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。     

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。     

考虑背景响应的斜拉桥侧向抖振响应分析

对福州市青州晃江结合梁斜拉桥主梁侧向抖振响应进行了较为详细的分析，较全面地考虑了气动导纳、自激气动力和背景响应的影响，为对未考虑背景响应的抖振分析结果进行修正，定义了背景响应修正系数并给出了计算公式，计算了闽江斜拉桥的侧向抖振响应，与未考虑背景响应影响的有限元分析结果进行了对比，对侧向拌振位移响应以及背景响应比例进行了参数分析，分析表明：闽江斜拉桥背景响应的贡献不可忽略。     

基于时频混合格式的桥梁抖振响应计算方法

利用一种时频混合格式计算桥梁在紊流风激励下的抖振时程响应。针对动力风荷载既有时域内定义的抖振激励力,又有用频域内的颤振导数来定义的与结构自身运动有关的气弹自激力,存在时频混合项的特点,引入时频混合格式的AFT方法来计算桥梁抖振时程响应;在保持频域计算高效性的同时,又通过拟力概念在时域计算结构非线性不平衡力和气弹力造成的振型耦合,通过迭代使其收敛。通过算例验证了该格式是一种可行的计算桥梁抖振响应的方法。     

沪南公路跨线桥抖振响应数值分析研究

采用虚拟风洞技术与全桥结构三维有限元分析相结合的方法,对沪南公路跨线桥成桥状态下的典型断面静气动力系数进行了模拟,开展了脉动风场模拟,并结合模拟结果分析了全桥结构在抖振作用下的位移及内力响应。研究方法及相关结论对我国大跨径变截面连续梁桥的抗风设计具有一定的指导和借鉴意义。     

基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析

以某大跨悬索桥流线形箱桥梁断面为研究对象,通过风洞试验,用测压法对流线形箱梁断面在不同紊流场中的气动力进行了测量,得出适合流线形箱梁断面的三维气动导纳公式和抖振力沿跨向的相干函数,建立了基于三维气动导纳的大跨桥梁抖振分析方法,改善了传统上计算抖振在气动导纳和相干函数上的明显缺陷.研究结果表明,流线箱型断面抖振力的跨向相...     

基于模态综合理论的斜拉桥时域抖振分析方法

基于大跨度斜拉桥风致抖振时域分析的复杂性,为提高时域分析效率,引入模态综合理论,提出一种斜拉桥抖振时域分析方法,并通过算例自编程序验证其正确性与可行性。考虑自然风的相关特性,采用谱解法将三维随机风场简化,横桥向和顺桥向风速谱采用沿高度变化的Simiu谱,竖向风速谱采用Lumley—Panofsky谱,编制程序实现大跨度斜拉桥随机风场的数值模拟,得到施加于结构上的风荷载时程。研究表明,大型结构的动力响应主要受若干低阶振型控制,因此在斜拉桥时域分析过程中引入模态综合理论,实现了抖振力和自激力的时域化过程,并且全面地考虑了气动阻尼、气动刚度和气动耦合作用的影响,有效地解决了考虑自激力的时域化过程复杂、计算代价过大的问题;最后通过编制程序对一座大跨度斜拉桥进行不同风速下的抖振时域分析,验证了其实用性。     

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...     

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。     

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。     

桥塔施工阶段抖振响应分析

桥塔作为一种轻柔结构,风荷载是作用在它上面的主要侧向荷载.在仅考虑脉动风效应的情况下,对该桥桥塔在施工阶段的塔顶横桥向和顺桥向抖振位移进行了计算分析.结果表明,在风荷载作用下该桥塔横桥向抖振响应较为严重,需对独塔施工阶段的横桥向抖振响应进行控制.     

大跨度桥梁抖振响应平稳性和各态历经性检验

大跨度桥梁抖振往往用多个时程响应样本来寻求其响应的统计规律,而时域分析方法计算量相当大,计算多个时程响应样本往往无法实现。笔者通过对某大跨度斜拉桥抖振作蒙特卡罗模拟,验证其响应过程的平稳性和各态历经性及其变化规律。结果表明,在实际工程中大跨度桥梁抖振响应过程可近似为平稳随机过程和各态历经过程,即一个时程响应样本的统计规律可反映其响应总体的统计规律。     

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。     

大跨桥梁抖振时域分析的程序化方法

介绍了一套以通用有限元软件为平台进行抖振时域分析的程序化方法,重点分析了作用在有限元模型加载节点上的随机抖振荷载的模拟方法。依照改进的Deodatis谱表示法给出了脉动风速场模拟程序的流程图。基于准定常假定,推导了便于有限元软件加载的脉动风速和抖振力时程之间的简化转换公式。按照该程序化方法,使用ANSYS软件对龙潭河特大桥进行了风致抖振时域分析,验证了该方法的实用性和有效性。     

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.     

大跨连续刚构桥最大悬臂施工阶段风致抖振响应

当大跨连续刚构桥由于基频降至自然界脉动风的卓越频率区时,其风致抖振响应不可忽视。以十堰市将军河汉江大桥为工程背景,首先基于改进的Iwatani线性回归滤波器法,模拟桥址处的脉动风场;之后,采用Davenport准定常抖振力模型,分析该桥最大悬臂施工阶段的风致抖振响应,并与该桥的静阵风响应值进行对比分析;最后,利用抖振分析结果对该桥施工人员的安全性和舒适性进行预评。     

组合梁斜拉桥施工最大单悬臂阶段抖振响应及减振研究

为确保大跨度组合梁斜拉桥主梁最大单悬臂阶段在风荷载作用下的施工安全,对该阶段主梁的抖振响应及其减振措施进行研究.以某主跨650 m的组合梁斜拉桥为背景,采用CQC(完全二次型组合法)计算施工最大单悬臂阶段主梁抖振响应,结果表明在20 m/s风速下主梁悬臂端竖向抖振加速度超过限值.提出采用柔性拉索连接两悬臂端的"软连接"...