大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥的动力特性

为研究大跨度铁路独塔混合梁斜拉桥结构参数对动力特性的影响,以岳口汉江特大桥为背景,利用MIDAS/Civil建立有限元模型,分析了边中跨比、结构自重和刚度、钢混比等参数及有无辅助墩和横向抗风支座对桥梁动力特性的影响。结果表明:该桥振型排列合理,耦合程度低;钢混比和边中跨比对主梁基频影响极大,辅助墩可以有效提高桥梁的整体刚度;无横向抗风支座对主梁振型影响较大,但对桥塔振型影响不大;主梁刚度和自重对本桥前3阶振型的振动频率影响显著;桥塔自重主要影响主塔侧弯和纵弯频率;斜拉索刚度主要影响主梁竖弯和主塔纵弯频率。     

基于PolyMax模态参数识别法的轴装式制动盘模态试验

针对结构复杂的轴装式制动盘模态参数无法采用有限元法快速准确识别的问题,基于PolyMax模态参数识别原理,搭建制动盘模态试验系统;采用锤击法进行轴装式制动盘的模态试验,运用PolyMax法对采集的频响函数数据进行模态参数识别,提取制动盘前10阶模态、阻尼和振型参数,分析制动盘的模态特性和传感器附加质量对制动盘模态频率的影响。结果表明:传感器附加质量对制动盘结构模态频率无影响;制动盘振动模态形式主要有周向模态、径向模态和混合模态3种类型,在频率1 627 Hz附近存在频率几乎一致的重根模态,模态复杂性比较低,近似为实模态振型,满足循环对称结构的典型模态振型特征;PolyMax模态参数识别法能快速准确地识别轴装式制动盘的模态参数,可为制动盘动力学特性分析和结构优化设计提供基础。     

基于熵值法的目标模态最优数目确定新方法

为简化复杂结构模态分析计算的复杂程度,有效区分复杂结构发生全局振动和局部振动变化的模态阶数,提出一种基于熵值法的目标模态数目确定新方法。分析结构的目标模态并提取目标振型;计算基于目标振型的Fisher信息矩阵;根据Fisher信息矩阵计算提取不同阶模态时的信息熵,计算信息熵的突变特征函数从而确定突变点;由信息熵的变化来表征对应Fisher信息矩阵信息量的变化从而得到结构全局振动和局部振动对应的模态阶数。CRH3型动车组转向架构架仿真结果表明,基于熵值法确定的目标模态数目能够准确计算出构架全局振动的模态数目。     

损伤梁动力特性的空间有限元分析

以钢筋混凝土梁为研究对象,基于Euler-Bernoulli梁理论和结构动力学理论,考虑混凝土的非线性本构关系,通过空间动力有限元分析,得到不同裂纹状态下梁的固有频率和模态振型,研究裂纹对简支梁振动响应的影响。研究结果表明:损伤结构动力特性对损伤的敏感性并不能简单地归结为对高频一定敏感,对低频一定不敏感,应视裂缝位置与振型节点关系而论。     

基于模型修正理论的铁路桥墩损伤定量评估方法

基于有限元模型修正理论,以桥墩横桥向整体振动、横桥向局部振动和顺桥向局部振动模态的不同组合为输入,以墩身刚度、基底约束刚度和支座刚度为损伤识别参数,用模态频率残差和模态振型残差构造目标函数,实现对桥墩损伤的定位和定量评估。对评估方法的验证结果表明:利用由墩顶、墩中和墩底3个点响应分析得到的模态参数即可实现对桥墩损伤的评估;以桥墩的2种或3种模态为输入时,可同时识别墩身、基础和支座的损伤;对于大部分仅可测得横桥向整体振动模态的桥墩而言,利用该模态参数仍可对桥墩墩身和基础的损伤状态进行准确评估;该桥墩损伤评估方法的抗噪能力强,可收敛到全局最优解。     

改进型波形钢腹板组合箱梁的动力特性分析

研究目的:为了给考虑剪滞剪切效应波形钢腹板-钢底板-混凝土顶板(简称改进型波形钢腹板,即CSWSB)组合箱梁动力特性计算提供一种新的计算方法,本文通过考虑剪滞剪切变形效应和顶底板的不同材料属性,推导出CSWSB组合箱梁的控制微分方程组及其解析解,以及该类型组合箱梁的单元刚度矩阵、等效结点荷载列阵、一致质量矩阵,并以杆系结构有限单元法为基础编制求解广义特征值的Matlab程序,且采用等效刚度法对传统波形钢腹板(简称CSW)和CSWSB组合箱梁的动力特性进行对比。研究结论:(1) CSWSB组合箱梁在考虑了剪滞剪切变形效应后的振动频率均有不同程度的减小,且随着振动频率阶数的增加,影响程度也逐渐变大,在四阶时达到了40%;(2)按照刚度等效原则换算得到CSW组合箱梁的自振频率均小于CSWSB组合箱梁的自振频率,振型模态完全吻合,振动趋势一致;(3)对CSWSB组合箱梁进行动力特性分析时应考虑剪力滞和剪切变形效应的影响,且采用换算截面法对CSWSB组合箱梁进行动力分析是可靠的。     

异形独塔双层桥面斜拉桥动力特性及地震反应分析

固有频率和振型是反映结构动力特性的主要模态参数,是评价桥梁动力性能的重要依据。结合深圳皇岗—香港落马洲独塔双层桥面斜拉桥的工程设计实例,采用大型有限元分析程序建立全桥结构有限元模型,对独塔斜拉桥结构的一般动力特性进行了分析,并采用反应谱法对该桥进行了线性地震反应分析,讨论了在两种振型组合方法和三组振型数情况下独塔斜拉桥地震响应的最大值,为该桥的抗震、抗风分析提供参考。     

高寒地区高速铁路桥梁下部结构模态参数的变化规律研究

针对高速铁路多跨简支梁桥墩—梁间振动强耦合的特点,采用复合随机子空间模态分析方法和冲击振动试验法相结合的信号处理方法,对高寒地区高速铁路简支梁桥的下部结构在1个完整冻融循环周期内4次动力测试结果进行分析,并对桥梁下部结构的模态参数进行识别,分析冻融循环对桥梁下部结构模态参数的影响规律。结果表明:随着冻结深度的增加,桥墩各阶横向振动频率均会增大,且全桥横向交错振动频率的增大趋势最为显著,最大增幅达36.8%;墩身高度是影响桥梁下部结构模态频率的主要设计参数,墩高对全桥横向交错振动模态的影响大于全桥横向整体摆动模态,随着墩高的增加,全桥横向交错振动频率在3~9 Hz之间变化,全桥横向整体摆动频率在2~4Hz之间变化;冻融循环作用下地质条件对桥墩的模态频率几乎没有影响。     

高速铁路大跨矮塔斜拉桥地震主导振型识别

研究目的:为探明高速铁路矮塔斜拉桥地震响应特性,以某主跨(90+180+90) m矮塔斜拉桥为工程背景,基于理论推导及非线性有限元分析,采用平均模态应变能系数为指标,开展该桥型地震作用下主导振型识别,研究其动力特性。研究结论:(1)平均模态应变能系数能同时考虑结构及地震动特性,可作为矮塔斜拉桥振型识别指标,具有高效、精确等特点;(2)梁式体系矮塔斜拉桥在x和z方向主导振型较y方向敏感,反映出结构在这两个方向的动力效应更显著;(3)振型分解反应谱法和时程分析对比可得出,考虑主导振型组合能满足实际工程需求,桥梁主导振型识别对掌握结构地震响应特性具有重要意义,可为地震损伤分析、桥梁减隔震设计等提供依据。     

韩江北桥主桥动力特性研究

以韩江北桥主桥主跨钢管混凝土拱桥初步设计方案为对象,采用ANSYS有限元程序,考虑边跨对主跨的弹性约束作用,建立了该中承式钢管混凝土拱桥主跨的整体动力计算有限元模型,分3种工况（实桥模型;在实桥模型的拱肋间增设横向风撑;将实桥模型的端横梁的顶板、底板和腹板厚度增大1倍）计算了桥梁的振动特性.计算结果表明：实桥模型的拱肋面外刚度较小,在桥梁振动中首先出现拱肋的面外振动,且桥梁前10阶振型中有6阶为拱肋的面外振动;桥梁拱肋面外自振基频明显小于桥梁整体竖向自振基频,说明桥梁拱肋面外刚度与全桥竖向刚度相差较大;桥面系面外刚度相对较弱,桥梁前10阶振型中出现了扭转振动形式.增设横向风撑后,拱肋面外刚度明显增大,对该桥梁动力特性的影响较为明显;增大端横梁截面尺寸对该桥梁动力特性影响不大.计算结果为该桥梁的设计修改提供了参考.     

青山长江大桥主航道桥结构动力特性分析

研究目的:青山长江大桥主航道桥是目前世界最大跨径全漂浮体系斜拉桥,桥塔为目前世界最高的A形桥塔,主梁为目前长江上最宽的钢箱梁,其动力特性是结构受力特性的关键,与常规斜拉桥相比具有独特之处。本文采用ANSYS建立空间有限元计算模型,对青山长江大桥主航道桥成桥状态、施工阶段最大单悬臂状态结构动力特性进行分析,从而为进一步进行结构抗震、抗风性能分析研究奠定基础。研究结论:(1)在成桥状态时,结构前3阶振型分别为纵飘、对称侧弯、对称竖弯,对应周期分别为14.22 s、6.25 s、4.78 s;在最大单悬臂状态时,结构前3阶振型分别为侧弯、竖弯、竖弯,对应周期分别为8.4 s、4.44 s、2.93 s,两种状态均属于长周期结构;(2)成桥状态和最大单悬臂状态时,结构侧向刚度均偏弱,对横向风致振动响应敏感;(3)结构采用A形桥塔、超宽主梁、空间双索面提高了结构的扭转频率和抗扭刚度,增强了结构的抗扭稳定性,边跨设置辅助墩提高了结构频率和刚度;(4)在成桥状态时,结构的高阶振型中出现了振型的耦合现象;在最大单悬臂状态时,结构的低阶振型中即出现了振型的耦合现象;(5)本研究成果可为大跨度全漂浮体系斜拉桥结构抗震、抗风设计提供依据。     

肇庆西江特大桥动力特性分析

南广铁路肇庆西江特大桥为我国目前跨度最大(450 m)的钢箱提篮拱桥,根据大桥的结构特点,采用ANSYS建立了全桥空间有限元模型,利用分块兰卡斯方法计算了该桥的自振频率和振型,并探讨了拱肋内倾角对大跨度钢箱提篮拱桥动力特性的影响,可为该桥的健康监测、抗风和抗震分析提供前提条件和依据,并可为大跨度钢箱提篮拱桥的设计与动力...     

扣件支承模拟方式对车辆-轨道动力学行为的影响

针对车辆-轨道耦合动力学模型中扣件支承的模拟方式,建立了车辆-轨道动力学精细化空间实体模型,研究了扣件支承方式分别为单点支承、多点支承以及连续支承时,轮轨相互作用力、钢轨振动加速度、钢轨受力变形等动力学行为的差异。结果表明:(1)轮轨相互作用方面,扣件模拟为单点支承时轮轨垂横向力最大,连续支承时轮轨垂横向力最小,多点支承时轮轨垂横向力介于两者之间。(2)单点支承模型的钢轨和轨道板振动加速度明显大于多点支承和连续支承。(3)钢轨在单点支承条件下,由于轨底局部支承应力较大,钢轨的动弯应力和动位移均大于多点支承和连续支承情况。因此,在建立精细化的车辆-轨道动力学模型时采用多点支承形式来模拟扣件系统是较为合理的。     

高速铁路钢箱拱桥动力特性及模型简化研究——以南广高铁西江特大桥为例

为了提高该钢拱桥动力特性的数值模拟精度和效率,针对目前复杂变截面结构普遍处理方法的弊端,自主编写开发出一款截面特性精确求解程序。以肇庆西江特大钢拱桥为工程背景,结合ANSYS软件分析研究该钢拱桥全桥模型和两种桥面系简化模型的自振特性,对该桥在地震波作用下的结构响应进行分析。研究结果表明:(1)采用提出的方法建立的模型的自振特性更接近实测值;(2)提出的模型简化理论在提高效率的同时可以保证分析精度;(3)全桥结构在三向埃尔森特罗地震波作用下除桥面跨中位置外没有发生较大位移变形。     

提高拱梁固结拱桥自振频率的有效方法

为提高拱梁固结体系拱桥的自振频率,使该类拱桥得以在大跨径、小宽跨比的高速铁路桥梁中推广应用,在此提出一种新的有效方法,具体做法是,以拱肋作为上弦杆,主梁作为下弦杆,在L/4～3L/4区域内设置腹杆,以此形成一个带柔性吊杆的大桁架结构,通过引入刚度大的桁式结构使拱桥的整体刚度得到提高,进而改善结构的动力特性。新结构既保留了拱桥的优点,又有桁架的受力特征。计算结果表明,与普通拱梁固结拱桥相比,新结构可在材料增加很少的前提下有效提高自振频率,尤以面内自振频率增幅最为明显;拱肋内倾角对新结构的影响随振型的不同而不同,其中,对面外自振频率的影响较面内自振频率明显。     

双索悬索桥结构参数对自振特性的影响分析

引入只受拉三维拉索单元,采用考虑几何非线性的子空间迭代法对黄河大峡水库下游某双索悬索桥自振特性进行分析,理论值与实测值能较好的吻合,说明该空间非线性有限元分析方法的正确性;进而将该桥与相同跨径和结构参数的单索悬索桥的自振频率、振型进行对比分析,结果表明双索悬索桥能有效提高桥梁一阶竖弯振动频率。最后,讨论恒载集度、加劲梁刚度、矢跨比等结构参数变化对双索悬索桥自振特性的影响,为双索悬索桥结构设计理论提供了动力性能方面的依据。     

30m简支梁桥墩车桥耦合动力仿真分析

根据车桥耦合振动分析理论,运用桥梁结构动力分析程序BDAP,针对城际轨道交通30m简支梁桥墩3种不同墩高方案,采用空间有限元建立全桥动力分析模型,对桥梁空间自振特性进行了计算,并对3种不同墩高方案在CRH2和德国ICE3动车组作用下的车桥空间耦合振动进行了分析,评价3种不同墩高方案的动力性能以及列车运行安全性与舒适性。研究结论表明:(1)3种墩高方案(H=8m、12m、15m)的全桥一阶横向自振频率分别是0.909Hz、1.051Hz和1.034Hz;(2)在CRH2和ICE3动车组以速度160km/h通过时,简支梁跨中竖向振动位移和竖向振动加速度较小,在限值以内;(3)在CRH2和德国ICE3动车组以速度160km/h运行时,车辆竖向和横向舒适性均能达到"优"。说明3种墩高方案具有足够的全桥横向刚度,满足列车时速160km行车的安全性和良好舒适性要求。     

直线电机列车作用下高架桥的动力响应分析

建立直线感应电机(LIM)运载系统中列车与高架桥梁的动力相互作用空间分析模型,它由车辆模型和有限元桥梁模型组成。对具有2个转向架的4轴LIM列车车辆建立27个自由度的车辆动力模型。通过对有限元桥梁模型采用模态综合技术,以轨道不平顺作为系统的激励源,建立LIM列车和高架桥梁的耦合运动方程组,并编制计算分析程序。以一座3跨30 m简支梁高架桥为例,模拟LIM列车上桥、出桥的全过程,计算分析高架桥梁的自振特性及其在LIM列车通过时的动力响应特点。研究表明:由LIM列车引起的桥梁横、竖向位移响应值较小,远小于铁路规范的容许值;桥梁的竖向挠度主要受列车的重力荷载控制;桥梁最大横向位移响应出现在墩顶处,随着墩高和车速的增大而增大。     

CRH_3型动车组动力车轴及轮对动力学仿真分析

应用有限元结构动力学模态分析方法,对CRH3型动车组驱动装置中的动力车轴及轮对进行了动态特性研究：对动力车轴的固有振动频率进行理论分析,并在HyperMesh中建立了动力车轴及轮对的有限元模型,通过HyperMesh-ANSYS数据接口,以ANSYS作为求解器,采用Block Lanczos法,计算出动力车轴及轮对前三十阶模态的固有频率和相应主振型。通过振型分析,为动力车轴及轮对的结构优化设计及其动态响应分析提供了理论依据。     

基于模态分析的Push-over方法在桥梁抗震分析中的应用

采用非线性时程分析是计算结构地震响应较为严格的分析方法,但它存在工作量大、计算复杂等问题。目前土木工程中常采用非线性的静力分析(Push-over分析)来评价在地震作用下结构的抗震性能。均匀分布、倒三角形分布的侧向荷载分布模式,适用于刚度大或第一阶振型为主的结构,为了考虑高阶振型的影响,本文提出了基于模态分析的Push-over方法,并将其应用到桥梁抗震分析中。这种方法需要分析结构的动力特性,尤其是振型贡献率。选出振型贡献率比较高的振型,并以此为基础,依据“侧向荷载分布模式与地震时结构惯性力的分布情况应尽量保持一致”的原则,参考《公路工程抗震设计规范》(JTJ 004—89)可得到对应各振型的侧向荷载,在对主要振型进行组合后,即可获得进行Push-over分析的侧向荷载分布模式。本文采用基于模态分析的Push-over方法对一实桥进行抗震性能分析,结果表明选取主要振型参与计算与采用全部振型计算的结果基本吻合,不仅考虑了高阶振型的影响,又消除了其他次要振型的干扰,因此这种方法应用于桥梁抗震性能评价是可行的。