥梁，其结果偏不安全；来流风向与峡谷走向是引起加速效应的主要原因，峡谷上游的复杂局部地形是引起峡谷桥址风场多样性的根本原因。研究成果可供山区峡谷大跨度桥梁抗风设计提供参考。     

大跨径悬带桥颤振特性研究

借助一种三维颤振分析方法,分析一座主跨618 m悬带桥的三维颤振性能,并与相同跨径的悬索桥进行对比,进一步探讨悬带桥的多模态参与效应、侧向自激力效应及节段模型试验的模态选取等问题;同时还对悬带桥进行多种组合下的两模态二维颤振分析及节段模型风洞试验。研究结果表明：与悬索桥的扭转模态颤振驱动机制不同,悬带桥的颤振由侧向-扭转耦合模态分支驱动,具有更低的颤振临界风速;悬带桥的颤振形态表现为侧向、竖向和扭转方向耦合振动,侧向自激力对颤振临界风速的影响较小;侧弯-扭转耦合模态及竖弯模态的模态组合具有最低的颤振临界风速,二维颤振分析结果与三维颤振分析结果基本一致,说明其多模态参与效应不明显,由此可见三维颤振分析及节段模型中模态合理选取的重要性。研究结果可为其他新颖体系大跨径桥梁的颤振研究提供参考。     

桥梁风致颤振分析以及在ANSYS中的实现

首先简要介绍了桥梁风致颤振分析的多模参与单参数搜索M－S法的基本理论以及ANSYS二次开发的几种方法，然后以Visual Fortran为二次开发平台，运用M－S法编写了在ANSYS中实现大跨度度桥梁风致颤振分析的计算和相应的界面菜单程序，最后通过算例展示了在ANSYS中进行颤振分析的整个过程，其计算结果与大度桥梁空间静、动力分析程序NACS和风洞试验数据基本一致，说明了计算程序的可靠性。     

在ANSYS中实现颤振时程分析的方法

提出了一种在ANSYS中实现颤振时程分析的有限元模型和分析方法，该模型采用MATRIX27单元来模拟桥面主梁受到的自激力，依据刚度和阻尼等效的原则，推导了该单元的刚度矩阵，阻尼矩阵与颤振导数之间的关系，然后对整个系统的运动方程进行数值积分来确定系统的响应，通过位移时程曲线来判断结构的颤振稳定性，最后，以一简支梁为例介绍了在ANSYS中颤振时程分析实现的过程，其分析结果与精确解、频域分析结果吻合很好。     

大跨度曲梁空间拱人行桥动力特性研究

曲梁空间拱人行桥具有优美流畅的外形,在城市人行景观桥中应用逐渐增多,但由于该类型桥梁由曲线梁与斜拱组合而成,导致结构动力特性变得复杂,且具有较强的不确定性.为研究该类体系桥梁自振特性,以广州海心沙人行桥为背景,基于有限元软件Ansys建立该桥动力计算模型,进行桥梁动力特性分析.结果 表明:曲梁空间拱桥频率分布较密集,需要进行抑振控制的模态较多,且具有显著的振型耦合效应;由于拱肋面外刚度较主梁小,结构基频表现为拱肋侧弯.所得结果可为该类型人行桥抑振设计提供依据和参考.     

节段模型弹性悬挂系统的阻尼非线性对涡激力模型参数识别结果的影响

通过耗能相等的原理给出系统等效阻尼比的表达式,分析节段模型弹性悬挂系统固有阻尼比的振幅依赖性对涡激力参数识别的影响.以Scanlan非线性涡激力模型为例,通过求解弹性悬挂系统的非线性运动方程得到节段模型涡振振幅随时间的变化曲线,并进一步说明考虑阻尼比振幅依赖性下的涡激力参数识别方法.在考虑节段模型阻尼比随振幅线性变化的情况下分别识别一种具有Rayleigh形式的非线性涡激力模型参数和Scanlan非线性涡激力参数,并将两者的识别结果进行对比.最后说明节段模型阻尼比的测量误差对非线性涡激力识别结果的影响.研究结果表明:节段模型悬挂系统的涡振幅值同时受到气动参数和系统非线性阻尼比的影响,气动力参数可以通过测振试验来识别;Rayleigh型非线性涡激力模型与Scanlan非线性涡激力模型之间在涡振振幅稳定时存在明显的差异,但这种差异不会影响涡振位移响应预测;考虑结构固有阻尼比的振幅依赖性之后,阻尼比的识别误差对涡激力参数识别结果的影响会相应减小.