索梁结构应急桥抖振响应分析

针对新型索梁结构应急桥结构刚度小、质量轻的特点,开展脉动风荷载作用下应急桥的抖振响应研究。利用ANSYS软件建立桥梁结构模型,分析其动力特性。采用谐波合成法模拟脉动风场,基于准定常抖振分析模型计算了主梁节点的静风力、抖振力。运用APDL编制程序分析轻型索梁结构应急桥的抖振响应,分析气动导纳函数和自激气动力对桥梁结构抖振响应的影响,并对提出的斜拉索抗风缆方案进行抖振响应计算。计算结果表明:索梁结构应急桥抖振横向位移远大于竖向位移,说明结构侧向刚度较弱;跨中主缆应力对风速变化更为敏感,而吊杆应力波动较小;索梁结构应急桥跨中横向位移主要受主梁正对称侧弯振型的影响;竖向位移主要受主梁一阶正对称竖弯振型的影响;扭转角主要受主梁一阶正对称扭转振型的影响;不考虑气动导纳函数会使索梁结构应急桥抖振响应计算结果偏大,气动自激力对结构抖振响应影响较小。与原方案相比,斜拉索抗风缆方案能够极大地降低横向抖振位移,对竖向位移和扭转角影响较小。     

基于谱分解法的自锚式悬索桥桥梁风致抖振计算分析

自锚式悬索桥是一种大跨度柔性结构体系,该桥型经受脉动风作用时容易发生较大的抖振响应,对于该种桥型进行风致抖振的研究探讨具有较强的实际意义。以自锚式悬索桥武汉汉江六桥为工程实例,进行风致抖振分析。具体分析流程为:通过计算流体力学软件对桥梁进行气动分析,得到桥梁抗风分析方程中的重要参数静力三分力系数。通过对桥址处风场资料的分析,采用规范规定的风谱密度函数,利用谱分解法将脉动风谱转换成脉动风时程,同时结合准定常气动理论将风时程转换成风力时程实现气动力的时域化。利用有限元软件建立桥梁的空间模型并分析自锚式悬索桥动力特性。通过自编数值程序和有限软件的结合将风力时程加载在桥梁模型上,实现桥梁在时程风力作用下抖振响应的数值模拟。其计算结果表明:该桥在风致抖振作用下性能良好,结构具有良好的气动性。结合计算流体力学软件、数值分析软件、有限元软件的桥梁抗风计算方法和模式,可以在其他自锚式悬索桥风致抖振计算中参考使用。     

高墩大跨连续刚构桥最大悬臂阶段风致响应及其对施工人员的影响

以某高墩大跨连续刚构桥为工程背景进行了空间有限元分析,采用静力分析方法,分别计算了阵风作用下最大双悬臂施工状态下高墩桥梁和跨度相近的低墩桥梁的结构内力,并探讨了其墩底内力特点;采用时域分析方法,计算了桥梁最大双悬臂施工状态下结构的抖振响应,通过进行舒适度分析,讨论了桥梁抖振响应对施工人员安全的影响。研究结果表明:高墩刚构桥墩底的横桥向弯矩由主梁上风荷载对称加载方式决定,而低墩刚构桥则由非对称方式决定;最大双悬臂状态在抖振作用下的Diekemann舒适度指标值很小,对施工人员的工作影响不大。     

脉动风下高速铁路接触网抖振对弓网受流性能的影响

接触网系统在短周期脉动风的作用下,会发生抖振现象,从而引起弓网受流的恶化。本文考虑作用在接触网上的水平与竖直脉动风和静风载荷,推导作用在接触网系统上的抖振力模型;采用Davenport谱和Panosfsky谱,运用谐波合成法分别模拟水平和竖直方向上的脉动风时程;利用有限元分析软件MSC-MARC建立弓网耦合模型,将抖振力施加到接触网模型中,分析接触网在脉动风下的风振响应,对脉动风作用下的弓网系统进行动态仿真,研究脉动风下接触网抖振对弓网动态受流性能的影响。研究结果表明:脉动风引起的接触网抖振对弓网受流影响很大,在研究接触网风振响应和弓网动态特性时,应综合考虑静风载荷和脉动风载荷的影响;脉动风攻角的变化对弓网受流影响明显,风攻角是研究风载荷下弓网受流性能时不可忽视的因素。     

大跨度预应力混凝土连续刚构桥时域抖振分析

为研究大跨度预应力混凝土连续刚构桥在不同施工阶段结构体系转变下的风致抖振气动性能,采用计算流体动力学的近壁面低雷诺数SST k-ω湍流模型,求解主梁与桥墩各关键断面的静风绕流气动力参数。通过谐波合成法模拟来流10 min下的主梁及桥墩节点脉动风速时程样本,并利用Scanlan准定常气动力模型,对在施工最大双悬臂、最大单悬臂及成桥合龙状态时主梁的风致抖振位移响应进行了计算。研究结果表明:主梁风致响应的主导外因随施工体系的转变而改变,结构体系的完善(整体刚度的增大)使得抖振气动效应逐渐减弱;最大双悬臂状态时,梁端节点横桥向抖振位移达到极大值5 cm,可能对施工监控产生干扰;主梁各节点转角位移相对于线位移受到的影响可忽略不计。     

小半径弯梁支座布置及结构分析

弯梁,是弯扭耦合作用非常突出的曲线桥梁,多用于城市立交和大型互通立交。弯桥设计时必须考虑其弯扭耦合作用,增强桥梁的抗倾覆能力。通过对小半径弯梁的模拟计算,选择合理的支座间距和支座偏心距,最后结合模型对弯梁进行简要的结构分析计算。从而为弯梁的设计、优化提供一定的思路和经验。     

横风作用下公路车辆与桥梁静气动力的数值模拟研究

横风作用下的风—车—桥耦合系统的振动分析需要准确识别车辆和桥梁气动参数。基于CFD数值仿真平台分别建立了桥梁单体模型和车桥耦合体系模型,计算分析了高低紊流度风场中不同风攻角下车辆和桥梁的静气动力,分析研究了静止车辆对桥梁静气动力的影响、风攻角对车辆静气动力的影响以及风场的紊流性对车桥静气动力的影响。计算结果表明:由于车辆的干扰,不同风攻角下的桥梁静气动力普遍增大;风攻角对车辆静气动力系数影响比较大;紊流特性对车辆静气动力系数有一定影响,对桥梁静气动力系数影响不大。     

数值模拟脉动风场在斜拉桥抖振响应分析中的应用

考虑空间相关性,运用谐波合成法对三维脉动风场进行了基于MATLAB的程序化实现。将风场样本转化为抖振力后,考虑流固耦合引起的自激力,对大跨度桥梁进行了时域抖振响应非线性分析。结果表明,模拟风谱与目标谱吻合较好,将时域抖振响应结果与频域法及风洞试验结果进行对比,均方根吻合较好,说明了数值模拟脉动风场对大跨度桥梁时域抖振分析的有效性。     

强弱非平稳风速对大跨桥梁抖振响应影响研究

研究目的:为探究非平稳风速对大跨桥梁抖振响应的影响机理,以两组实测非平稳风速样本为例,首先提出建立非平稳风速模型的三层次方法;其次通过递归图分析获得一种有效衡量风速非平稳强弱程度的定量指标;然后采用快速CQC方法(虚拟激励法)建立非平稳瞬态风-桥梁结构抖振随机响应的计算方法;最后以某座山区悬索桥为工程背景,针对强弱两组风速对大跨桥梁抖振响应的影响进行对比与总结。研究结论:(1)非平稳性弱的实测风速样本可简化为平稳抖振理论进行分析,可显著提高风致响应的计算效率;(2)脉动风速非平稳性越强,大跨桥梁振动响应越远离稳定状态;(3)对于非平稳指标较强的实测风速样本,常规的平稳处理(10 min常值平均风速+平稳脉动风速)将会低估桥梁的抖振响应,需要进行精细化的非平稳瞬态响应分析;(4)本研究成果可为大跨径桥梁精细化的风致响应快速求解和抗风设计提供技术支撑。     

高速铁路大跨度斜拉桥箱梁涡振响应及气动优化

无砟轨道高速铁路斜拉桥跨度较大，常采用箱形断面主梁，在桥梁建设和运营过程中涡激振动问题不可忽视。以阜淮高速铁路颍河斜拉桥为工程背景，对主梁断面绕流进行数值模拟以及流固耦合求解，研究主梁断面的气动力参数以及竖向涡振响应。针对可能出现的明显涡振进行气动优化，并分析涡振响应对列车行车稳定性的影响。结果表明：在0°、±3°和±5°五种攻角下主梁原始断面均出现了竖向涡振，最大竖向涡振振幅均较小；在+5°攻角下主梁原始断面出现明显的竖向涡振，在检修车轨道内侧加设导流板，可显著减小主梁断面的涡振响应；涡振时最大振幅对应列车行车安全性满足要求。     

桥梁在多点激振下的非线性响应

用影响矩阵考虑了桥梁在多点激振下的非线性地震响应，并利用Wilsom-θ法编制了相应的程序．该程序可用来计算非一致输入下的线性或非线性响应和一致输入下的线性或非线性响应．通过算例对以上四种情况进行了比较，结果表明多点激振效应和非线性作用对结构动力响应均有较大影响，不容忽视     

桥梁在多点激振下的非线性响应

用影响矩阵考虑了桥梁在多点激振下的非线性地震响应，并利用Wilsom-θ法编制了相应的程序．该程序可用来计算非一致输入下的线性或非线性响应和一致输入下的线性或非线性响应．通过算例对以上四种情况进行了比较，结果表明多点激振效应和非线性作用对结构动力响应均有较大影响，不容忽视．     

桥面形式对桁式铁路桥梁抗风性能的影响

为研究桥面形式对钢桁梁柔性铁路拱桥主梁抗风性能的影响,针对明桥面及正交异性板桥面2种钢桁主梁形式,采用计算流体动力学的方法建立了简化的二维分析模型,分析了2种桥面形式下主梁附近的空间流场结构、断面静风气动力系数、涡振性能及驰振性能的差异。研究结果表明:明桥面主梁承受的静风荷载较小,驰振临界风速稍大,而正交异性板桥面主梁最低涡振风速稍大。研究结论可为桁式铁路桥主梁形式的选取提供参考。     

台风实测风谱及大跨度悬索桥风振响应的比较分析

对比分析了不同地区的实测台风拟合风谱模型与桥梁抗风设计规范的风谱模型的差异,并以东海某大跨度悬索桥为对象,运用谐波合成法对不同风谱模型的结构风场进行模拟,考虑桥梁结构的几何非线性效应和多种气动力荷载共同作用效应,由时域有限元计算方法比较了不同风谱下大跨度悬索桥风振响应。结果表明:基于实测的台风拟合谱和规范谱有着显著的差别,采用虎门桥址的16号台风实测模型和上海派比安台风实测模型计算的横向位移响应结果分别比规范谱的计算结果增大了29.6%和42.0%。对于大跨度悬索桥这样的柔性结构,低频段风谱的差异对结构响应的影响是显著的。     

斜拉桥抖振时域实用分析方法

文章基于大型通用有限元软件ANSYS提出了一种大跨度桥梁抖振时域实用分析方法。在该方法中,自激力是通过向有限元模型中添加气动刚度和气动阻尼单元的方式来实现的。计算了独塔斜拉桥在不同风速和攻角下的抖振位移响应,与传统频域分析结果的比较表明了该方法的可行性。     

高速行车时多塔斜拉桥动力性能研究

以某三塔斜拉桥设计方案为背景,通过数值计算分析,研究高速磁浮列车通过多塔斜拉桥时的结构动力性能。研究表明,三塔斜拉桥由于一阶竖弯振型的反对称性,在列车荷载作用下其行车方向的第二主跨易发生二次激振现象,使该跨的动力响应大于第一主跨,且桥梁竖弯基频越低,二次激振效应愈明显。为了降低桥梁过大的动力响应,提出几种加劲措施,分析表明,采用钢桁架加劲方案能大幅度提高桥梁的整体刚度,极大地改善其力学性能;采用中塔塔梁固结、边塔漂浮的结构体系对桥梁整体刚度的提高较为明显,适于多跨长联多塔斜拉桥。     

京沪高速铁路南京大胜关长江大桥风-车-桥耦合振动分析

用多刚体结构模拟车辆,空间梁单元模拟桥梁,轮轨密贴假定和蠕滑理论处理轮轨间作用力,以快速谱分析法模拟风速场,对桥梁子系统施加静风力和抖振风力,对车辆子系统施加稳态风力,采用实测桥梁3分力系数,建立风-车-桥耦合动力系统.以南京大胜关长江大桥主桥6跨连续钢桁拱为例,进行0～40 m·s1风速下风-车-桥耦合系统动力分析.分析结果表明:桥梁系统的动力响应随桥面风速的增加而增大,其横向响应对风荷载的敏感程度大于竖向响应;桥面平均风速不超过15 m·s-1时,高速列车可以设计速度安全通行桥梁;风速在15～20 m·s-1时,安全通过桥梁的车速不应超过240 km·h-1;风速在20～25 m·s-1时,车速不应超过180 km·h-1;风速在25～30 m·s-1时,车速不应超过160 km·h-1;风速超过30 m·s-1时,不能保证列车安全通过桥梁.     

大跨度悬索桥抖振的概率疲劳累积损伤分析

为探讨脉动风作用下大跨度悬索桥的抖振疲劳问题,在桥梁抖振时域分析基础上,得到悬索桥构件的应力响应时程.采用雨流计数法对不同等级风速作用下的应力循环进行统计,同时假设构件疲劳寿命服从威布尔分布,得到风振的疲劳累积损伤及可靠度分析方法.最后以东海某大跨悬索桥为对象进行了详细探讨.结果表明:该桥的主缆及吊杆在脉动风荷载作用下有足够的疲劳可靠度,不会出现疲劳破坏;加劲梁在高风速下抖振疲劳损伤较大,在运营过程中,应加强对加劲梁在强风作用后的损伤检测.     

高墩大跨连续刚构桥时域抖振分析

风致振动问题是影响桥梁跨度和高度的主要因素。为了研究桥梁风致振动问题,以某高墩大跨连续刚构桥为实例,采用谐波合成法,自编程序对该桥脉动风场进行模拟,基于Scanlan准定常气动力理论,运用大型有限元软件ANSYS对其成桥状态进行了时域抖振分析。     

三主桁式大跨度钢拱桥气动力特性与风振性能研究

以广东沿海强风区某在建中承式三主桁式大跨度钢拱桥为工程背景,通过风洞试验和理论分析,研究该桥梁施工状态和成桥状态风致响应特性。采用节段模型试验获得主梁、拱肋和拱脚的气动三分力以及主梁涡激振动特征,利用全桥气弹模型试验研究风致响应特征并与理论分析进行对比。研究结果表明:三主桁拱肋气动阻力大但是升力及扭矩小,不易发生静风失稳,拱脚气动力随风偏角变化显著;该桥主梁存在发生涡激共振的可能性,但振幅小于规范限值,且阻尼比达到1.0%时基本有效抑制了涡振;拱肋横风向抖振响应大,主梁竖向抖振响应大,施工状态拱肋最大位移达1.47 m,应合理选择施工期,避开台风期。