独塔斜拉桥的环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点.本文以吉林市临江门大桥为工程背景,通过动力试验,研究了该桥在天然脉动荷载作用下的固有特性.采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型,计算该桥的固有特性.有限元计算结果与动力试验结果比较吻合.结果表明,环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础.     

大跨度斜拉桥环境振动试验与分析

桥梁环境振动试验具有简单方便和花费少等优点。以青洲闽江大跨度斜拉桥为背景,介绍了通车前全桥环境激励动力试验,采用频域峰值法和时域随机子空间识别得到了该桥的基准的动力学特性,并与三维有限元模型计算结果进行了比较,二者吻合良好。结果表明环境振动响应足以识别出该桥所感兴趣的模态,结果可作为该桥的有限元模型修正、损伤检测、使用状态评估和健康监测的基础。     

一种有限元模型动力缩聚移频迭代法

提出了一种基于矩阵广义逆的有限元模型动力缩聚移频迭代方法,该方法首先直接从原系统特征方程出发,导出反映系统主,副自由度之间位移关系的动力缩聚矩阵的控制方程,然后给出了相应的迭代求解方法和收敛准则。为了减少求矩阵广义逆的计算工作量,本文给出了一种替代方法,把对一个高阶满阵求逆转化为对一个同阶高度稀疏矩阵求逆。与已有的动力缩聚迭代法相比,本文提出的方法具有两个显著的优点：其一是迭代收敛速度高,其二是通     

一种新的有限元模型移频动力缩聚法

将矩阵幂迭代法与移频技术相结合,建立了一种新的结构动力缩聚方法.该方法首先应用矩阵幂迭代法对结构的初始有限元模型进行一次缩聚,计算初始缩聚模型的特征值,然后通过判断低阶特征值的收敛情况确定移频位置,选择合适的移频值,建立移频后的广义特征方程;再根据矩阵幂迭代法迭代计算新的广义特征方程的动力缩聚矩阵,经迭代收敛后得到精确...     

大跨斜拉桥结构健康监测实验室模型试验平台

本文基于山东滨州黄河公路大桥,建立面向结构健康监测的实验室模型试验平台.基于相似理论,分析模型相关参数的相似关系,确定模型缩尺比、材料和截面尺寸,并对模型附加质量和斜拉索进行合理地简化.采用ANSYS建立物理模型的三维空间实体有限元数值分析模型,实体建模能较好的体现模型局部特征和模拟损伤.模型制作采用分段整体浇注,分段之间设计连接件连接,模拟斜拉桥施工顺序进行实验室组装,基于影响矩阵法对斜拉索进行张拉成桥.建立了包括传感器系统、静动力加载系统、数据采集系统和数据处理四大部分的完整试验体系,并对隔离出的桥塔和桥面板子结构进行了静动力试验,对全桥模型进行了动力测试.子结构和全桥模型的试验结果与有限元计算结果,以及原桥实测值都吻合较好,验证了斜拉桥模型的准确性和试验平台的有效性.试验系统的建立,为结构健康监测技术提供了一个试验研究平台.     

CFRP索斜拉桥的索-浅拱模型及面内自由振动分析

论文针对斜拉桥的受力特点,基于索和浅拱的经典动力学运动方程,结合拉索与浅拱之间的耦合边界条件,并且考虑两者的几何非线性,建立了斜拉桥的多索-浅拱面内自由振动模型.将浅拱分段处理,结合索、浅拱连接处的动态平衡条件,应用分离变量法,建立多索-浅拱模型的面内自由振动理论.以双索浅拱模型为例,求解其特征值问题.同时,建立了相应的有限元模型,有限元计算结果与本文理论分析吻合良好.最后针对CFRP索斜拉桥的关键参数,基于本文的索-浅拱理论,对面内自由振动进一步研究.研究表明:浅拱的矢高在一定范围内变化,仅对某一阶频率产生影响,而其他各阶频率几乎没影响;CFRP拉索能显著改善索-浅拱组合结构的基本动力学特性.     

大跨度斜拉桥的动力特性及其颤振临界风速的计算

基于有限单元法理论,确定了斜拉桥合乎其构造特点的窨计算模型,建立了斜拉桥的自由振动的三维运动方程,对斜拉桥的动力特性进行了求解和分析,在此基础上,建立了在气动荷载作用下斜拉桥的三维运动方程,提出了用于分析斜拉桥颤振临界状态的子空间复特征值方法,推导出计算颤动临界风速的理论公式,并编写了用于计算斜拉桥颤振频率的多振型参与双参数自动搜索的计算机程序。     

受冲薄壁结构动力效应的显式有限元分析

提出一种计算受冲薄壁结构动力效应的显式有限元方法,采用退化四节点壳单元及快速可行的接触搜寻法,动用基于Ｐｒａｎｄｔｌ－Ｒｅｕｓｓ塑性流动增量理论的等向强化塑性Ｓｙｍｏｎｄｓ应变率材料模型与合适的应力回映方法,可以准确地模拟受冲薄壁结构的动态过程,文中实例表明：已被广泛采用的Ｒｅｉｄ与Ｒｅｄｄｙ的针对薄壁圆管横向压缩中某些特殊情况而作的变形模式假设并不具有广泛适应性;对应变率敏感材料,应变率效应不仅     

结构动力分析自适应有限元方法综述

结构动力分析自适应有限元方法主要研究有限元动力分析的误差估计理论,建立适用于复杂结构动力分析的有限元网格自适应过程．介绍了结构动力问题自适应有限元方法的重要发展,包括固有振动和动响应分析的误差估计及相应的自适应策略;且简要介绍了几种现有的网格生成技术及其特点．最后指出这种方法存在的问题和今后的研究方向．     

基于高阶位移模式的压电层合板动力有限元模型

建立了含压电片层合板的有限元动力学模型。以位于压电层上下表面处的电场强度和层间电压为未知量,给出了三次函数的电势分布模式,采用Reddy的高阶剪切理论描述板的位移场,假设板厚度方向的正应力为零给出了减缩的本构方程,采用有限元方法,基于Hamilton原理导出结构的动力学方程,然后用静态缩聚的方法压缩掉电场自由度和次要的位移自由度。最后用四边形矩形单元求解了一对称铺层和非对称铺层悬臂板的固有频率,并与ANSYS结果对比验证了本文模型的精确性。     

平面非协调动态有限元法

本文通过引入高阶非协调位移模式，从Ｈｅｌｉｎｇｅｒ－Ｒｅｉｓｓｎｅｒ泛函出发，给出了非协调动态有限元的一般列式，得到了相应的收敛准则。算例表明本文方法简单、有效     

Monitoring of the Alamillo cable-stayed bridge during construction

The Alamillo Bridge is one of the long-span bridges crossing the Guadalquivir River. It was built on the occasion of Expo '92 in 1992 in Sevilla, Spain. The bridge is a cable-stayed structure spanning 200 m without any intermediate supports. Its originality is the lack of back stays and the balancing of the front stays through the backward inclination of a massive pylon. This paper shows the importance of experimental in situ techniques when applied to unconventional civil engineering structures and how—with the help of an important amount of accurate instrumentation, monitoring the most important experimental variables—it was possible to build the bridge correctly, safely, and on schedule.     

悬索桥结构分析中的索-鞍座单元

为在悬索桥结构的有限元分析中真实、简洁、高效地模拟索鞍,本文建立了一类新的单元。新单元包括索段的一端固定在与其接触部分为单一半径圆弧的索鞍上,另一端分别位于索鞍两侧的两节点“左索-鞍座单元”和“右索-鞍座单元”,以及索段两端点分别位于索鞍两侧,中间一点固定于鞍座上的三节点“索-鞍座单元”,后者的鞍槽可为两不同半径圆弧的组合。根据要求的成桥状态几何参数确定结构的无应力状态时,可利用前二者进行悬索桥的单跨分析。新单元通过自动调整索与鞍座的脱离点而处于平衡状态,从而简化了计算。单元算法的推导基于有限元分析的基本原理和弹性悬链线的精确解,并利用了处于平衡状态时索与鞍座之间的内力关系。新单元可象常规单元一样直接用于成桥状态或施工过程中悬索桥结构的有限元分析。设计的算例验证了新单元的正确性,并举例说明了新单元在悬索桥结构分析中的应用。     

In-plane wave motion in finite element model

The analysis method of lattice dynamics in classical physics is extended to study the properties of in-plane wave motion in the hybrid-mass finite element model in this paper. The dispersion equations of P and SV waves in the discrete model are first obtained by means of separating the characteristic equation of the motion equation, and then used to analyse the properties of P-and SV-homogeneous, inhomogeneous waves and other types of motion in the model. The dispersion characters, cut-off frequencies of P and SV waves, the polarization drift and appendent anisotropic property of wave motion caused by the discretization are finally discussed. The project sponsored by the Earthquake Science Foundation under Contract No. 90141     

Recent progress on finite element model updating: From linearity to nonlinearity

有限元分析在实际工程中得到了广泛应用.然而有限元模型由于受到网格划分、边界条件和材料物理参数不确定性等的影响,与真实结构有差异. 因此须通过试验数据加以修正,使其尽可能接近实际结构,以保证之后的结构动力模拟分析和监测等具有实际意义. 经过多年发展,有限元模型修正技术已经能够成功应用于一些实际工程,但现代工程技术的进步对有限元模型修正提出了更高要求,修正后的有限元模型不仅要有较高的精确度,还需要为后续应用给出具有指导意义的置信度.而现有的有限元模型修正、确认方法多基于结构线性的假设,而未能考虑实际结构中广泛存在的非线性.因此本文以土木工程结构模型修正的一些研究成果为例,通过对传统有限元模型修正的发展历程进行全面回顾;总结评述传统有限元修正技术的主要方法,以及包括有限元模型确认在内的最新研究进展;重点探讨有限元模型修正技术向非线性发展的技术路线和目前主要研究成果,展望其未来发展方向, 并提出值得研究的问题.     

Fatigue crack growth model for assessing reliability of box-girders for cable-stayed bridge combining SHMS with strain data

Enhancement of the computer algorithm developed for the Runyang cable-stayed bridge (RYCB) in China is made by incorporating the fatigue crack growth analysis in contrast to the SN curve approach. Strain data obtained from the structural health monitoring system (SHMS) and finite element calculations are used. This provides the application of a deterministic method in addition to the probabilistic approach with the added feature of crack growth. The choice of selecting the two-parameter fatigue crack growth criterion was based on the definition of reliability index β such that the new results can be compared with those using the SN curves. A gradual drop of the reliability index β with time with an upper limit was obtained for the crack growth model in contrast to the linear time relation for the SN curve model that had no upper limit. This difference is significant and reveals the importance for selecting the fatigue failure criterion. Deterministic and probabilistic crack growth models are used to assess the differences. The results are based on the box-girder component strain history data of the Runyang Cable-stayed Bridge (RYCB) in China, stress history recorded by structural health monitoring system (SHMS) is analyzed using the monitored stress amplitude, mean stress and stress ratio. Finite element calculations are used to supplement data at locations not accessible for measurements. Additional improvement with reference to damage accumulation and the physical meaning of the reliability index will be studies in relation to the fatigue damage of box-girder of long cable-stayed bridges.     

基于摄动法的不确定性有限元模型修正方法研究

开展了考虑不确定性的有限元模型修正方法的研究。基于摄动法推导了待修正参数均值和协方差矩阵的迭代格式,其中协方差的迭代格式包括是否考虑试验数据与修正参数之间相关性的两种形式。在理论研究基础上开展数值仿真研究,实现了不确定性有限元模型修正的摄动法,并研究了试验数据样本数量对修正误差的影响。仿真结果表明,该方法适用于解决系统参数与试验数据存在不确定性的模型修正问题,试验样本数量对待修正参数标准差的修正精度影响较大;忽略试验模态参数与待修正参数不确定性之间的相关性,能够避免计算二阶灵敏度矩阵,在保证修正结果准确性的前提下减少计算量。     

基于P-M谱的波浪荷载数值模拟及其对跨海斜拉桥的冲击响应规律研究

针对深水桥梁在海洋中面对波浪的冲击问题,以某跨海斜拉桥为例,设定P-M谱为目标谱,依据Welch算法对海浪功率谱进行验证,基于以上理论采用fluent软件建立数值波浪水槽,根据重现期为10年、50年和100年分别计算对应的波高为6.4 m,7.2 m和9.6 m的波浪力,并将波浪力导入斜拉桥进行动力响应计算。综合分析大桥的动力响应, 结果表明,(1) 纵桥向波浪力是由横桥向波浪冲击桥墩出现绕射效应而产生,所以斜拉桥所受横桥向波浪力远大于纵桥向波浪力;(2) 随着波高的增大,斜拉桥的动力响应峰值逐渐增大,主跨跨中和塔顶动力响应峰值随波高的增长率最快,次边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率次之,边跨跨中动力响应峰值随波高的增长率最慢;(3) 随着波浪荷载的增大,塔顶横向位移响应增幅显著,塔顶位移响应峰值最大达到0.0598 m。相关研究对大跨度深水桥梁的设计和动力分析有一定的参考意义。