九江长江公路大桥斜拉索振动特性研究

为研究斜拉索在主梁振动形成的端部位移激励下的振动特性,在斜拉索面内振动、理想索、垂度为抛物线和满足Hook定理的假设下,建立了考虑主梁端部激励的斜拉索非线性振动控制方程,阐明了端部位移激励引起斜拉索大幅横向振动的机理.利用动力有限元方法计算九江长江公路大桥的动力特性,根据频率匹配关系,初步确定可能发生大幅振动的斜拉索.利用推导的振动控制方程,对可能发生大幅振动的斜拉索进行数值积分分析,得到了各斜拉索内共振和参数共振的共振区,发现足够的斜拉索阻尼比可以避免斜拉索产生大幅振动.     

随机车流-风联合作用下沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳寿命预测

为了预测沿海大跨度斜拉桥拉索在车流、风和波浪等变幅荷载长期作用下的疲劳寿命，提出了沿海大跨斜拉桥拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下拉索应力谱的计算方法和步骤，并基于线性疲劳累积损伤理论建立了斜拉桥拉索疲劳可靠度的计算框架。首先，根据桥上实测车流数据，建立了随机车流模型，基于桥址处风浪观测数据，运用二维Copula函数建立了桥址处风浪联合概率模型。然后，将生成的随机车流及风浪荷载作为外部激励，基于风-浪-车-桥耦合振动数值模拟平台，实现随机车流、风、浪荷载联合作用下的斜拉索应力谱的计算分析。最后，基于线性疲劳累积损伤理论推导了服役期内斜拉索疲劳可靠度及疲劳寿命预测公式，并以一座沿海大跨斜拉桥为例，结合桥址处的实测车流、风和波浪数据，计算了拉索在随机车流、风和波浪荷载联合作用下关键拉索的疲劳寿命。结果表明：车辆荷载主要影响拉索的应力响应均值，风荷载主要影响拉索的应力响应的脉动部分，而波浪荷载对拉索的应力响应影响非常小，可以忽略。此外，在随机车辆、风和波浪荷载共同作用下，拉索的日累积疲劳损伤符合威布尔分布，并且岸侧拉索的中间索疲劳寿命最低，为121年。研究成果可为沿海大跨度斜拉桥拉索疲劳可靠度分析及疲劳寿命预测研究提供参考。     

沪苏通长江公铁大桥主航道桥斜拉索振动控制技术

沪苏通长江公铁大桥主航道桥为主跨1 092m的公铁两用钢桁梁斜拉桥,斜拉索最长达576.193m、重达83.5t。针对该桥斜拉索超长、超重的特点,施工期和运营期分别采用临时阻尼减振装置和永久附加阻尼减振装置来抑制斜拉索振动。施工期斜拉索临时阻尼减振装置通过在传统钢丝绳措施上串联1个阻尼模块,适应不同施工阶段斜拉索的状态变化,并控制斜拉索施工期的振动。运营期采用新型电涡流杠杆质量阻尼器(ELMD),利用电涡流阻尼器控制斜拉索面内振动、油阻尼器控制斜拉索面外振动,并进行实桥试验验证。结果表明:斜拉索的阻尼对数衰减率达7%,满足斜拉索阻尼减振要求;ELMD阻尼器安装后,风荷载激励下的振幅从2.15g降低至0.04g,共振主频消失、减振效果明显。     

强风环境下斜拉桥车桥系统动力响应分析研究

基于模态综合分析理论,在推导复杂车辆模型刚度、阻尼矩阵和建立车桥系统风荷载模型的基础上,提出一种全面考虑动力风载效应的车桥系统动力响应分析方法,结合桥例对强风环境下的斜拉桥车桥系统的动力响应进行了分析研究。结果表明:强风下桥梁竖向位移响应受风载影响显著,横向位移响应主要由风荷载控制;低风速下桥梁的振动加速度响应受风荷载影响较大;风荷载引发的桥梁振动对车辆竖向位移和加速度响应影响较大,横向响应由风载和桥梁响应控制,风载对车桥系统动力响应影响明显。所提出的方法具有较高的精度和分析效率,可为其他类型大跨桥梁的相关分析提供参考。     

考虑随机车载-风载联合作用的斜拉桥拉索疲劳可靠性分析

以某大跨斜拉桥为工程背景,对随机车载与风载联合作用下的斜拉索疲劳可靠性进行了分析。首先,依据交通调查数据,建立随机交通荷载模型,基于桥位处多年风速统计资料,建立大桥风载概率模型;然后,采用自编的风-车-桥动力响应分析程序,实现随机车载与风载联合作用下的拉索应力谱计算分析;最后,基于累积损伤理论和Monte-Carlo法开展拉索的疲劳可靠度和疲劳寿命分析。研究结果表明：风载对斜拉索疲劳可靠度影响显著,且该影响由短索到长索呈不断增大的趋势;考虑车载-风载联合作用的拉索疲劳寿命较仅考虑车载的情况下降2%～63%,平均达50%。     

斜拉索面内随机参数振动分析

为探讨斜拉索面内承受端部轴向零均值高斯白噪声位移激励下的随机振动特性,推导了基于伊藤方程标准形的斜拉桥拉索平面内索端承受轴向随机位移激励下的随机参数振动微分方程。利用Falsone改进随机线性化法、一般随机线性化法及Mont carlo数值模拟法求解了拉索振动状态向量的二阶矩均方响应。研究表明：改进随机线性化法与Mont carlo数值模拟法结果吻合较好,一般随机线性化法降低了拉索的振动响应。拉索横向均方响应随着激励谱密度强度的增大而增大,随着拉索阻尼比及拉索初始索力的增大而减小。     

风浪荷载共同作用下大跨度刚构桥动力响应规律研究

风浪作用在结构上会对结构产生动力作用,从而影响到结构的内力及响应。为研究风浪作用下大跨度连续刚构桥的动力响应规律,利用通用有限元软件ANSYS建立了刚构桥的有限元模型,并以经典理论为基础,在风浪耦合关系的基础上建立了风场和波浪场的数值模型,此数值模型在抖振力响应的基础上考虑了波浪对风场的影响。对大跨度刚构桥在风浪荷载共同作用下的动力响应结果进行了分析。研究结果发现:对比风荷载、波浪荷载单独作用及风浪荷载共同作用下桥梁不同位置的横向位移响应结果,墩顶位移相对增幅要大于跨中位移相对增幅,波浪荷载作用对桥梁横向位移响应的影响从桥墩到跨中依次减小;对比风荷载、波浪荷载及风浪荷载共同作用下桥梁墩底剪力及墩底弯矩响应结果,波浪荷载作用对墩底横向剪力、墩底纵向剪力、墩底绕横桥向弯矩和绕纵桥向弯矩均有明显影响,波浪荷载作用对墩底剪力的影响很大,对墩底弯矩的影响较大;风浪荷载共同作用并不是风荷载、波浪荷载单独作用下响应的简单叠加,波浪形成时会对风场产生影响,除了随机湍流风速以外,波浪会引起与波浪同步的上方气流速度变化,在风浪场中的风速模拟时,需要考虑波浪对上部气流的影响,因此对横向位移响应影响较大的主要作用为风荷载作用,但并不意味着可以忽略波浪荷载的作用。     

端部激励下斜拉索三维振动统一方程的精细推导

为了研究斜拉索在端部激励下的振动机理,考虑了斜拉索垂度、刚度、非线性、空间三维、端部位移等诸多因素,经过一系列精细推导,利用Galerkin多模态截断方法,建立了单自由度斜拉索三维振动的统一方程,并提出了斜拉索三维振动频率分量由各自方向上的固有频率和端部位移激励扰动项组成。斜拉索在考虑三维端部位移理想激励时,采用4~5阶龙格-库塔法编写了端部位移激励与斜拉索固有频率比值以1：1和2：1进行振动的MATLAB数值求解程序。研究表明：当频率比值以1：1振动时,位移响应规律性的拍频消失,转变为拍频叠合的效果,且其振动幅值在时间域上表现出高低起伏的趋势,其位移响应峰值、谷值均呈现出不断增大趋势。此外,斜拉索在端部很小的位移激励下便可产生较大的振动。当频率比值以2：1振动时,其位移响应表现出与一阶强迫共振同样的拍频特征。参数振动位移响应振幅正负值同样出现了偏差值,此条件下,微小的端部位移也能够激起较大的参数振动响应,因此参数振动同强迫振动一样不容忽视。斜拉索在端部位移作用下不仅有频率比为1：1的共振和2：1的参数共振,还发生了1：2的共振,即斜拉索在端部位移激励下具有3个主共振区,分别在频率比值为0.5,1,2周围,1：2共振产生的振幅明显小于1：1共振和2：1参数共振。     

基于数据驱动的斜拉索异常振动分析及预警

视频监控表明,某斜拉桥的斜拉索在2016年2月1日发生肉眼可见的异常振动。为了解异常振动发生期间,桥梁风环境及结构振动响应变化,对斜拉索异常振动期间的斜拉索、桥面和桥塔加速度、风环境进行了分析,计算获得了斜拉索振动加速度均方根、振动位移及均方根、斜拉索索力、桥梁结构模态参数,并分析了斜拉索振动与风环境的相关关系。分析结果表明,桥梁结构仍处于安全状态,并依据斜拉索振动监测数据,建议了斜拉索振动的监测预警阈值。     

长安街西延永定河大桥斜拉索风雨振及减振措施研究

为明确长安街西延永定河大桥斜拉索的风雨振特性,提出有效的减振措施;进行斜拉索风雨振计算分析,并通过风洞试验分析风速和雨强对斜拉索风雨振的影响;研究不同阻尼比和斜拉索表面缠绕双螺旋线的减振效果。结果表明:该桥大部分斜拉索在不采取减振措施的情况下有发生风雨振的可能;斜拉索风雨振的振幅随着风速的增大先增大后减小,随着雨强的增大逐渐减小;增大阻尼比能有效减小斜拉索风雨振的振幅。建议该桥斜拉索安装阻尼器时,阻尼比不小于0.9%;当螺旋线的直径为1.2mm时,单根螺旋线的间距取6倍的斜拉索直径;当单根螺旋线的间距为12倍的斜拉索直径时,螺旋线的直径取2.0mm。     

基于流固耦合的行车临界风速研究

为了研究风-车-桥耦合系统中车-桥系统的振动特性及车辆行车安全特性,得到车辆在大跨度桥梁上行驶时车辆的安全行驶临界风速,对车辆通过大跨斜拉桥时车辆的气动特性、车-桥系统的振动特性及车辆的行车安全特性进行研究。研究风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时车辆的行车安全临界风速,分析车辆行驶速度、路面状况及风偏角对车辆行驶安全临界风速的影响。车-桥系统的耦合振动会导致车-桥系统周围风场的特性发生变化,风场的变化会导致下一时刻车-桥系统的受力状态发生改变。考虑车辆运动及车-桥系统的振动与车-桥周围风场的相互影响,基于双向流固耦合数值模拟,建立风-汽车-桥梁空间耦合振动数值分析模型。通过风-车-桥耦合系统三维数值分析,得到了风荷载作用下车辆在大跨度桥上行驶时不同状况下车辆的倾覆及侧滑临界风速。结果表明:基于双向流固耦合数值分析能够较精确地模拟风-车-桥耦合振动系统;风荷载作用下车辆在桥上行驶时,车辆的振动特性主要由汽车-桥梁系统决定,车-桥系统的振动特性受自然风荷载影响;侧向风荷载作用下车辆的倾覆力矩系数及侧向力系数并不一定为最大值,车辆在大跨径桥上行驶受侧向风荷载作用并不一定为行车安全分析的最不利状况。     

斜拉桥斜拉索局部弯曲应力分析

在活载作用下，斜拉索的倾角会发生反复变化，引起拉索局部弯曲应力变化，从而导致斜拉索的疲劳。本根据引起斜拉索倾角变化的原因，分只考虑拉索垂度的影响及既考虑拉索的垂度又考虑锚固点处梁的变位（挠度和转角）两部分对斜拉索局部弯曲应力的变化幅度进行了分析。本的分析表明，局部弯曲应力幅占总应力幅的45％左右，对斜拉索疲劳有较大的影响。最后，介绍了几种可以减小这部分应力变化的方法。     

基于影响函数的随机车流作用下大跨度悬索桥风致应力响应分析

为了解决大跨度桥梁在随机车辆荷载和风荷载作用下局部应力求解耗时问题,首先以矮寨大桥为工程背景,建立壳-梁混合单元有限元模型,确定大桥应力的关键位置及关键点,采用分段拟合方法获得随机车辆荷载的影响面函数和风荷载的影响线函数;结合吉茶高速实际交通量特征及随机参数分布特征,采用蒙特卡罗方法,编制抽样程序生成随机车流样本。其次采用风-车-桥耦合振动分析获得典型车辆的等效车辆荷载;引入风荷载动力影响系数,提出了一种简便实用的随机车流下大跨度桥梁风致应力分析方法。最后应用ANSYS计算分析结果验证所提方法的正确可行性,分析矮寨大桥在随机车流和风荷载联合作用下的关键点应力响应。结果表明：风速低于15 m·s^-1时,风荷载引起大桥关键点应力响应远小于车辆荷载引起的应力响应;繁忙车流下应力响应的幅值并不比稀疏车流下的应力幅值大很多,但是繁忙车流下应力响应的峰值数量远大于稀疏车流下的峰值数量,即应力的循环次数多,会增大桥梁的疲劳损伤。     

隔振系统对斜拉索振动的控制研究

风雨激励下斜拉索的振动对斜拉桥会造成严重的影响,在外部附加阻尼器是一种用来抑制较短斜拉索振动的有效手段。然而,对于较长斜拉索,出于美观要求,阻尼器需要设置在斜拉索的底部,附加阻尼器难以发挥作用。提出一种新的斜拉索隔振系统来减轻斜拉索的振动。隔振系统由隔层橡胶垫块和1个内置阻尼器组成,可安装在斜拉索的锚固端。用具有初应变的单元来表征斜拉索,建立了一个简单的斜拉索-阻尼器系统分析模型,通过计算得到隔振系统下斜拉索的响应,并与设置、未设置外部被动阻尼器时的斜拉索进行了比较。对比显示,提出的斜拉索隔振系统比最优状况下的被动阻尼器减振效果要好,具有更广泛的适用性。     

多维地震激励作用下大跨度斜拉拱桥的随机响应

以一种新颖钢管混凝土拱桥-斜拉钢管混凝土拱组合桥为研究对象,通过建立空间结构有限元模型,利用子空间迭代法得到结构的自振特性,并运用随机响应理论分别对该桥在纵向激励、纵＋竖向激励、纵＋横向激励、纵＋竖＋横向激励等4种工况作用下的地震响应与相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥进行了对比分析。分析结果表明,地震横向激励对斜拉拱桥的响应特性有较大的影响,在多维随机地震激励作用下,由于斜拉索的存在使得斜拉拱桥的横向抗震性能优于相同跨径的中承式钢管混凝土拱桥,这为大跨度斜拉拱桥的抗震设计和研究提供了理论依据。     

斜风作用下风-车-桥非线性分析系统建立

为了从风作用方向的三维模拟和系统非线性2个角度实现风-车-桥系统的全三维高真实度模拟,首先建立斜风荷载处理方法,采用平均风分解理论对桥梁斜风进行分解,形成桥梁斜风荷载,把桥梁风作用方向模拟域由垂直于桥梁纵轴线的二维平面扩展到三维空间;采用矢量合成法则和线性插值方法,依据车辆位置函数确定桥上车辆任意位置和时刻的合成风速,并基于风洞试验获取车辆气动力系数,形成车辆斜风荷载。然后基于已建立的非线性分析系统,融合斜风荷载处理方法,构建斜风作用下的风-车-桥全三维非线性分析系统,并实现动态可视化。最后采用建立的分析系统,对系列风偏角工况下的桥梁空间动力响应和车辆安全进行分析和评价。结果表明：斜风作用下,桥上车辆事故指标值及桥梁位移响应随着风偏角增大总体上均呈现先减小后增大趋势,且极值均出现在非90°的锐角区;基于风向垂直于桥跨方向的假定所进行的桥梁设计和车辆安全性评价结果偏于不安全。     

PC双线铁路斜拉桥第二千曲川桥的设计

介绍北陆新干线上，ＰＣ双线铁路斜拉桥－第二千曲川桥的设计方案比选，结构形式快定，斜拉索和桥塔的形式，设计采用的规范，材料，荷载组合及荷载系统，列车冲击系数的计算，列车走行的安全性与乘舒适感分析，斜拉索风致振动的影响，抗震设计，斜拉索抗风设计等。     

斜拉索振动及振动控制应用技术

斜拉索振动影响其耐久性和安全性这一问题已得到国内桥梁界高度重视。分析斜拉索振动引起的各种危害和振动的类型及特征,并对斜拉索振动控制的方法和手段进行论述。     

连续钢桁梁悬拼施工中人体对振动的适应性研究

针对连续钢桁梁悬拼施工中的风荷载效应问题,以某下承式连续钢桁梁柔性拱桥悬拼施工为工程背景,建立三维有限元模型,分析了在不同风速时程作用下的动力响应对施工人员的影响。结果表明,横向风荷载是引起结构横桥向水平支反力的主要因素,而结构在三至六级风荷载作用下引起的横向振动不会对人体造成明显不适。     

斜拉索车致荷载效应极值计算方法研究北大核心

为计算斜拉索在未来服役期的车致荷载效应极值,基于经典Rice公式理论,提出斜拉索车致荷载效应极值计算方法。该方法首先采用蒙特卡罗随机抽样法生成过桥车流荷载;然后利用影响线加载的方法求解斜拉索的车致荷载效应应力时程,并拟合Rice公式的最优参数;最后对斜拉索的车致荷载效应极值进行计算。采用该方法对杭瑞高速鄱阳湖二桥斜拉索车致荷载效应极值进行分析,结果表明:斜拉索车致应力受车流状态的影响较大,其随车流密度的增大而增大;经典Rice公式对斜拉索车致应力年跨阈率的拟合效果较好,提出的斜拉索车致荷载效应极值计算方法应用方便;斜拉索车致应力极值随重现期和交通量增长率的增加而增大,且密集车流对斜拉索车致应力极值的影响较大;在目前的随机车流荷载作用下,斜拉索失效概率较小,最长的Z18号斜拉索在设计使用年限20年内的应力极值为51.69 MPa,失效概率为4.6×10^(-3)。