斜拉桥拉索风-雨致振动(Ⅰ):机理分析

为揭示斜拉索风-雨致振动机理,利用三维绕流空间模型测试的气动力系数,提出了斜拉索风-雨致振动的修正驰振模型;将基于该模型的计算结果与风洞试验结果进行比较,以验证分析模型的有效性,并从能量的角度对斜拉索风-雨致振动的特性进行了探讨.研究表明:斜拉索风-雨致振动本质上是由升力系数负斜率引起的准驰振类型的限幅振动,具有自激和限幅振动双重特性.     

基于风致响应的高层建筑等效静力荷载研究

为研究风荷载作用下高层建筑动力响应对其顺风向等效静力风荷载的影响,基于结构风致响应动力学理论、脉动风速功率谱密度函数与相干函数的维纳辛钦关系及脉动风速准定常关系,采用随机振动振型分解方法对高层建筑的风致响应进行了研究. 首先,对高层建筑的平均风响应、背景风响应和共振风响应进行了理论分析,并推导出了沿结构高度分布的高层建筑顺风向等效静力风荷载理论计算公式;其次,通过对理论公式中各参数对计算结果的影响进行分析,提出了便于实际应用的高层建筑顺风向等效静力风荷载简化计算方法;最后,设计了4个典型高层建筑算例模型,并与阵风荷载因子法（gust load factor method,GLF）和惯性风荷载法（inertial wind load method,IWL ）进行对比,研究了本文方法的可靠性和有效性. 研究结果表明:当结构高度小于250 m时,3种方法所计算出的分布风力、剪力响应和弯矩响应偏差要大一些,GLF法计算结果最大,IWL法的计算结果最小,本文方法介于二者之间;当结构高度大于350 m时,分布风力的偏差在15%以内,对于剪力响应和弯矩响应的偏差在10%以内;本文方法与IWL法在剪力响应方面的差异率在–1%～18%之间,与GLF法的差异率在–12%～5%之间;本文方法与IWL法在弯矩响应方面的差异率在–6%～10%之间,与GLF法的差异率在–16%～5%之间.      

某高层建筑风荷载体型系数数值模拟分析

采用标准k-ε湍流模型,对南昌"云中城"项目中高层建筑进行了风荷载数值模拟分析,得出了两座办公塔楼表面各测点间的风压值。通过计算导出了两座塔楼的风荷载体型系数的最大绝对值,并与规范中单体建筑物的风荷载体型系数进行了比较,得出,群体产生的湍流效应对建筑物的风荷载体型系数影响不可忽视,同时还受建筑间距的影响。     

桥塔遮风效应对风-车-桥耦合振动的影响

为考察横向风作用下桥塔附近风场突变对行车安全性和舒适性的影响,采用计算流体动力学(CFD)数值模拟方法对大跨度悬索桥桥塔区域桥面风场进行了仿真分析.通过组合节段模型风洞试验,测试了车辆沿不同位置的轨道运行时车辆、桥梁的气动力系数.基于不同位置轨道处的风场分布和测试的气动力系数,采用自主研发的桥梁结构分析软件BANSYS,对车辆沿不同位置轨道通过桥塔区域时的动力响应进行了对比分析.研究结果表明,桥塔附近桥面风场变化剧烈,存在局部加速效应;桥塔处风场突变效应对车辆横向响应的影响明显.     

列车—斜拉桥系统在风载作用下的动力响应

主要研究脉动风与列车荷无同时作用下斜拉桥的横向振动问题，首先建立了横风作用下并考虑了轨道不平顺和车辆蛇行的车桥系统动力分析模型，推导了体系平衡方程组，编制了有关的计算机程序；根据Ｄａｖｅｎｐｏｒｔ风速功率谱模拟产生脉动风样本，并将其作为系统的随机激励，在计算机上模拟列车过桥的全过程，按不同车速计算了桥梁跨中和桥塔的横向位移、加速度以及桥上车辆的横向振动和加速率响应，以一铁路斜拉桥为例，着重讨论了在     

独塔斜拉桥静风稳定性分析

以某独塔钢箱梁斜拉桥为背景,进行抗风性能分析。采用计算流体动力学（CFD）数值模拟技术计算得到主梁断面的静力三分力系数,分析静风扭转发散机理。对桥梁结构进行自振特性分析,为进一步研究风致振动提供依据。最后,进行了风载响应计算,评估该桥的抗风性能。     

军用桥梁平推式架设的若干关键技术

介绍了平推式军用桥梁架设相关的若干关键技术。桥跨推送技术涉及了动力系统、传动装置与执行机构的选用与分析方法;导槽结构技术涉及了滚轮与导槽的失效形式、强度与稳定性分析方法、导槽的表面强化方法;嵌套导梁与桥跨的协调技术涉及了变形协调关系分析、刚度匹配与优化、配合间隙分析等;伸展悬臂梁的振动控制技术涉及了动力学模型的构建、风激振动分析及振动控制方法等。另外,文中结合新技术、新工艺提出了一些具体的解决措施,并对军用桥梁平推式架设的发展方向进行了总结和探讨。     

应变增大系数在车辆荷载对桥梁结构冲击效应评价中的应用

通过试验分析了截面应变增大系数与冲击系数、振动加速度的相关性,结果证明了用应变增大系数表征车辆荷载对公路桥梁的冲击效应的可行性。     

刚架拱桥冲击系数探讨

钢筋混凝土刚架拱桥的冲击效应对其病害发展和安全性有重要影响,合理的认识和确定冲击系数是进行刚架拱桥病害成因分析及加固维修的重要前提。通过讨论我国不同时期桥梁设计规范对于刚架拱桥冲击系数计算方法的差异性,建立了空间有限元模型分析了典型刚架拱桥的动力特性,分别按照"85"和"04"规范的计算原则分析比较了其冲击系数的异同,结合刚架拱桥动载试验的实测数据分析了典型刚架拱桥实际冲击效应与规范计算结果的差别。分析表明,按照"85"规范计算出的主拱冲击系数与实测正常行车下的冲击效应较为接近,按照"04"规范计算的冲击系数能够偏保守的涵盖各种不同行车情况下实测冲击系数的分布。     

横梁效应对车-桥耦合振动的影响研究

提出了由横梁效应引起的附加不平整度的简化计算模型,给出了考虑横梁效应的车-桥耦合振动问题求解方法,解决了模态综合法因采用截断模态无法反映桥梁结构如横梁、桥面板等局部构件振动情况的问题,并通过算例对横梁效应考虑与否进行了对比分析,同时引入描述横梁效应桥面系刚度变化幅度的无量纲参数γ,研究了其对考虑车-桥耦合振动的影响。研究结果表明:横梁效应与车-桥振动系统存在耦合关系,其效应值随参数γ增加而增加,呈高次变化规律。     

基于加权法的桥梁冲击系数计算方法

以公路简支梁桥为研究对象,采用四自由度的二分之一车辆模型,建立了车桥耦合振动方程,计算了不同车速下桥梁跨中截面的动挠度和应变时程曲线.对比了传统定义法、试验测试法、现行规范法的冲击系数计算值,对前2种方法进行了修正,获得了桥梁结构的最大动效应值,并根据主梁的最大活载内力计算原理,引入数值加权的概念对前2种方法进行了加权计算.分析结果表明:传统定义法和试验测试法计算的冲击系数值比《公路桥涵设计通用规范》(JTG D60-2004)计算值小;由时程曲线上最大动效应处得到的冲击系数平均值约是前2种方法计算值的2倍,且其最大值比规范法计算值小37％;基于传统定义法的挠度冲击系数值大于应变冲击系数值,而试验测试法得到的挠度冲击系数值普遍小于应变冲击系数值;基于传统定义法和加权法的挠度冲击系数计算值比规范值大16％;试验测试法和加权法相结合的冲击系数计算方法考虑了移动荷载对整个桥梁冲击的历程效应,计算比较稳定.     

高空悬挂系统车辆振动的传递系数

高空悬挂运输系统是一种新型的高架运输系统。制约这种系统发展的一个重要因素是车辆的纵向颠簸效应。影响颠簸效应的主要因素有驱动电机对车辆的力矩效应、车轮间距与吊杆间距、车节之间的关联效应和传递系数。对车辆振动的传递系数进行了理论阐述,得出了传递系数的计算公式。     

多约束燃料棒自由振动特性

为开发用于核燃料设计的流致振动计算程序,基于梁理论和势流理论,建立了多约束燃料棒振动问题理论分析方法.首先通过多跨连续梁理论,得到了多约束燃料棒在空气中振动控制方程和干模态下总体刚度矩阵和质量矩阵;然后通过势流理论,考虑了流体轴流和边界条件的影响,给出了湿模态下附加质量矩阵;最后以压水堆燃料棒为例,得到了燃料棒在干模态和湿模态下自由振动固有频率和振型的理论分析结果,并研究了弹簧刚度和附加质量系数对振动固有频率的影响.研究结果表明:通过理论分析方法所得计算结果与有限元软件ANSYS计算结果相一致;燃料棒在堆芯中结构为棒束形式,且周围为高速流动流体,振动频率及振型受到流体轴流和周边相邻燃料棒的边界效应影响,但由于多约束作用,流体轴流和边界效应仅影响了振动固有频率,而对振型基本没有影响;拉压和扭转弹簧刚度越大,燃料棒振动频率越高,增加扭转弹簧刚度可使第1阶固有频率增加79.1%,附加质量系数越高,燃料棒振动频率越低,可使第1阶固有频率降低18.2%,通过优化刚度方法可得到理想的振动特性,为格架设计提供参考.     

车-桥耦合系统的动力特性分析

利用振型叠加法以及时变力学系统的求解方法，以简支梁桥为对象，开展了车-桥耦合系统的振动特性分析。通过数值计算，比较了移动力、移动质量、移动振动系统三类模型的计算结果，讨论了跨径和移动速度变化时对挠度冲击系数和弯矩冲击系数的影响。并根据Piotr给出的结果对本方法进行了验证。     

波形钢腹板组合箱梁自振特性与试验研究

为了精确计算波形钢腹板组合箱梁的振动频率,根据能量变分原理,推导了振动频率公式,得到了考虑剪切变形及剪力滞效应的各阶自振频率的解析解。对一试验波形钢腹板组合箱梁进行了动力测试,得到了实际自振频率,并与简单梁理论、本文理论公式与三维有限元模型的计算频率进行对比。结果表明:剪力滞效应及剪切变形对波形钢腹板组合箱梁的振动频率影响较大,考虑剪力滞及剪切变形影响后的波形钢腹板组合箱梁的振动频率有所降低,且降低程度随着计算频率阶次的增加而迅速增加,因而在波形钢腹板组合箱梁振动频率的计算中须计其影响。     

风荷载-列车-大跨度桥梁系统非线性耦合振动分析

考虑桥梁结构的几何非线性因素,建立了风-列车-桥梁系统耦合振动分析模型.以某大跨度钢桁梁桥为例,计算了静风及脉动风荷载的不同作用效应、风速及车速变化对桥梁位移极值的影响及桥梁几何非线性因素对结构分析的影响.结果表明,进行车桥耦合振动分析时要综合考虑风荷载的动力作用,风速及车速变化对桥梁位移极值均有较大影响,桥梁的线性及非线性位移时程曲线存在明显区别.     

周期性有砟轨道结构垂向弯曲振动波复频散分析

轨道结构的周期性特征对于其内振动波的传播具有滤波特性，开展频散分析对于了解轨道结构的振动传递特性具有重要意义。鉴于此，以有砟轨道结构为研究对象，基于虚拟弹簧模型和能量泛函变分原理提出了能够考虑阻尼因素与材料频变效应的轨道周期结构复频散计算新方法。通过与既有文献结果对比验证了文章方法的准确性，并利用该方法分析了扣件刚度频变效应、扣件阻尼和道砟阻尼对轨道结构振动波复频散特性的影响规律。研究结果表明，刚度频变效应及扣件、道砟阻尼对于振动的衰减域及衰减速率有着较大的影响，轨道结构振动传递分析中必须予以考虑。     

新型四管自立式钢烟囱的风荷载

为了解烟囱风荷载的分布特性,将风洞试验与理论分析相结合,对高240 m新型四管自立式钢烟囱的风荷载进行研究.采用大尺度刚性物理模型,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所的8 m×6 m风洞工业试验段边界层流场中,完成大尺度刚性模型表面压力测量风洞试验.试验获得了结构风压及体型系数分布基本规律,依据我国规范的惯性风荷载法及国外的阵风荷载因子法,计算了等效风荷载及风振系数.结果表明,结构各柱体剖面压力系数沿高度分布规律近似,但柱体间相互干扰效应明显,在风向角为60°时,整体体型系数最大,最大值为0.663,顺风向等效风荷载与平均风荷载相当.     

地下结构波动法与振动法的对比

介绍了波动法和振动法的计算原理和使用方法,用这两种方法计算人工地震波,分析两种方法的区别。结果表明:波动法和振动法的计算数值和变化规律基本一致;波动法可以反映波动传播的时间效应,振动法不能反映波动传播的时间效应,但振动法计算步骤简便,精度可以满足要求;建议在地下结构动力分析中使用振动法。     

浅埋隧道掘进爆破地表震动效应数值模拟

以渝怀铁路人和场隧道爆破施工为背景，采用动力有限元法对浅埋隧道掘进爆破引起的地表震动效应进行了数值模拟．所建立的数值计算模型以地表和隧道已开挖区周边作为自由边界，其余为固定边界，实测隧道壁质点振动波形作为输入荷载．模拟获得的振动波形与实测波形相近，振动速度随时间和距离的衰减规律也与现场实测基本一致．对比分析模拟波形和实测波形的振动特征参数表明，模拟波形能反映质点的实际振动特征，其振幅、主频和持时的相对误差均值分别为9．14％，12．85％和17．57％．