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。     

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。     

海口司马坡钢桁架异形桥的抗风设计

桥梁结构风致抖振响应主要基于节段模型测力及准定常抖振理论进行,但这一方法无法适用于结构外形新颖的异形桥梁,也无法反映结构在斜风向下的风致响应特性。该文以跨度152.8m的海口司马坡大桥——异形钢桁架桥为研究背景,基于全桥刚性模型测压试验结果对大桥在全风向角下的三维抖振特性进行了数值分析,并研究了采用调谐质量阻尼器抑制抖振响应的可行性。结果表明:主梁竖向最大位移、支座反力和杆件内力的最不利值发生在风向与桥轴线垂直的正交风工况,而竖桥向最大加速度响应出现于斜风向。此外,结构阻尼比取值对结构响应分析影响较大。该文研究进一步验证了桥梁抖振响应不总是以正交风最为不利,在异形桥梁的抗风设计中应重视斜风效应。     

钢桁梁悬索桥抖振响应及其影响参数分析

钢桁梁是双层桥面悬索桥及峡谷地区悬索桥常用的加劲梁形式,该类加劲梁构件众多、阻风面积大,在脉动风荷载作用下的抖振响应非常显著。采用Davenport抖振频域方法对某钢桁梁悬索桥的顺风向、横风向及扭转方向的抖振响应进行分析。抖振有限元频域分析表明:抖振位移主要由加劲梁各方向的1阶振动模态控制,高阶模态的参与效应可以忽略;对于抖振加速度,高阶模态有较大贡献。进一步研究了定常及非定常自激气动力形式对气动阻尼的影响,结果表明准定常自激力描述竖向及侧向模态的气动阻尼具有足够的精度,但描述扭转模态的气动阻尼还存在很大的近似性。     

斜独塔混合梁斜拉桥风-汽车-桥梁系统耦合振动研究

针对公路汽车三维绕流特性显著的特点,按照准定常理论推导了适用于公路汽车的脉动风荷载表达式。将自然风、公路汽车、桥梁作为一个统一的相互作用系统,采用风-汽车-桥梁系统耦合振动分析模型,以某斜独塔混合梁斜拉桥为工程背景,研究侧风作用下汽车-桥梁耦合振动特性,并讨论了汽车-桥梁振动的影响因素。研究结果表明：由于桥梁和汽车的气动特性差异,桥梁的竖向抖振现象较横向抖振现象突出,而汽车的横向振动现象较竖向振动更明显。     

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...     

山区大跨度窄梁悬索桥静风稳定及抖振性能研究

某山区钢-混组合窄梁悬索桥采用水平导流板对其颤振、驰振性能进行了优化,为了解该桥各类风致静、动力效应,以确保施工安全性和行车安全性,进一步研究优化后加劲梁在平均风作用下的静风稳定性和在脉动风作用下的抖振性能。基于全桥有限元模型结构自振特性分析结果及节段模型风洞试验测得的加劲梁断面静风三分力系数和颤振导数,采用三维非线性数值模拟方法对优化前、后加劲梁的静风临界发散风速进行求解,并与基于小变形假定的二维线性理论分析方法计算结果进行对比;采用抖振响应频域分析方法,结合规范中的桥址区风场特性,计算脉动风作用下的加劲梁抖振位移及内力。结果表明：该桥设置水平导流板前、后,加劲梁静风稳定性均满足规范要求且性能良好;设置水平导流板后,加劲梁扭转方向抖振位移有一定程度增大,同时,加劲梁竖向剪力最大值出现位置发生改变,跨中断面扭矩显著增大,该气动措施对抖振性能的提升较为有限。     

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。     

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。     

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。     

大跨柔性高墩刚构桥施工阶段抖振响应及舒适度评估

以某大跨薄壁柔性高墩连续刚构桥为工程背景,针对其最大悬臂阶段开展三维有限元分析,采用时域分析方法,研究桥梁阻尼与风攻角对桥梁抖振响应的影响,并针对桥梁响应结果开展频谱分析,评估最不利施工悬臂阶段的舒适度。结果表明,该桥最大双悬臂状态阶段在抖振作用下的舒适度指标值很小,对施工人员的安全影响不明显。     

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.     

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。     

大跨斜拉桥悬臂施工期抗风措施性能实测研究

以在建的某座大桥为背景,对其"下拉索+TMD"的施工期抗风措施性能进行实测。在对抗风措施方案进行动力特性分析的基础上,通过东华动态信号测试分析系统和加速度传感器来获取实测数据,分别采用桥面吊车横桥向紧急制动和人工激励TMD两种方式来激励桥梁,使其产生横桥向振动,实测桥梁结构的横向振动频率和阻尼比;采用环境激励来测试主梁竖向振动响应,识别其竖向振动频率。通过对比实桥加抗风措施前后阻尼比及频率的变化来对大桥施工时抗风措施的减振效果进行评估。结果表明:"下拉索+TMD"的施工抗风措施对高墩大跨度斜拉桥悬臂施工期的风振控制效果明显,可有效降低桥梁结构风致振动响应。     

大跨斜拉桥施工期抗风措施方案研究

大跨桥梁主梁双悬臂施工阶段时结构的自振频率较低,抗风性能较差,该文以在建的某座大桥为背景进行抗风措施方案设计研究。在对多种方案进行动力特性分析的基础上,考虑该桥实际特点提出了"下拉索+TMD"的抗风措施。对采取施工抗风措施后的结构风致抖振响应进行计算,最后对该桥施工抗风措施减振性能进行计算分析和结构风荷载响应关键指标验算。结果表明:高墩大跨桥梁悬臂施工期风致振动响应较大,采取"下拉索+TMD"的抗风措施,可有效降低桥梁结构风致振动响应。     

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。     

三塔斜拉桥动力特性影响参数分析

桥梁动力荷载响应与自身动力特性密切相关,非常规斜拉桥的特殊动力特性是决定结构响应的内在原因,进行了三塔斜拉桥结构动力特性影响参数分析。计算结果表明:中等跨度三塔斜拉桥1整体扭转刚度大,扭弯频率比高,有利于提高结构的抗风能力;2该斜拉桥的振型及其频率对加劲梁弹性模量不敏感;3增大斜拉索截面不利于提高三塔斜拉桥结构的整体抗扭刚度;4横向抗风支座对索塔振型影响不大,解除横向抗风支座会大幅降低低阶振型频率,致使桥梁侧弯振型频率较低;5边跨辅助墩可以大大提高结构体系的整体刚度。     

流线型箱梁气动外形对桥梁颤振和涡振的影响

以某流线型钢箱梁断面为例,详细研究了主梁气动外形变化对桥梁颤振和涡振性能的影响.基于1∶50节段模型风洞试验,分别研究了箱梁的栏杆、检修车轨道、风嘴、导流板,以及斜腹板对桥梁颤振及涡振性能的影响.研究表明,栏杆和检修车轨道将弱化桥梁断面的气动性能,而风嘴和导流板则对桥梁的颤振和涡振性能有利.值得提出的是,在其他气动外形保持不变,而斜腹板倾角变为15°时,桥梁的颤振性能不仅获得了较大提升,且涡振现象还可得到消除.此现象的初步机理为:较小的斜腹板倾角可阻碍和廷后流线型箱梁下风侧漩涡的形成和脱落,从而显著削弱漩涡脱落对桥梁涡振和颤振的影响.详细的气动机理还有待深入研究.此点发现对于大跨度桥梁的抗风设计具有重大的参考价值和实际意义,并已经成功应用于国内多座大跨度桥梁的气动外形设计中.     

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...     

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。