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...     

悬索桥并列双吊索整体风振特性与气动阻尼研究

通过并列耦合双吊索节段模型的整体测振与测力风洞试验,研究不同间距下双吊索的整体振动行为与气动阻尼特性。引入驰振气动阻尼非线性项的动力方程模型,得到非线性振动的近似解析方法。基于弹性悬挂节段模型动力响应识别出驰振非线性气动参数,并与经典单自由度驰振理论结果进行对比分析。研究结果表明:并列耦合双吊索在一定工况下会发生剧烈的整体尾流致振现象,结构阻尼比对其起振风速影响明显;经典驰振理论求得的气动负阻尼绝对值要小于识别得到的气动负阻尼绝对值,横、顺风向两自由度耦合失稳较单自由度驰振更易发生。     

钢轨扣件中橡胶部件动态特性模型的建立与研究

在不同工况下,对扣件的橡胶部件进行动态特性试验,得到简谐位移激励下扣件的力-位移曲线。通过试验曲线计算橡胶部件相应的动刚度、阻尼等动态特性参数。试验结果表明,在钢轨扣件工作的振幅和频率范围内,振幅对扣件橡胶部件的动态特性影响较为显著,频率次之。为了预测钢轨扣件橡胶部件复杂的力学特性,建立了适用于扣件系统的三力叠加模型,并采用最小二乘法对该模型的参数进行了识别。在此基础上,比较了特定工况下钢轨扣件橡胶部件的力-位移关系和理论模型。研究结果表明:该模型能够较好地吻合试验数据,并能反映扣件橡胶部件的幅值相关性和频率相关性。     

南广线桂平郁江特大桥主桥抗风性能试验研究

研究目的:钢桁斜拉桥具有"跨度大、阻尼低"的特点,桥位一般处于山谷或江河,气象条件比较复杂,抗风性能应重点研究。本文以南广铁路郁江钢桁斜拉桥为工程背景,对其抗风性能进行分析研究及风洞试验,计算该桥的气动参数、动力特性和三分力系数,进行主梁节段模型试验、独塔气动弹性模型试验、施工及成桥全桥气动弹性模型试验和斜拉索雨振节段模型试验,得出有关钢桁斜拉桥抗风性能的一些结论。通过计算分析和风洞试验,研究其风荷载和风致响应特性,为郁江主桥的抗风设计、运营和施工期间的抗风安全和使用舒适性评价提供依据。研究结论:(1)节段模型试验结果表明,郁江桥没有观测到明显的涡激振动现象,颤振稳定性有较大的安全储备;(2)裸塔气弹模型试验结果表明,裸塔结构未发生驰振,也没有发现有影响施工的大振幅涡激振动;(3)全桥模型试验结果表明,郁江桥主梁未发生颤振、横向屈曲、扭转发散等静力失稳现象,也未发现影响施工涡激振动和影响运营的大振幅抖振;(4)斜拉索风雨振动试验结果表明,光滑索阻力较小,但是容易发生风雨振动现象,表面压花及螺旋肋条的斜拉索能够避免风雨振动的发生;(5)本研究结果对铁路钢桁斜拉桥的设计有一定的参考价值。     

考虑阻尼值修正的双链式悬索桥地震响应分析

基于复阻尼理论求解等效粘滞阻尼比,以近似描述非经典阻尼体系的阻尼耗能特性,提出了考虑实测阻尼值修正的具有非经典阻尼特性的双链式悬索桥地震响应分析方法。结合一双链式悬索桥,对比分析经典阻尼及非经典阻尼对双链式悬索桥地震响应的影响。研究结果表明:非经典阻尼对双链式悬索桥的地震响应有明显的影响,用经典阻尼模型得不出可靠的解,双链式悬索桥的地震响应分析,应当使用非经典阻尼模型;在初步分析时,纵、竖向地震下非经典阻尼体系的地震响应可分别按全桥混凝土桥塔阻尼比、钢加劲梁阻尼比计算结果代替,以简化计算。     

基于响应面法的桥梁节段参数模型修正

为解决节段施工的混凝土结构中,节段间参数差异性较大、模型修正时所有节段取统一整体参数作为待修正参数与实际情况不符的问题,提出选择节段参数作为待修正参数,利用更多施工阶段实测指标作为目标函数的监控计算模型动态修正方法。该方法通过Plackett-Burman(P-B)实验对大量参数的显著性及影响程度进行分析,能够快速筛选出影响程度较大的显著性参数作为待修正参数,然后选择响应面法中的中心复合设计(CCD),考虑待修正参数间的交叉项、高次项的影响,得到待修正参数与目标函数之间的显式函数关系式,根据目标函数实测响应数据最优化待修正参数取值。以某无背索斜拉桥施工阶段监控计算模型动态修正为工程背景,开展关键施工阶段基于三维精细有限元模型的节段参数筛选实验和CCD参数修正实验。研究结果表明：修正后的节段参数具有明确的物理意义,修正参数后的模型高度吻合实际结构响应,修正模型精度较高,可准确指导下一阶段施工。运用提出的监控模型动态修正方法,对后续关键施工阶段监控模型计算结果与实际结构响应之间出现偏差时的监控模型进行动态修正,最终成桥状态达到设计状态,证明了该方法的有效性。     

钢轨扣件减振橡胶阻尼耗能特性分析

为了掌握钢轨扣件减振橡胶中阻尼的分布及其随振幅和频率的变化规律,对减振橡胶元件受压和受剪两种扣件进行了试验研究。建立钢轨扣件减振橡胶非线性弹性力和混合阻尼叠加的动力学模型,完成模型参数识别及结果检验。根据所建立的动力学模型计算各试验工况下的弹性变形能、阻尼耗能和结构损耗因子。分析发现:压缩和剪切两种扣件减振橡胶的阻尼参数随振幅和频率的变化规律相似,弹性变形能、阻尼耗能和结构损耗因子均随振幅的增大而显著增大,而受频率的影响较小。相同工况下,压缩型扣件减振橡胶的结构损耗因子远大于剪切型扣件,说明压缩型扣件在发挥减振功能时,其耗能特性优于剪切型扣件,而隔振特性劣于剪切型扣件。因此,在钢轨扣件创新设计时,可以通过控制减振橡胶压-剪组合变形,来实现扣件隔振和衰减振动能量两功能的均衡发挥,将结构损耗因子作为设计过程中的控制指标。     

基于柔性单元的一维列车碰撞模型及参数校正

在传统弹簧质量模型的基础上,提出一种基于非线性杆元的列车碰撞过程中车体简化建模方法,并给出车体简化单元的参数校正方法,进行非线性杆元的刚度、阻尼参数识别,完成车体纵向力学特性表征。研究不同校正指标和不同算法对车体等效参数的影响,基于简化车体建立了用于纵向响应预测的一维四编组列车碰撞模型,并进行36 km/h四编组列车碰撞工况下一维模型和三维列车模型结果的对比验证。结果表明:校正指标中考虑车体自身响应可以得到较好的参数校正结果,在简化的一维列车碰撞模型中增加柔性杆元表征车体在受到冲击时的纵向力学行为,大幅降低求解机时,同时显著提高一维模型在编组列车碰撞响应预测准确度,可用于列车能量配置与管理的参数化研究。     

高阶模态涡振锁定区间气动力展向相关性研究

由于涡激力沿展向并不完全相关,在均匀流条件下基于宽高比为5:1的矩形截面多点弹性支撑气弹模型,开展风洞试验,对气弹模型在高阶模态振动状态下以及静止状态下的涡激力展向相关性进行研究。研究结果表明:气弹模型的各竖弯模态均出现了频率相同的2个涡振区间,第1涡振区间的表观St数为0.22,第2涡振区间的表观St数为0.11;高阶模态振动状态下,不同模态的第1个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大值位于涡振幅值最大处,而第2个涡振锁定区间内升力展向相关系数最大为位于涡振锁定区间的上升段而非涡振幅值的最大处,且与节段模型的升力变化规律相似;静止状态下气弹模型的升力展向相关性系数随着风速(雷诺数)的增加而表现出升高的趋势,且随展向间距增加而逐渐趋于0。     

单自由度系统强迫振动下Kelvin模型和Maxwell模型的比较

以Kelvin模型和Maxwell模型为对象,研究了单自由度系统强迫振动下2种模型的系统响应。首先,将单自由度强迫振动分为简谐激励下的强迫振动、偏心质量引起的强迫振动和支承运动引起的强迫振动3种情况,分别在这3种情况下建立了2种模型的运动微分方程,并得到了系统的解析解。随后,通过解析解得到了振幅放大因子和相位差的解析式,研究了系统的幅频响应曲线和相频响应曲线。通过比较2种模型的幅频响应曲线,发现在偏心质量和支承运动引起的强迫振动情况下Maxwell模型在小阻尼时振动控制效果远优于Kelvin模型。     

分体式钢箱梁竖向涡振检修轨道气动措施风洞试验研究

双分体式钢箱梁具有良好的颤振性能,但在常遇风速内易发生涡激振动。为研究双分体式钢箱梁的涡激振动性能及其抑振措施,以某跨径为658 m的双分体式钢箱梁斜拉桥为背景,通过节段模型风洞试验,开展检修轨道与中央格栅等一系列独立气动措施以及多种联合气动措施对主梁涡振性能的优化研究。试验结果表明：1)在常遇风速下,原始断面在5个来流攻角(α=0°,±3°,±5°)中均观测到大幅竖向涡激振动,需采取抑振措施来抑制主梁涡激振动,结构阻尼提升至1.48%时涡振振幅仍未满足限值要求,完全消除主梁涡激振动需将阻尼比提升至2.3%;2)优化检修轨道位置能有限减小主梁竖向涡激振动,减少幅度在12.8%～29.6%之间;3)在分体式双箱梁中央开槽处添加中央格栅能大幅减小主梁竖向涡振振幅,相较原始断面减少了60%以上;4)检修轨道与中央格栅联合减振效果不如独立添加中央格栅气动措施,但这2种气动措施联合稳定板能有效控制主梁涡激振动,且相较原始断面,主梁涡振振幅下降了78%以上,在此基础上对中央开槽的封堵率以及检修轨道与外侧斜腹板之间的间距进行优化,最终得到一种双分体式钢箱梁断面涡激振动抑振措施,使主梁竖向涡振振幅减少...     

盾构隧道-浮置板轨道系统振动分析

应用弹性地基梁理论以及盾构隧道纵向等效刚度理论,建立了车辆-轨道-隧道耦合动力学仿真模型,研究不同行车速度、不同等效刚度、不同浮置板厚度下耦合系统的振动响应;将耦合系统响应中的支座反力作为隧道-土体模型的输入激励,研究不同参数条件下隧道及土层中的振动规律;隧道壁振动实测分析与仿真分析对比表明,考虑隧道纵向刚度的耦合动力学模型是合理可行的。     

不同受力环境下的钢轨扣件减振橡胶动态特性

采用电液伺服试验机对钢轨扣件中橡胶材料受压为主和受剪为主提供弹性的2种减振橡胶的非线性动态特性进行试验研究。建立减振橡胶非线性动力学模型,运用最小二乘法进行参数识别,并进行模型有效性检验。利用建立的数学模型对各种工况的试验数据逐一拟合,得到2种扣件减振橡胶不同工况下的刚度和阻尼。刚度和阻尼的变化与振幅和频率密切相关;2种钢轨扣件减振橡胶的动态特性变化规律有一定相似性,但受压型扣件减振橡胶在刚度非线性程度、动刚度随振幅频率的变化率等方面均强于受剪型扣件减振橡胶,因此,在进行钢轨扣件的优化和创新设计过程中,应优先选用橡胶材料受剪切来提供弹性,以便实现不同载荷范围、不同振幅和频率条件下的刚度稳定性。     

考虑地基性状时间变化的沉管隧道变形分析

沉管隧道纵向软弱土层往往分布不均匀,并且软土地基的性状随时间变化,当前修建的港珠澳沉管隧道为通过接头连接的半刚性节段,接头作为管体中最薄弱的部分,易发生较大差异沉降。考虑到沉管隧道受力变形受到随时间变化的软土地基性状的影响,将管节简化为Timoshenko梁模型,将土层简化为Kerrr地基模型,考虑地基刚度随时间的变化及接头的受力,推导出不同边界条件影响下隧道的受力与变形方程,进一步分析沉管隧道的管节差异沉降。以港珠澳沉管隧道工程为例,计算建设期全回淤工况下的沉管隧道节段-接头竖向位移,通过与实测数据对比,经分析表明：1)建设期的接头传递前后节段间的竖向差异沉降和转角差;2)本文理论模型的计算沉降和实测沉降变化趋势相近,基于理论模型的计算沉降值大约为地基沉降值的5/6;3)不考虑节段接头影响时,当等效弯曲刚度折减系数取1/7,等效剪切刚度折减系数取1/14,得到的隧道纵向变形基本等价于考虑接头影响的管节节段变形;4)对于长大沉管隧道,柔性边界模型计算沉降值伴随边界-转角刚度的增大而减小。因此,基于Kerr地基Timoshenko梁假设的简化模型能更好地描述沉管隧道节段-接头竖向位移特征...     

自然环境温度作用下一维混凝土内温度响应模型

基于传热方程和傅里叶级数推导出一维混凝土内温度响应模型,并探讨其相关参数。通过现场试验,研究自然环境温度作用下的一维混凝土内温度响应规律,利用实测结果验证混凝土内温度响应模型的合理性;此外,利用实测数据验证求解混凝土传热系数方法的可行性。试验结果表明:所建立的一维混凝土内温度响应模型可表征自然环境温度作用下混凝土内温度响应规律,其理论拟合曲线与混凝土内实测温度值吻合较好;推导出的表面换热系数公式可以作为求解其值的新方法。     

超长斜索三维气弹模型设计方法及其适应性研究

由于超长斜索三维气弹模型设计存在长度与直径几何缩尺比选择的困难,研究一种索结构三维气弹模型设计方法及其适应性.以某在建大跨径斜拉悬索协作体系桥梁边跨无吊索主缆为例,研究几何缩尺比对垂跨比、动力特性及涡振响应的影响规律.确定模型的合理几何缩尺比,设计并制作超长斜索三维气弹模型.研究结果表明:短模型的垂跨比随几何缩尺比的增大而增大,在几何缩尺比1:20时与原型结构接近;短模型的频率计算结果均高于长模型;几何缩尺比越大,涡振振幅越大.且模型越长,涡振振幅越小.按几何缩尺比1:20设计的短模型频率与模拟结果一致,且阻尼比较小,与原型结构接近.     

风攻角对分离双扁平箱梁涡振特性的影响

在均匀流场中进行了分离双扁平箱梁涡激振动节段模型风洞试验,研究了-5°~+5°间8个不同风攻角下分离双箱梁在D/B=0.1(D为双箱梁的净间距,B为单箱梁的宽度)时的涡振特性,并将结果与单箱梁的结果进行了对比。结果显示:+5°风攻角下,上下游箱梁的涡激振动受到了抑制,表现为振幅的减小和风速锁定区间的缩短;随着风攻角的逐渐变小,这种抑制效应逐渐变弱,并转变为放大效应;+2°风攻角下,单箱梁未发生涡激振动现象,但上下游箱梁均发生了比较明显的涡激振动。     

门式起重机结构耦合系统的动态仿真

将门式起重机门架系统简化为一次超静定刚架结构，以门架垂向位移ξ和向位移η为振动参数，根据结构位移曲线求得门架结构的等效质量、等效刚度和等效阻尼系数，应用D’Alemblent原理建立了耦合系统的微分方程组，并用Newmark显式算法获得动态响应。采用动态仿方法，可以得到门架结构任一截面位置的振动响应曲线和应力历程。     

窄幅边主梁斜拉桥涡振性能及气动控制措施研究

为研究窄幅边主梁断面的涡振性能及其气动控制措施,以某窄幅边主梁斜拉桥为工程背景,开展1︰20节段模型的测振及气动控制措施优化风洞试验,研究不同角度风嘴对称及非对称布置形式、梁底稳定板数量、风嘴水平分流板等气动措施对主梁涡振性能的影响。研究结果表明：窄幅边主梁涡振性能较差,在0°,±3°风攻角下均发生了显著的竖弯涡振,但未发生扭转涡振,最大响应振幅出现在+3°攻角,峰值位移132.2 mm,超出规范允许值152%。安装非对称风嘴对主梁涡振抑制效果更明显,设置风嘴能使主梁断面接近流线型,从而改善其气动性能。风嘴角度越小,抑振效果越好,但风嘴对主梁涡振性能提高有限。梁底稳定板对边主梁涡振的抑制效果明显,涡振风速区间不变,竖向涡振振幅得到明显抑制。随着稳定板的数目增加,主梁涡振稳定性提高越明显,但对主梁在不同风攻角下涡振性能的改善存在较大差异,+3°攻角下涡振响应降低为原断面响应的50%,但仍超规范限值。0°攻角下主梁的涡振得到完全抑制。在边主梁梁底两侧1/4处设置稳定板并在风嘴处设置分流板能有效抑制主梁发生涡激共振。     

摩擦摆支座隔震连续梁桥抗震分析的简化计算方法

根据摩擦摆系统的简化力学模型,给出了考虑桩土效应、桥墩刚度以及支座非线性的摩擦摆支座减隔震桥梁抗震简化计算方法。对一座预应力混凝土梁拱组合桥的纵桥向减隔震性能开展研究,分析了在不同的支座设计参数下结构的等效刚度、等效阻尼、等效周期等物理参数。建立连续梁桥的等效单自由度振动模型,计算支座设计位移、桥墩剪力、弯矩及轴力。与有限元模型的精细化模拟结果对比可知,本文所提出的简化算法具有较好的计算精度,能够用于研究桥梁纵向的抗震性能。