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.     

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。     

考虑非稳态风荷载斜拉索风雨激振响应分析

为研究自然风荷载对斜拉桥拉索风雨激振的影响,将数值模拟的非稳态风荷载作用到拉索振动微分方程中,对拉索振动响应进行了详细分析。首先,针对水线初始位置,使用最小二乘法拟合得到水线初始位置方程;接着,采用四阶Runge-Kutta法求解拉索振动响应。通过比较在非稳态风和稳态平均风作用下的拉索响应,发现在非稳态风荷载下拉索最大振幅的变化趋势并没有发生较大改变,皆是随着风速的增大先增大后减小;但拉索的整个振动过程发生了变化,伴随着节拍改变,其最大振幅也出现在不同振动周期内。此外,从风速-振幅曲线知,对频率为1Hz,2Hz和3Hz的拉索,在一定风速范围内,考虑非稳态风荷载的拉索振幅反而更大,而且此时的风速范围也更大。     

考虑非稳态风荷载斜拉索风雨激振响应分析

为研究自然风荷载对斜拉桥拉索风雨激振的影响,将数值模拟的非稳态风荷载作用到拉索振动微分方程中,对拉索振动响应进行了详细分析。首先,针对水线初始位置,使用最小二乘法拟合得到水线初始位置方程;接着,采用四阶Runge-Kutta法求解拉索振动响应。通过比较在非稳态风和稳态平均风作用下的拉索响应,发现在非稳态风荷载下拉索最大振幅的变化趋势并没有发生较大改变,皆是随着风速的增大先增大后减小;但拉索的整个振动过程发生了变化,伴随着节拍改变,其最大振幅也出现在不同振动周期内。此外,从风速-振幅曲线知,对频率为1 Hz,2 Hz和3 Hz的拉索,在一定风速范围内,考虑非稳态风荷载的拉索振幅反而更大,而且此时的风速范围也更大。     

斜拉桥塔-索-桥面耦合参数振动模型及响应分析

针对大跨度斜拉桥拉索与桥塔、桥面的协同振动问题,考虑拉索垂度、阻尼、倾角以及重力弦向分力的影响,引入拉索高精度抛物线形,建立了桥塔-索-桥面连续非线性精细化振动模型,推导了桥塔和桥面共同激励作用下斜拉索耦合振动方程,对比分析了2种激振模式下斜拉索的参数振动特性,并编制程序研究了桥面与拉索的频率比、桥面激励幅值、索力及阻尼对结构耦合振动特性的影响规律。结果表明：桥面与拉索频率比对系统振动的影响较大,频率比为1:2和2:1时拉索均产生强烈振动,但2:1激振模式下拉索振幅更大,达到共振时间较长;随着桥面激励幅值的增大,2:1亚谐波共振模式下的拉索振幅增长速率更快;拉索振幅随索力的增大呈非线性减小趋势;斜拉索阻尼超过2%时,继续提高自身阻尼不能有效减小其振动幅值,需要通过设置附加阻尼才能更好地抑制其振动。     

斜拉索模态试验参数研究

试验模态分析是斜拉桥索力测试中广泛应用的方法。该方法的关键之一是采取合理的试验方案获取可靠的响应信号以识别出正确的索振动频率。本文通过试验,详细讨论了斜拉索模态测试中若干试验参数,如激振类型、激振位置、传感器位置以及频率分辨率对试验结果的影响;比较环境激励与锤击激励的效果,验证了环境激励的方法也可以准确识别索的频率;最后给出了较为合理的斜拉索模态试验方案,用该方案确定的索力与理论计算结果相差不超过 1. 5%。     

拉索预应力巨型网格结构参激振动及动力稳定性研究

针对拉索预应力巨型网格结构的参激振动及动力稳定性问题进行了研究。首先建立索-拱简化模型，分析了桁架拱拉索参激振动的诱发机制与特征，并利用ANSYS软件进一步探究了参激振动的影响因素，然后对简谐荷载作用下拉索预应力桁架拱及整体结构的动力稳定性进行了分析。研究表明：当结构振动频率为索基频的2倍左右时，拉索会发生参激振动，振动响应特征与激励幅值、阻尼、拉索初张力、支承方式等相关；拉索预应力桁架拱在水平简谐荷载作用下一般会发生动力失稳破坏，在竖向简谐荷载作用下发生动力强度破坏，拉索预应力巨型网格整体结构在简谐荷载作用下通常发生动力失稳破坏。     

谐波激励下斜拉桥面内非线性振动试验研究

斜拉桥拉索的振动问题一直是桥梁工程领域的研究热点。为揭示拉索大幅振动的力学机理，课题组建立了斜拉桥的全桥精细化模型，本文测试和研究了单频激励下的斜拉桥可能的非线性振动行为。首先，通过自由振动试验测试了模型的模态参数，并与两类有限元模型（OECS模型和MECS模型）进行对比，结果吻合良好。其次，试验研究了在单个竖向简谐激励下斜拉桥模型的非线性响应。研究发现：当激励频率与斜拉桥某阶全局模态频率接近时，主梁产生主共振，并引起多根长索产生大幅的参强振动；当激励频率与某根斜拉索面内一阶频率之比为1：2或者2：1时，可以观测到索中产生超谐波和亚谐波共振现象。     

安装固定气动翼板的大跨桥梁抖振分析

建立了安装固定气动翼板的大跨桥梁多模态耦合抖振分析框架，推演了作用在整个桥梁-气动翼板系统上的抖振力和自激力的显式表达式，考虑了多模态耦合效应．基于有限元法，作用在主梁-气动翼板系统上的抖振力转化为节点力，进一步得到作用在整个桥梁上的抖振力并导出了其功率谱密度矩阵；作用在主梁．气动翼板系统上的气弹自激力转化为节点力，并将其表达为气弹刚度矩阵和气弹阻尼矩阵．通过组集得到系统的运动方程，然后运用虚拟激励法在频域计算系统的抖振响应．以某大跨斜拉桥为例进行研究，结果表明：在主梁下方安装-对固定气动翼板后，主梁的扭转角位移、角加速度以及侧向加速度响应能够得到有效控制。     

轴同期涡动和轴承磨激振对轴承油膜稳定性的影响

在自行设计的轴承试验台上研究了轴颈同期涡动和轴承磨激振对油膜层流失稳的影响，结果表明：随着轴颈偏心的增大，涡动倾向增强，流体出现层流失稳，当涡动倾向较弱时，影响油膜层流失稳的主要因素是轴承激振的强度以及低频激振，而高频激振对其影响较小，但当涡动倾向较强时，轴承激振的强度以及激振频率对油膜层流的失稳几乎没有影响。     

Numerical simulation and analysis of the effects of water-film morphological changes on the aerodynamic lift of stay cables

The cables in cable-stayed bridges can vibrate at large amplitudes during rain and windy conditions, a phenomenon known as rain-wind induced vibration (RWIV). Previous studies have demonstrated that the formation and oscillation of rivulets on stay cable surfaces play an important role in RWIV.This paper presents a new numerical method for simulating the evolution of rivulets on stay cable surfaces based on a combination of the gas–liquid two-phase theory and the volume of fluid method (VOF method), which allows for the straightforward determination of the cables’ aerodynamic lift when RWIV occurs. To verify the accuracy of this method and analyze the effects of wind velocity on the water film and the aerodynamic lift around the cable, three cases with different loadings were investigated using the computational fluid dynamics (CFD) software CFX. To verify the method’s accuracy, the aerodynamic lifts calculated from these cases were applied to the cable to obtain its vibrational response. In accordance with the experimental results, the numerical results demonstrated that an upper rivulet with a periodic oscillation was formed at a specific wind speed, causing the aerodynamic lift to change with a similar periodicity. The aerodynamic lift’s frequency was approximately the cable’s natural frequency, and induced large vibrations in the cable. No obvious upper rivulets were formed at sufficiently low wind speeds. The frequency of an aerodynamic lift that was significantly larger than the cable’s natural frequency induced small vibrations in the cable. When the wind speed was sufficiently high, despite the eventual formation of a continuous upper rivulet, the frequencies of the upper rivulet’s oscillation and the aerodynamic lift remained distinct from the natural frequency, and the cable continued to exhibit small-amplitude vibrations. These observations confirmed the conclusion that periodic variations in the water film morphology could lead to periodic changes in the aerodynamic lift that would induce RWIV.     

基于MTMD的大跨度人行悬索桥人致振动控制

大跨度人行悬索桥柔度大且阻尼小,易在人群荷载激励下产生过大振动,导致舒适度不满足规范要求.对于此类结构,需要采取有效减振措施控制其动力响应.本文介绍了多重调谐质量阻尼器(MTMD)对主跨600 m人行悬索桥的人致振动控制性能.利用有限元软件建立了某大跨度人行悬索桥模型,以德国EN03规范为计算依据,计算了悬索桥的人致振...     

Non-linear stochastic response of a shallow cable

The paper considers the stochastic response of geometrical non-linear shallow cables. Large rain-wind induced cable oscillations with non-linear interactions have been observed in many large cable stayed bridges during the last decades. The response of the cable is investigated for a reduced two-degrees-of-freedom system with one modal coordinate for the in-plane displacement and one for the out-of-plane displacement. At first harmonic varying chord elongation at excitation frequencies close to the corresponding eigenfrequencies of the cable is considered in order to identify stable modes of vibration. Depending on the initial conditions the system may enter one of two states of vibration in the static equilibrium plane with the out-of-plane displacement equal to zero, or a whirling state with the out-of-plane displacement different from zero. Possible solutions are found both analytically and numerically. Next, the chord elongation is modelled as a narrow-banded Gaussian stochastic process, and it is shown that all the indicated harmonic solutions now become instable with probability one. Instead, the cable jumps randomly back and forth between the two in-plane and the whirling mode of vibration. A theory for determining the probability of occupying either of these modes at a certain time is derived based on a homogeneous, continuous time three states Markov chain model. It is shown that the transitional probability rates can be determined by first-passage crossing rates of the envelope process of the chord wise component of the support point motion relative to a safe domain determined from the harmonic analysis of the problem.     

大型桥梁动力特性检测方法

本文提出了对运营中的大型桥梁在不影响效能的前提下检验大桥主要结构受力状态及性能的实用方法。重点介绍了斜拉桥与悬索桥索力的振动测量法，桥梁动力特性的测试、桥塔水平位移的激光测量等实验技术；给出了山东东营黄河大桥实测与计算的结果。     

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.      

现代桥梁抗风理论及其应用

介绍了在国家自然科学基金``九五'重大项目(59895410)研究中探索的桥梁抗风理论以及近10 年来在完成中国大跨度桥梁抗风研究项目中所积累的实践经验，主要包括桥梁风环境及其模拟、 桥梁抗风研究方法、风振机理及控制方法、大跨度桥梁抗风设计与评价等，反映了 中国现代桥梁抗风理论与实践的最新研究进展.     

航天重大工程中的力学问题

近年来,我国航天重大工程蓬勃发展,航天工程中新的力学问题不断涌现,开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用。随着航天器朝着超高速、深空探测、多功能方向的发展,其面临的发射和运行环境也更加恶劣,发射过程中的多场耦合、非线性等问题更加突出。大阵面、大挠性的航天器对在轨结构展开、模态辨识、刚柔耦合控制提出新的要求,而高精度、高分辨率的观测需求,为航天器在轨微振动、热致振动的研究带来了新的课题。同时,这一系列的问题也对航天器的地面试验和仿真分析等提出了更高的要求,在这些领域,各国学者也积累了一定的成果。本文概括介绍了近年来航天重大工程中出现的新的力学问题,从航天器的发射、在轨运行、地面仿真和试验等方面对航天工程中的力学问题进行了综述。内容主要集中在耦合动力学、空气动力学、多体动力学、结构动力学以及试验力学等方面,同时提出了工程中力学方面所面临的问题以及下一步的发展方向。     

桥梁结构抗爆安全评估研究进展

随着恐怖袭击和偶发爆炸事故造成的桥梁爆炸事故不断增多,桥梁结构抗爆安全问题越来越受到关注。本文中系统总结了桥梁结构抗爆安全评估的研究进展,分析桥墩、桥面、桥索和桥塔爆炸载荷作用下桥梁的理论简化方法和结构的动力响应,和桥梁的连续性、冗余性和鲁棒性对结构连续性倒塌的影响,通过对建筑和桥梁抗连续倒塌的研究现状及相关规范的归纳,明确了桥梁连续倒塌的特性及现行桥梁设计方法的缺陷。而后,就承载能力评估、耐久性评估和适用性评估等桥梁安全评估问题的研究进展进行了梳理,并对桥梁爆破拆除技术和近地下爆炸对桥梁产生的响应和破坏作用进行分析,并针对当前研究的现状,分别提出建议。     

Mechanical problems in momentous projects of aerospace engineering

近年来, 我国航天重大工程蓬勃发展, 航天工程中新的力学问题不断涌现, 开展航天工程力学问题研究在航天技术的发展中起到举足轻重的作用.随着航天器朝着超高速、深空探测、多功能方向的发展, 其面临的发射和运行环境也更加恶劣, 发射过程中的多场耦合、非线性等问题更加突出. 大阵面、大挠性的航天器对在轨结构展开、模态辨识、刚柔耦合控制提出新的要求, 而高精度、高分辨率的观测需求, 为航天器在轨微振动、热致振动的研究带来了新的课题. 同时, 这一系列的问题也对航天器的地面试验和仿真分析等提出了更高的要求, 在这些领域, 各国学者也积累了一定的成果. 本文概括介绍了近年来航天重大工程中出现的新的力学问题, 从航天器的发射、在轨运行、地面仿真和试验等方面对航天工程中的力学问题进行了综述. 内容主要集中在耦合动力学、空气动力学、多体动力学、结构动力学以及试验力学等方面, 同时提出了工程中力学方面所面临的问题以及下一步的发展方向.