基于虚拟激励法的多维多点随机风作用下大跨度斜拉桥抖振响应研究

大跨度桥梁风致抖振在各种风速下均会发生,且精确响应计算也较为困难,针对此响应计算问题,提出了基于虚拟激励法的多维多点风致抖振响应计算方法。通过抖振力谱与来流风谱理论公式关系,将抖振力转化为多维虚拟力作用在桥梁结构有限元模型上,计算各频率点与时间点下的虚拟响应,积分得到随机响应均方根值,实现了通过直接在有限元模型上加载虚拟抖振力谱,同时可考虑结构的全频率参与贡献,快速求解随机风作用下桥梁抖振响应。通过计算分别选取基于风洞试验识别的气动导纳函数、跨向相干性函数与规范规定的跨向相干性函数和Sears函数时桥梁的抖振响应值,与全桥气弹模型风洞试验值进行对比,得出采用风洞试验识别得到的气动导纳函数、跨向相干性函数时的抖振响应结果与试验结果最为接近。     

大跨度桥梁抖振响应的直接估算方法

大跨度桥梁结构抖振响应的预测主要通过全桥气弹模型抖振响应试验和基于节段模型试验识别气动参数的理论计算2种方法。但由于试验中大气边界层湍流特性的模拟与实际存在一定的偏差,因此无法准确估计实际桥梁结构的抖振响应。为解决实际大跨度桥梁结构抖振响应预测的精度问题,在片条假设成立的条件下,通过数学推导提出了综合传递函数的概念。该函数是气动导纳函数和考虑了自激力的机械导纳函数的组合,其将湍流的脉动特性与由湍流引起的桥梁结构的抖振响应直接联系在一起,并基于此提出了一种预测大跨度桥梁抖振响应的直接计算方法。以坝陵河大跨度悬索桥为例,在两不同风场中分别进行全桥气弹模型风洞试验,通过模型抖振响应及模拟风场测量的试验结果识别两不同风场中的综合传递函数,发现二者结果几乎一致。理论及试验分析表明：对于展宽比较大的大跨度桥梁结构,综合传递函数仅与结构固有特性及参数有关,与风场特性无关;基于综合传递函数获得抖振响应的方法省略了传统分析方法中气动参数的识别及抖振力的计算,可通过测得实桥桥址处的湍流特性,利用风洞试验中识别的综合传递函数直接计算获得实桥准确的抖振响应。最后通过算例给出了综合传递函数的应用方法,为大跨度桥梁抖振响应的准确预测提供了方法,并可为节段模型试验直接预测实桥抖振响应提供思路。     

基于时频混合格式的桥梁抖振响应计算方法

利用一种时频混合格式计算桥梁在紊流风激励下的抖振时程响应。针对动力风荷载既有时域内定义的抖振激励力,又有用频域内的颤振导数来定义的与结构自身运动有关的气弹自激力,存在时频混合项的特点,引入时频混合格式的AFT方法来计算桥梁抖振时程响应;在保持频域计算高效性的同时,又通过拟力概念在时域计算结构非线性不平衡力和气弹力造成的振型耦合,通过迭代使其收敛。通过算例验证了该格式是一种可行的计算桥梁抖振响应的方法。     

斜拉桥在施工双悬臂状态下受斜交风作用时的抖振响应分析

大跨度斜拉桥在施工双悬臂状态下受紊流风作用时,桥面将产生较大的抖振振幅,而紊流风的方位角对桥梁的抖振响应有较大影响。笔者从理论上分析了斜交风作用下桥梁抖振响应的计算方法,并结合实际算例分析了不同方位角下桥梁的抖振响应值。     

大跨度斜拉桥主梁单悬臂施工风振控制

大跨度斜拉桥悬臂施工期抖振响应明显,采用谐波合成法对桥梁节点脉动风速时程进行模拟,基于Davenport抖振理论建立了大跨桥梁抖振时域分析方法。针对在建的某大桥主梁单悬臂施工期可能面遭遇台风袭击的情况,分别提出采用下拉索和调谐质量阻尼器(TMD)两种抗风措施方案,并进行减振效果对比分析。研究表明:大跨斜拉桥主梁悬臂施工期梁端风致振动响应较大,应予以重视;综合考虑航道等因素,采用调谐质量阻尼器(TMD)进行大跨度斜拉桥主梁悬臂施工期主梁振动控制效果较好。     

大跨柔性装饰拱顺风向抖振响应及疲劳性能研究

由于大跨度柔性装饰拱的结构刚度低,风荷载作用下诱发结构抖振应力循环变化幅度大,相比普通桥梁形式更容易引起疲劳。以海南某大桥装饰拱结构为例,根据桥址的风速记录气象资料,统计常态风速的变化规律,利用时域分析的方法,基于风速数值模拟进行抖振时程分析获得不同风速下拱结构的应力时程,采取雨流循环计数法进行统计分析得出应力幅的概率分布规律,并联系年风速的统计变化规律采用Miner线性累积损伤理论对结构进行疲劳性能评价。     

斜拉桥风致振动在Ansys中的实现

使用Ansys建立了某大跨度斜拉桥有限元模型,并对该斜拉桥进行动力特征分析,得到了该桥固有频率和振型;利用谐波合成法编制Matlab程序,合成了该斜拉桥的三维空间脉动风场,得到了该桥主梁和桥塔各离散点的脉动风速时程;利用各离散点的风速时程转化为有限元模型中各节点抖振力时程,并对该桥进行了抖振时域分析,得到了该桥在风荷载作用下的动力响应结果。     

大跨窄面悬索桥抖振时域精细化分析

以主跨278 m,桥面宽4 m的钢桁架加劲梁窄面悬索桥为工程背景,对大跨窄面悬索桥的风致抖振响应进行了有限元仿真模拟分析,并对可能影响桥梁抖振响应的几个关键的影响因素进行了分析,研究了大跨窄面悬索桥的抖振响应特点,得出结论:对于大跨窄面悬索桥结构,在动力时程分析过程中考虑大变形效应,结构主梁的抖振响应脉动幅值均变小,且...     

山区大跨窄悬索桥抖振响应时域有限元分析

为了掌握山区窄悬索桥的抗风性能,以某山区大跨度加劲梁窄悬索桥为研究对象,采用谐波合成与FFT转换技术相结合的方法,构建模拟了山区窄悬索桥三维脉动风场,并基于ANSYS大型有限元分析软件的APDL语言,建立山区大跨度窄悬索桥风振响应有限元模型,分析大跨度窄悬索桥结构抖振响应特性。结果表明:窄悬索桥的抖振位移响应时程表现为明显的限幅振动,可能会引发局部构件疲劳破坏。该加劲梁窄悬索桥的横向抖振位移上限值为16.4 cm,竖向位移振动上限值为8.8 cm,其横向抗弯刚度更小,出现横向弯曲振型频率会更低,需要采取一定的抗风措施加强横向刚度。     

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。     

基于模态综合理论的斜拉桥时域抖振分析方法

基于大跨度斜拉桥风致抖振时域分析的复杂性,为提高时域分析效率,引入模态综合理论,提出一种斜拉桥抖振时域分析方法,并通过算例自编程序验证其正确性与可行性。考虑自然风的相关特性,采用谱解法将三维随机风场简化,横桥向和顺桥向风速谱采用沿高度变化的Simiu谱,竖向风速谱采用Lumley—Panofsky谱,编制程序实现大跨度斜拉桥随机风场的数值模拟,得到施加于结构上的风荷载时程。研究表明,大型结构的动力响应主要受若干低阶振型控制,因此在斜拉桥时域分析过程中引入模态综合理论,实现了抖振力和自激力的时域化过程,并且全面地考虑了气动阻尼、气动刚度和气动耦合作用的影响,有效地解决了考虑自激力的时域化过程复杂、计算代价过大的问题;最后通过编制程序对一座大跨度斜拉桥进行不同风速下的抖振时域分析,验证了其实用性。     

大跨度三主桁钢桁拱桥施工状态抖振风洞试验研究

为研究大跨度拱桥施工状态的风致抖振性能,以三主桁钢桁拱桥——明珠湾大桥为背景,采用风洞试验对紊流风作用下的桥梁抖振响应进行测试。根据施工步骤选取典型施工状态,建立桥梁结构有限元模型并进行动力特性分析,通过比较自振模态频率,确定最不利施工状态。制作最不利施工状态下桥梁1∶100缩尺气弹模型,采用U形弹簧等效模拟梁、拱刚度,在模拟B类风场的边界层风洞中进行桥梁气弹模型抖振响应测试。结果表明:梁、拱已拼装至最大单悬臂且第3层扣索尚未张拉时为最不利施工状态;抖振随机响应以一阶竖弯和一阶横弯为主,抖振响应峰值因子与规范取值范围基本吻合;完全横桥向来风条件下拱桥抖振响应最大,完全顺桥向来风时抖振响应最小。     

基于CFD的大跨度钢桁梁悬索桥抗风性能分析

为研究钢桁梁悬索桥主梁截面气动性能及大跨度悬索桥抗风性能,以某桁梁式大跨度悬索桥结构为工程背景,采用CFD数值模拟方法,开展大跨度悬索桥桁架式主梁截面气动力参数的简化分析,并对大跨度悬索桥颤振和抖振特性进行了研究。研究结果表明:采用简化的板桁主梁CFD分析模型,将三维结构等效为二维平面,有效地降低了建模难度和计算工作量;根据颤振分析结果,颤振风速为50. 5m/s小于颤振临界风速为124. 2m/s,颤振性能良好;由成桥状态下脉动风作用下桥梁抖振响应结果,桥梁在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。     

大跨度密频斜拉桥模态耦合抖振MDTMD控制

为了对大跨度密频斜拉桥抖振进行控制,基于虚功原理推导出以广义相对位移为未知量的多自由度多模态耦合抖振频域控制方程,总结文献中以位移为最优目标的调谐阻尼器（TMD）最优参数解析解,改进传统双频TMD（DTMD）模型,提出衡量DTMD自身冲程大小的评价标准和采用频响函数峰值分布情况选取控制频宽,对比研究各种参数优化方案和DTMD频率间距对抖振减振效果的影响。研究结果表明,密频斜拉桥抖振响应谱密度峰值的分布特性和一般斜拉桥有明显不同,响应谱在各阶振型频率之间的鞍谷能量不可忽视,各阶振型对主梁不同位置的抖振响应贡献具有差异性。结构阻尼比越小,单个DTMD（SDTMD）减振效果越好,SDTMD控制会出现频响函数能量频移现象。多模态多重调谐质量阻尼器（MDTMD）控制要优于单模态MDTMD控制,改进的DTMD能够在2个方向同时达到良好的减振效果,比传统的DTMD更具优势。分析DTMD频率间距按照均匀分布、二次抛物线分布和频响函数积分等面积分布计算的抖振响应控制效果表明,合理的频率间距能够在相同条件下获得更好的减振效果。单模态和多模态控制得出的结果都表明,Krenk解在综合减振效果上要优于Den Hartog解,采用公路桥梁抗风设计规范（JTG/T 3360-01-2018）中Den Hartog解进行DTMD参数设计时,应增加DTMD的设计阻尼比,且增幅不少于15%。     

大跨斜拉桥施工与成桥状态风致抖振响应分析

为研究大跨斜拉桥成桥与施工状态的风致抖振响应,分别采用时域和频域方法对一座典型大跨斜拉桥的成桥状态、施工最大双悬臂与最大单悬臂状态进行了数值计算.采用改进的谐波合成法模拟桥梁结构的随机脉动风场,基于有限元编程,实现了考虑自激力的斜拉桥抖振时域分析,使用多模态耦合分析方法进行斜拉桥的频域抖振分析.分析结果表明:在主梁设计基准风速下,成桥状态和施工状态的横桥向和扭转角抖振位移均较小,施工最大双悬臂中跨悬臂端点竖桥向抖振位移较大,在施工中应妥善处理;成桥与施工状态下的主塔塔顶抖振位移均较小,施工过程中可以不考虑主塔顶部的位移控制;基于合理模拟风场的时域计算方法,能够考虑各种非线性因素,能够较好地反映斜拉桥的抖振响应;不考虑气动导纳的频域计算会夸大斜拉桥的抖振响应,考虑Sears函数作为气动导纳的频域计算方法会低估斜拉桥的抖振响应.     

基于TL-Conv LSTM-AM组合模型的薄平板抖振响应预测

针对大跨度桥梁等工程结构在紊流场作用下的抖振响应预测问题，以薄平板为例，将数值模拟的薄平板抖振响应时程结果作为训练与测试数据，选用风场时程数据作为输入，并将薄平板的横向位移、竖向位移以及扭转角响应时程数据作为输出，分别采用带外部输入的非线性自回归(NARX)、长短期记忆(LSTM)、卷积长短期记忆(Conv LSTM)、注意力机制长短期记忆(LSTM-AM)神经网络模型预测薄平板的抖振响应。进一步地，将迁移学习(TL)方法与上述神经网络模型相结合，提出基于Davenport准定常抖振理论获取大量源任务数据的方法。通过筛选出的可用源任务数据，训练上述神经网络模型并经共享权重、微调参数后完成对薄平板目标任务数据的预测，并最终构建了TL-Conv LSTM-AM组合模型来预测薄平板抖振响应的思路。研究结果表明：在薄平板抖振响应预测中，LSTM模型的预测精度要高于NARX模型；引入卷积计算和注意力机制均有利于时序数据的预测，因此Conv LSTM和LSTM-AM模型的抖振响应预测精度相比单一的LSTM模型的预测精度要高；当上述神经网络模型结合迁移学习方法后能有效提升抖振响应的预测精度，但在局部...     

雷暴风作用下大跨度桥梁抖振响应智能预测研究

面向特异风环境桥梁风振实时推演，开展了雷暴风作用下大跨度桥梁抖振响应智能预测研究。以苏通大桥实测数据为基础，分析了风场参数与主梁抖振响应之间的相关性，确定了桥梁雷暴风效应的主要关联参数。基于前馈神经网络(FNN)、卷积神经网络(CNN)、长短期记忆网络(LSTM)、门控循环单元(GRU)等典型神经网络模型，以主要风场关联参数及历史抖振响应作为输入，开展了桥梁抖振响应预测网络架构与模型训练，并对比分析了4种模型的预测效果。研究结果表明：雷暴风作用下大跨度桥梁的抖振响应主要与平均风速、平均风向、脉动风速均方差、紊流积分尺度等风场参数密切相关；待预测的桥梁抖振响应与历史风场及桥梁状态参数有关，需考虑二者的记忆效应；FNN与CNN未能较好地表征该记忆效应，故预测结果与实测值仅趋势相近，预测误差相对较大；GRU与LSTM的预测效果总体较好，GRU在雷暴风风速较大时的预测效果最优；LSTM在高风速下的预测效果略低于GRU,但在风速较低时的抖振预测精度最高，即具有更强的泛化能力。研究结果可为雷暴风易发区大跨度桥梁的安全运维提供借鉴与参考。     

大跨度桥梁三维脉动风场的计算机模拟

针对用于大跨度桥梁抖振时域分析的随机风场和Davenport相干函数的特点,采用模拟平稳随机过程的AR法,通过编制相应的Matlab程序,获得了大跨度桥梁三维脉动风场。以某跨度为800 m的大桥为例,进行了三维脉动风场的模拟,并对模拟得出的样本进行检验,结果表明模拟值与目标值吻合良好,可以用于大跨度桥梁的风场模拟。     

实测与规范风谱下某悬索桥抖振响应定性比较

对某大跨悬索桥址的风特性进行了现场长期风观测。在观测数据中提取合适的风速时程样本,得到各样本的风谱及其平均风谱曲线,在此基础上对该桥进行了频域抖振响应分析。同时,采用JTG/T D60-01-2004《公路桥梁抗风设计规范》建议的风谱,基于A、B、C、D 4类场地特性得到的谱值对该桥进行频域抖振分析,并与基于实测风谱的计算结果进行对比。结果表明:对于主梁抖振位移,基于实测谱的结果介于基于规范谱的C类与D类场地值之间;对于塔基抖振内力,基于实测谱的结果高于基于规范谱的所有4类场地结果。此外,抖振位移的功率谱表明:在低频区,基于实测风谱的响应低于基于规范谱的响应;而高频区则反之。该文研究表明:在计算结果是否偏于保守或危险方面,如果采用规范建议风谱来计算,内力与位移两方面可能会有相反的结论。     

斜拉桥最大悬臂阶段抖振响应及其对施工人员影响

对某一斜拉桥进行最大双悬臂和最大单悬臂的空间有限元分析,采用时域分析方法,计算不同阻尼工况下,桥梁在不同攻角风作用下的抖振响应,通过频谱分析,讨论最不利施工状态下桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究表明:抖振作用下的Diekemann舒适度指标值较大,对施工人员安全和桥梁施工质量均有影响,应采用一定的控制措施。