斜拉桥的静,动态电测法测试和频谱分析

本文用电测法对独塔斜拉桥的桥塔锚固区、索管及钢梁锚固区在静、动态不同工况下的应变和应力进行了测量和分析，并利用高速数据采集系统和快速付里叶变换（简称ＦＦＴ）对动载工况下的应变───时间响应信号进行了频谱分析，为优化工程设计和桥的合理使用提供了可靠的参考依据。     

CFRP索斜拉桥的结构动态测试研究与分析

为获知CFRP索斜拉桥的动力特性,推动CFRP索斜拉桥在我国的发展并积累经验,对国 内首座CFRP索斜拉桥分别进行了基于环境激励和锤击激励的结构动态特性测试研究,对不同 测试方案的试验结果进行了对比分析,结果表明脉动测试与锤击激励测试结果在对应的频率 值误差小、振型相似;环境激励测试法从测试的可行性、方便性及测试所得频率成分的组成 上较锤击激励测试法更为丰富.     

斜拉索各参数取值对索力测定结果的影响

为了确保频率法测定斜拉索索力的精度，以某斜拉桥中的拉索为例，采用平面非线性有限元法探讨了斜拉索各参数取值对索力值的影响，并讨论了各参数的合理取值．利用分析结果找到了不同的测试单位在该斜拉桥的索力联测中存在较大索力偏差的原因，可对施工过程中的索力精确测定提供帮助．分析结果同样适用于悬索桥和悬挂屋顶等索结构的索力测定．     

斜拉桥分析的索膜单元理论及其应用

本文提出分析斜拉桥的索膜单元理论,建立起索膜单元概念与计算模型,推导出索膜单元刚度矩阵,说明了用索膜单元分析斜拉桥的方法细节,应用索膜单元对144+360+144米公路钢斜拉桥方案进行了分析计算,得出了主梁弯矩影响面与扭矩图,讨论了索梁锚固点与截面水平主惯性轴偏心对主梁弯矩的影响。     

斜拉桥索力优化及其工程应用

本文首先介绍斜拉桥索力优化的概念，然后通过广义影响矩阵，介绍了一种实用的斜拉桥索力优化的影响矩阵法，这种方法既可用于确定成桥合理状态的索力，也可用于施工阶段的索力优化和成桥后的索力调整，实现程序化计算十分方程，最后给出其工程应用。     

斜拉桥索力优化的强次可行序列二次规划法

提出了一种斜拉桥索力优化的实用方法-强次可行序列二次规划法. 该方法通过建立斜拉 桥索力优化的非线性规划模型，以主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数，斜拉索的索力为设 计变量，结构应力和索力为约束条件，计入大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响，采用 强次可行序列二次规划算法进行优化求解，确定斜拉桥成桥合理状态的索力. 运用该方法对 某斜拉桥进行索力优化，结果表明该方法简单、有效.     

斜拉桥合理成桥状态确定的序列二次规划法

本文首先介绍斜拉桥合理成桥状态的概念和现有的斜拉桥索力优化方法。然后基于序列二次规划(SQP)算法,提出了一种用于确定斜拉桥成桥合理状态的实用方法,序列二次规划法。该方法通过建立斜拉桥索力优化的非线性规划模型,以斜拉桥主梁和索塔的弯曲应变能为目标函数,以各斜拉索的索力为设计变量,结构的应力和索力为约束条件,并计人大跨度斜拉桥各种几何非线性因素的影响,采用强次可行序列二次规划法进行优化求解,确定斜拉桥成桥合理状态的索力。运用该方法和空间非线性有限元分析程序分析了某斜拉桥的合理成桥状态,计算结果表明该方法简单、有效。     

大跨径斜拉—悬索协作体系桥动力分析

斜拉-悬索协作体系桥作为一种新的超大跨径桥型，综合了悬索桥和斜拉桥的特点，国内外对这种桥型的研究尚少。本文根据空间有限元计算模型，对伶仃东航道斜拉-悬索协作体系桥设计方案进行了模态分析，分析了斜拉-悬吊协作体系桥的固有特性，讨论了不同主梁纵向约束方式和辅助墩的设置情况的影响，为此类桥型结构的动力性能分析提供了有价值的参考。     

大跨度斜拉桥非线性振动模型与理论研究进展

斜拉桥的非线性动力学问题一直都是力学、结构和桥梁领域的研究热点.随着新材料(如碳纤维增强聚合物索)和新施工工艺的发展,斜拉桥的跨越能力不断得到提高,从而在桥梁建设中更具有竞争力.然而,斜拉桥跨度的增大和新材料的应用使结构变得更轻和更柔,使结构的非线性振动问题比以往更为突出,可能危及桥梁安全.基于课题组近年来对斜拉桥非线性动力学的研究,围绕大跨度斜拉桥的非线性建模理论及动力学问题,较为详细地评述近十年来国内外的研究进展情况.主要从斜拉索非线性动力学模型、梁的非线性动力学模型、索-梁组合结构的非线性动力学模型、斜拉桥整体非线性动力学模型与理论、以及斜拉桥的非线性振动实验等几个方面对斜拉桥非线性建模方法、力学模型、数学模型、求解方法及相应研究成果进行评述和讨论.研究结果表明,斜拉桥由于多柔性索和大跨度梁的耦合问题,以及环境载荷的复杂性,导致其具有丰富的非线性动力学行为.同时由于高维非线性系统求解方法的欠缺,整体斜拉桥非线性动力学行为又相当复杂,深入研究面临很大困难.最后,基于未来斜拉桥的发展趋势和可能面临的突出问题,对斜拉桥非线性振动问题今后的发展方向进行了探讨和展望.      

文章导读

大跨度斜拉桥非线性振动模型与理论研究进展(519–535, doi：10.6052/0459-1879-15-436)康厚军,郭铁丁,赵跃宇
　　从非线性建模方法、力学/数学模型、求解策略和动力学分析等方面,重点介绍了以下5个课题的研究进展：(1)斜拉索非线性动力学模型;(2)梁的非线性动力学模型;(3)索-梁组合结构的非线性动力学模型;(4)斜拉桥整体非线性动力学模型与理论;(5)斜拉桥的非线性振动实验。     

Active Control of Shallow,Slack Cable Using the Parametric Control of End Tension

This study presents a practical, fieldable active controller applicable to shallow, slack cables. The controller is based upon an underlying theory that does not assume that the inertial forces are negligible in the direction of the cable chord. The theoretical framework is developed, and an experimental verification is presented. The experiments utilized a TV camera to track a small number of LED targets on the controlled cable, a commercial X-Y tracker and a PC to compute the cable's present position and velocity, and a linear actuator to vary the cable's tension. A Kalman filter was employed to smooth the position estimates and provide least-squares estimates of the cable velocity. The stability limits for the phase and amplitude of the control signal were established. An analytical estimate of the induced damping expected from the control algorithm is derived. Experimental measurements of the cable frequency and induced damping compared well with theoretical predictions. It is shown that he proposed active control approach is a simple, reliable, as well as an effective, method for vibration attenuation in lightly damped, shallow, slack cables.     

Dynamics of an Elastic Cable Carrying a Moving Mass Particle

The dynamic behavior of an elastic catenary cable due to a moving mass alongits length is investigated. The equations of motions are derived using theHamilton's principle for general supports that include the horizontal andinclined cables with small and large sags and for variable velocity of themoving mass. Those equations of motions are in general nonlinear partialdifferential equations due to the initial curvature of the cable. Theequations are also complex due to the presence of three different types ofaccelerations of the moving mass. Those are the normal, Coriolis andcentrifugal accelerations. Therefore, we used the Galerkin procedure withsine function (Fourier representation) and anti-derivative functions of thecompactly supported wavelets as trial basis and used direct integrationmethods to integrate the discretized equations of motions. Newton–Raphsonmethod is used for iterations. Several examples are studied and the resultsas obtained by Fourier and wavelet representations are compared. Because ofthe localization feature, wavelets are proven to minimize the spuriousoscillations specially those appearing in the cable tension.     

一般情况下小垂度索的刚度方程及其应用

索单元的刚度随变形而变化,索结构的力学分析是一个典型的几何非线性问题,因而在数值分析中单索的刚度方程显得尤为重要。由于许多文献不常见的单索刚度方程在推导时忽略了索单元元弦向倾的影响,用来进行结构计算尚存在一定的误差。本文因此考虑了影响单元刚度的弦倾角等因素,推导了一般情况下小垂度索的显式表达刚度方程,并运用该刚度方程进行结构数值分析,与采用近似刚度方程的分析结果进行了比较,给出了近似刚度方程与本文     

变化外形的水线对斜拉索风雨激振的激发作用

讨论变化外形的水线对斜拉桥拉索风雨激振的激发作用.首先,建立考虑水线外形变化的斜拉桥拉索风雨激振计算模型,并将由采用变化水线外形的模型得到的拉索最大振幅与固定水线外形模型的计算结果及试验实测结果对比,对模型进行验证;在模型得到验证的基础上,进一步讨论拉索和变化水线外形的水线振动稳定性及水线对拉索风雨激振贡献.计算结果表明,在四个典型工况下,考虑水线外形变化的模型得到的拉索计算振幅固定水线外形模型能更好地与试验实测振幅吻合;理论分析发现拉索速度和水线速度的耦合作用对水线运动的激发起到主导作用;水线的加速发散发生在拉索大幅激振之前.没有水线加速发散的时程中,拉索均不发生大幅激振.     

Stretch and Rotation of a Suspended Cable Subject to Transverse Fluid Excitation

ＩｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎＣａｂｌｅｓａｒｅｅｘｔｅｎｓｉｖｅｌｙｕｓｅｄｉｎｖａｒｉｏｕｓｆｉｅｌｄｓｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ .Ｔｈｅｏｂｓｅｒｖｅｄｄｙｎａｍｉｃｓｏｆｃａｂｌｅｓｉｎｐｒａｃｔｉｃｅｏｆｔｅｎｅｘｈｉｂｉｔｓｖｅｒｙｃｏｍｐｌｅｘｂｅｈａｖｉｏｒ.Ｈｅｒｅａｒｅａｆｅｗ ,ｂｕｔｔｙｐｉｃａｌｅｘａｍｐｌｅｓ:(ａ)Ｔｈｅｓｔｅｅｌｃａｂｌｅｏｆｓｈｉｐｐｉｎｇｃｒａｎｅｍａｙｈａｖｅｔｈｅａｐｅｒｉｏｄｉｃｓｗｉｎｇｔｈａｔｐｒｏｄｕｃｅｓｐｏｏｒｐｏｓｉｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃ…     

悬索的变原长计算模式

本文从非线性弹性理论出发,采用泛函内积形式,建立了悬索非线性计算模式。提出了变原长迭代计算的基本思想,就一端固定、另一端张力已知的悬索模型,从Reissner变分理论出发,导出了该模式的非线性有限元的基本方程,使计算量大大减少。     

一种考虑初始垂度影响的非线性索单元

本文首先运用Mathematic的符号运算功能，通过解偏微分方程给出了不等高单索的显式解析解，然后把该解析解应用于索微元的应变计算中，在此基础上用虚功原理推导了考虑初始垂度影响的两节点非线性索单元，并给出了索单元的单刚矩阵的具体形式，通过与两节点直线索单元的单铡矩阵的形式的比较，明确了该曲线非线性索单元的修正项，并给出了垂度影响因子的变化曲线。比较直观的给出了垂度对索单元刚度各项的影响程度。该非线性索单元既有多节点索单元精度高的特点，又有节点少，刚度元素较易求解以及有限元列式简洁等特点。本文通过两个数值算例表明，本文的非线性索单元是正确的，也表明了所编制的非线性计算程序是正确和可靠的。     

Super-Harmonic and Internal Resonances of a Suspended Cable with Nearly Commensurable Natural Frequencies

In this paper, super-harmonic and internal resonance characteristics ofa viscously damped cable with nearly commensurable natural frequenciesare investigated by use of a novel method. The proposed frequency-domainsolution method is based on the combined use of a three-dimensionalnonlinear finite element approach and the incremental harmonic balancetechnique. It is an accurate algorithm in the sense that it accommodatesmulti-harmonic components and no mode-based model reduction is utilizedin the solution process. The alternating frequency/amplitude-controlledalgorithm enables complete solution to the frequency-response curvesincluding unstable branches, sub- and super-harmonic resonance andinternal resonance. A suspended cable paradigm under internal resonancecondition is studied using the proposed method. Nonlinear response andmodal interaction characteristics of the cable at different frequencyregions are identified from analysis of response profiles and harmoniccomponent features. The super-harmonic and internal resonance responsesare respectively characterized based on the harmonic distribution. Underan in-plane harmonic excitation, the two-to-one internal resonancebetween the in-plane and out-of-plane modes and the super-harmonicresonance around the second symmetric in-plane mode are revealed. Strongnonlinear interaction among different modes in the parameter spaceranging from primary resonance to super-harmonic resonance is observed.     

斜拉桥三维拉索风雨激振准两自由度模型

拉索风雨激振是当前桥梁工程和风工程界非常关注的研究课题。过去用于测量带人工水线的拉索模型都是二维的，所建立的理论模型也是建立在二维拉索气动力的基础上的。本文基于带人工水线三维拉索模型试验得到的气动力，建立了三维拉索风雨激振的准二自由度运动微分方程，讨论了运动方程中各种参数的取值，采用数值求解方法计算了拉索风雨激振振幅。计算结果和三维拉索人工降雨试验结果的对比表明，本文方法能较好地描述三维拉索风雨激振的特征。     

环境随机激励下斜拉桥的模态分析

文章首先给出了利用环境随机激励实际工程结构输出响应自功率谱间接识别柔性结构模态参数的方法,并运用它对一斜拉桥现场测试结果进行了分析。然后建立了三维有限单元模型,得到了该桥自振频率和振型的理论值。脉动实验测得的结构自振频率和振型与用三维有限单元模型得到的理论值的对比发现,绝大部分模态吻合得较好,特别是竖向振型