双曲面摩擦摆支座典型桥梁的地震响应研究

为研究不同因素对粤东高烈度地区双曲面摩擦摆支座高速公路典型桥梁工程地震响应的影响,选取潮安韩江特大桥主桥(55+4×90+55)m为研究对象,该桥所有墩梁之间均采用双曲面摩擦摆支座。采用ANSYS有限元软件建立全桥模型,基于时程分析法研究了多种因素下桥梁结构的地震响应。研究表明,在纵桥向地震动激励下,桩土的相互作用对各桥墩墩底地震响应影响显著;栓钉全部剪断比栓钉全部不剪断的各桥墩墩底弯矩和剪力分布更均匀,桥墩上的固定支座栓钉不剪断将会增加该桥墩的弯矩、剪力以及支座剪力,但对其他桥墩的影响较小;该研究成果可应用于带栓钉的摩擦摆支座桥梁的地震响应分析。     

城市高架桥车-桥-墩系统竖向振动分析

假设城市高架桥为两端简支的欧拉-伯努利梁模型以及桥墩为底部固结的柱,考虑两自由度车辆移动系统与桥面结构表面接触处不平整产生的随机激励以,建立了多个移动车辆系统-桥-墩的耦合力学模型,并且给出了耦合振动方程详细的求解步骤.数值分析采用Wilson-θ法求解.通过仿真分析,讨论了在不同路面等级、不同车辆移动速度下桥梁跨中位移响应和桥墩轴力的变化规律.最后根据车-桥-墩耦合力学模型和车-桥耦合力学模型,比较了两种分析模型对桥墩底部轴力和桥梁跨中截面位移的影响.分析结果表明桥墩对桥梁跨中截面位移的影响可以忽略不计,但是对桥墩本身所受轴力的影响则非常显著.     

弹性撞击作用下弯扭耦合梁的动力响应

对于质量块以一定初速度撞击悬臂梁端部问题,基于弯扭耦合Timoshenko梁模型,把质量块与悬臂梁作为一个整体振动,动力响应以Duhamel积分表示,使用模态叠加法给出动力响应与撞击力的结果.对于悬臂梁受质量块撞击的算例,分别分析了弯扭耦合梁、弯扭耦合系数很小的梁和各向同性Timoshenko梁,对比讨论了撞击力结果.     

研究柔性体撞击问题的子结构离散方法

本文用子结构方法研究刚性小球和均质柔性杆的纵向撞击以及和均质柔性梁的横向撞击问题,导出了用模态坐标表示的动力学方程,通过对刚性小球和柔性杆的纵向撞击的仿真教育处发现,在总单元数相同的情况下,取8个子结构比较合理,在此基础上对刚性小球和均质柔性梁的横向撞击的特性进行研究,发现撞击力在变化过程中会产生上下波动,当梁的弹性模量增加时,撞击力增大,撞击时间缩短。     

撞击荷载作用下单层椭圆抛物面网壳的动力稳定分析

利用ANSYS/LS-DYNA 有限元程序,考虑几何非线性和材料非线性效应,开展单层椭圆抛物面网壳结构在撞击荷载作用下的动力稳定性研究.分析了该类网壳在以一定高度的自由落体撞击作用下的撞击力响应(撞击力、节点位移、杆件轴力和能量)及网壳失稳模态,进一步根据产生的动力响应对其在撞击作用下的弹塑性动力稳定问题进行了判定.结果表明:网壳结构在撞击作用下失稳时,撞击力时程曲线形状基本上呈陡峭的三角形脉冲荷载形式,其最大峰值和脉宽与撞击冲量及网壳所处变形阶段的刚度性能相关;特征节点的位移响应突然增大,失稳部位杆件的轴力大幅减小,结构的变形能和总能量也突然增大,整个结构变形形状发生突变;节点的残余位移、撞击力和持时等特征参数都产生一致性突变.     

具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学行为研究

弹性梁结构作为一种基本单元被广泛于建筑、航空、航天、船舶等工程领域. 为有效降低弹性梁结构的振动水平, 深刻理解其振动特性、动力学行为显得尤为重要. 本文建立了具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学分析模型, 并采用伽辽金截断法预报梁结构的动力学响应. 在伽辽金截断法的求解过程中, 选取具有弹性边界约束的轴向载荷梁结构的模态振型函数作为伽辽金截断法的试函数与权函数. 首先, 研究截断数对伽辽金截断法稳定性的影响, 并采用谐波平衡法研究伽辽金截断法的可靠性. 在此基础上, 研究谐波激励扫频方向、非线性支撑参数对具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构动力学响应的影响规律. 研究结果表明, 具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的动力学响应具有初值敏感性且非线性支撑参数对梁结构动力学响应的影响显著. 相关非线性支撑参数使得梁结构出现复杂动力学行为. 合适的非线性支撑参数能够抑制具有非线性支撑和弹性边界约束的轴向载荷梁结构的复杂动力学行为并对梁结构边界处的减振具有有益效果.      

商用飞机撞击核电站屏蔽厂房数值模拟

为研究大型商用飞机撞击核电站屏蔽厂房的毁伤特性,建立了Boeing 767商用飞机和双钢板混凝土屏蔽厂房的有限元模型,模拟两者的相互撞击作用过程,得到飞机不同部位(机身、发动机)对屏蔽厂房的撞击力时程曲线,对每一个作用部分给出简化撞击力曲线和作用面积,确定了撞击力分布形式。结果分析表明:飞机轴向网格尺寸对撞击力影响较大;屏蔽厂房被撞击部位变形明显,其他区域变形较小;撞击速度对撞击作用时间影响较小,而对结构响应位移影响很大,撞击力合力随着撞击速度的降低迅速下降。     

刚构连续梁桥墩梁固节点结构的光弹性试验及有限元分析

某铁路特大桥的主桥部分采用预应力混凝土刚构连续梁桥,本文采用光弹性模型冻结应力法对该刚构连续梁桥墩梁固节点结构进行了应力分析,给出了结构边界应力分布和主应力迹线。应用ANSYS软件对墩梁固节点实际结构进行了有限元计算。将实验与有限元分析结果进行了比较,结果表明,实验应力分析法与有限元数值法吻合较好。在有限元分析中,对墩梁固节点结构梁端加载边界的影响区进行了研究,通过合理选择梁的长度可以有效减小局部应力。模型实验和有限元计算的结果为结构的优化设计提供了重要的依据。     

厚度效应对梁冲击响应的影响

用一种半解析法——间接模态叠加法,研究了质点与弹性力学梁的冲击问题,这种方法避免了具有未知奇异载荷项的平衡微分方程求解问题。由于可以用解析方法得到简支弹性力学梁的模态函数,并且能够以显式形式给出其频率方程,因此以质点与简支弹性力学梁的冲击问题为例,来考察厚度效应对瞬态响应的影响,并将所得结果与用Timoshenko梁理论所得结果进行了比较,说明了厚度效应在梁冲击问题中的重要影响。讨论了纵波和剪切波对撞击力等动力响应的影响。     

水动力作用下流冰撞击闸墩的动力响应研究

高寒地区河冰撞击河道的闸墩结构会产生极端冰载荷和冰激振动，水的动力效应使得碰撞过程更加复杂。采用任意拉格朗日-欧拉流固耦合方法，考虑作用在流冰和闸墩表面的流体力，建立了水-冰-闸墩耦合模型，探究了偶然极端条件下冰-闸墩碰撞的力学特性，设计了冰-砼碰撞实验。结果表明：冰-砼碰撞实验中，撞击力的模拟结果与实验结果吻合良好；对流固耦合的水动力效应分析发现，水-冰-闸墩耦合模型能够体现水的流体特性，在流冰撞击闸墩近场逼近过程中，初始时刻水的动力效应能够增加流冰的动能，撞击楔入闸墩过程中，水介质形成一个瞬态高压力场，产生水垫效应吸收冰体部分动能，从而抑制流冰运动；在不同流冰体积和压缩强度工况下，闸墩结构所承受的冰力随着流冰体积的增大而增大，流冰压缩强度对冰力的影响较小，流冰损伤与闸墩结构响应主要集中在碰撞接触区，流冰撞击闸墩结构引起冰激振动，流冰体积对闸墩振动加速度的影响较大，相同体积的流冰随着压缩强度的增大，振动幅值差异不明显，表明流冰体积是影响冰-闸墩碰撞的关键参数。     

贾木那大桥水压定向爆破及其数值模拟

为了分析及研究薄壁空腔桥墩的水压爆破机理，以孟加拉国贾木那大桥水压定向爆破拆除工程为研究对象，采用显示动力学分析软件模拟了桥墩的水压爆破破碎过程，根据数值模拟结果，得出了水压爆破主要是利用爆炸冲击波、爆轰气体、反射拉伸波及高速水流对桥墩壁面进行破坏，在此基础上，探讨了桥墩水压定向爆破的药包布置方式、起爆顺序等技术问题。     

CASE STUDY OF FOUNDATIONS AND BEARINGS OF BRIDGES FOR TEACHING DYNAMIC LOADS IN MECHANICS

将力学概念与实际相结合,引入工程案例来讲解有关知识点,可提升学生的学习兴趣,并提高学生理论与实践相结合的能力。简介了桥梁、桥梁支座与基础,对桥墩受竖向冲击与水平冲击时的力学模型分别进行了简化。针对简化的桥墩模型,对比分析在动载荷作用下桥墩未加与施加橡胶隔震支座、未加与施加防撞墩前后的变形、动荷系数,据能量守恒原理分析讨论相关问题,提高学生对相关力学概念的理解能力。     

Down-flow and horseshoe vortex characteristics of sediment embedded bridge piers

The flow around bridge structures is a recent research topic, given the significance of bridges as basic engineering infrastructures. This study investigates the internal flow features around circular bridge piers by Particle Image Velocimetry applied both in the horizontal and vertical planes and therefore allowing for a quasi-spatial visualization of the velocity field. The temporal evolution of the vertical deflected flow at the pier front and the horseshoe vortex inside the increasing scour hole were explored resulting in the velocity and vorticity profiles. This work, therefore, provides novel insight into the complex and fascinating two-phase flow around circular bridge piers placed in loose sediment and provides an experimental data basis for advanced numerical simulation.     

桥墩-冰塞-局部冲刷相关问题研究进展

桥梁建设改变了河流的边界条件、水流条件和河床泥沙的运动状态,冬季河流中有冰塞出现时则产生相互影响作用.近年来,基于冰塞稳定性力学分析,开展了桥墩影响下冰塞稳定性研究,所得桥墩影响下冰塞稳定性判别公式计算结果和实测资料能够较好得吻合;研究了桥墩对河道卡封以及临界流凌密度的影响,计算得到的临界流凌密度与实验值较为接近;介绍了明流、冰盖下桥墩周围局部冲刷等方面的相关研究工作,得出了冰盖条件下桥墩局部最大冲刷深度的回归经验公式,结果表明该公式具有很好的适用范围.对冰塞条件下桥墩附近局部冲刷问题探索性地开展了试验研究,研究表明,冰塞条件下的局部冲刷与冰盖条件下有着很大不同,不仅冲刷深度要大的多,而且桥墩周围局部冲刷过程与冰塞厚度变化相关.在冰塞条件下,桥墩处的最大冲刷深度和最大冲刷长度均随流速增大而增大,冲刷坑尾部淤积沙丘高度也受到流速的影响.就相关研究难点和今后需要进一步开展的研究工作进行了分析和展望.      

Wave localization in a disordered periodic viaduct undergoing out-of-plane vibration

In this contribution, wave localization in a disordered periodic viaduct (DPV) undergoing out-of-plane vibration is investigated. The DPV is assumed to be composed of infinite spans with each span deviating from the standard span slightly. Each span is supposed to be composed of two longitudinal beams and a pier linked by three springs. By using the governing equations for the pier and beams as well as the joint conditions at the beam-beam-pier junction, the transfer matrix for each span of the viaduct undergoing out-of-plane vibration is derived. Based on the derived transfer matrix for each span, the wave transfer matrices for the spans of the DPV are obtained. According to the Wolf’s algorithm, the Lyapunov exponents for the wave motion of the DPV are calculated. With the proposed model, the influences of the pier-height and beam-length disorders on the wave localization are examined. Also, the interactive effect of the damping and disorders on the wave localization in the DPV is investigated. Moreover, by the wave transfer matrix method, the wave conversion phenomenon in the DPV is studied.     

地形和土-结相互作用效应对三维跨峡谷 桥梁地震响应的影响分析

评估跨峡谷桥梁的地震性态需要考虑地形效应、行波效应以及土-结相互作用效应.将峡谷-桥梁系统在地震波输入下的反应分析看作波动散射问题,即桥梁及其邻近非规则区域对峡谷场地"自由场"的扰动. 基于此思想,本文发展了一套跨峡谷桥梁地震反应分析方法,通过二维模型分析得到峡谷场地的"自由场", 结合人工边界输入到峡谷-桥梁体系,采用土-结相互作用分区并行方法对其进行分析, 并编制了相应的分析程序.该方法可在自由场分析时考虑非垂直入射地震波, 计入行波效应,因此可综合考虑行波效应、地形效应和土-结相互作用效应. 通过峡谷场地分析算例,验证了自由场和人工边界实施的正确性; 并以马水河大桥为对象,通过5种计算模型结果的比较,分析了地形效应和土-结相互作用效应对跨峡谷桥梁地震反应的影响, 算例结果表明,地形效应对墩底剪力、弯矩和轴力有明显影响,对位移的影响要比对剪力、弯矩的影响小; 土-结相互作用对桥梁反应的影响较大,较大地减小了桥梁反应.      

自锚式悬索桥钢混组合主梁施工预拱度分析

对自锚式悬索桥的主梁施工方法进行了总结与评价,指出顶推施工的钢混组合主梁即使在均匀成桥吊杆的作用下,其成桥线形仍会在最大跨临时墩范围内发生局部凹陷的情况,而主梁施工预拱度也不能采取圆曲线或二次抛物线在各跨径内统一布置。鉴于此,本文基于有限单元法对一座自锚式悬索桥的施工过程进行正装模拟分析,计算结果表明,钢混组合梁截面性质改变是引起主梁成桥线形存在凹陷的本质原因;同时将成桥状态的主梁简化为承受竖向均布荷载和梁端集中水平力作用的三跨连续梁结构,并采用力法推导了各跨跨中位置竖向位移的简化计算公式;经算例验证,本文提出的施工预拱度简化计算公式能够有效计入主梁截面性质改变对主梁成桥线形的影响,较准确地预测出主梁累计竖向位移,其计算精度满足工程需求,而本文的研究结论将对同类桥型的主梁施工预拱度设计有较强的指导意义和参考价值。     

考虑桥梁约束的桥墩复合基频近似算法

针对实际工程中桥梁上部结构对桥墩顺桥方向振动具有不可忽略的约束作用,在能量法的基础上推导出了顶端受桥梁约束的桥墩复合振动基频计算公式.将基频表示成各惯性元和复原元所组成子系统的频率合成,其中惯性元为桥墩自身分布质量和顶端附加质量,复原元为约束的变形、桥墩的弯曲变形和剪切变形.然后用有限元建模来验证该方法,并分析了顺桥方向约束刚度和墩顶附加质量对桥墩基频的影响.计算结果表明,导出的公式具有足够的精度,可以满足一般工程的要求.