竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理

为揭示竖向荷载作用下悬索桥纵向变位特征与机理,以主缆变形理论为基础研究了其竖向荷载下的变位特征,并得出了其竖向及纵向位移解析解;在此基础上,分析了竖向荷载作用下传统悬索桥和设有中央扣悬索桥的纵向变位特征及加劲梁纵向位移,揭示了中央扣纵向约束机制,并分别推导了加劲梁在竖向荷载下的纵向位移计算公式;最后,通过算例分析验证所提位移计算公式计算精度. 结果表明：由于主缆的几何非线性特征,竖向位移与纵向位移相互耦合,在非对称竖向荷载作用下,主缆发生非同步纵向位移,而加劲梁主要以类似“摆锤体”发生刚体的纵向位移;跨中处主缆、加劲梁及中央扣因中央扣的存在形成一个“刚域”区,从而导致加劲梁纵向位移减小;所提计算方法与有限元数值解法在不同竖向荷载工况下吻合良好.     

非经典线性动力系统的振动分析

采用状态空间法,对多自由度非经典线性动力系统的振动进行了分析,提出了系统位移主变量和速度主变量概念,给出了系统状态向量与位移主变量和速度主变量之间的关系.算例表明,引入位移主变量和速度主变量后,可使非经典线性动力系统的振动问题得到更清晰的描述.     

自锚式悬索桥施工过程模拟分析

基于UL列式的虚功增量方程,推导出了适用于悬索桥缆索几何非线性分析的两节点悬链线索单元,并在此基础上,提出了一套模拟自锚式悬索桥施工全过程的精细迭代算法.以佛山市平胜大桥独塔自锚式悬索桥(主跨350 m)为例,对加劲梁的施工拟采用2种模拟方法,方法1为“等效集中力法”,即把加劲梁的重量等化为集中力作用在主缆上,而方法2则是考虑加劲梁的重量由主缆和加劲梁共同承担.应用自编程序,分别对其进行了施工过程的模拟计算,得到了各自的鞍座及索夹偏位、主缆初始线形等架设参数以及一期恒载、二期恒载状态下的结构几何形状及内力.通过对2种施工模拟方法的比较分析得出,方法1具有较好的可行性.     

广东江顺大桥抗风性能试验研究

采用风洞试验和CFD数值模拟相结合的方法对主跨700m的广东江顺大桥主桥结构抗风性能进行研究,包括主梁、桥塔气动参数试验与CFD模拟、主梁1/60几何缩尺比节段模型测振试验、主梁1/25几何缩尺比节段模型涡振试验、全桥气弹模型试验研究等.结果表明:该桥在成桥状态和施工状态具有足够的抗风稳定性,在设计风速下涡振性能和抖振响应性能均满足规范要求;大比例主梁节段模型得到的涡振振幅小于常规比例节段模型得到的涡振振幅,表明采用常规比例模型进行桥梁主梁涡振性能评估是偏于保守的.     

考虑荷载随机性的人行桥人致振动计算方法研究

随着人行桥大跨轻柔化的发展趋势，行人动力荷载逐渐攀升为人行桥设计中的控制荷载．然而，受行人荷载随机性的影响，如何计算人行桥的人致振动响应却成为桥梁工程设计人员最为棘手的问题．为了建立准确实用的人行桥人致振动响应计算方法，首先提出了改进后的基于瞬时步行参数的行人步行力随机性时域模型，并通过实测手段系统地研究了模型中包括个体间差异性以及个体内部变异性在内的行人步行参数的分布规律．在此基础上阐述了行人流步行过程模态力的集成，建立了行人作用下的人行桥人致振动的模态叠加分析法．本文以43#人行桥为例，将数值模拟结果与人致振动试验数据以及现有各国人行桥设计规范进行了综合的对比分析，验证了考虑随机性后的人行桥人致振动时域分析法的可靠性与实用性．     

基于精确阻尼调控的桥梁竖弯涡振Sc数影响

在桥梁气动外形和来流风场确定的条件下,Sc 数（Scruton number）是影响大跨度 桥梁涡振响应大小的关键因素. 为了开展Sc数对大跨度桥梁竖向涡振影响的精细化研究,首 先研制了适用于桥梁节段模型风洞试验的永磁式板式电涡流阻尼器,可为弹性悬挂节段模型 系统提供可连续调节的、理想线性黏滞阻尼 . 然后以带风嘴的开口断面钢混组合梁桥为研究 对象,针对+3°、0°和-3°三个风攻角和不同的Sc数开展了节段模型竖向涡振试验. 根据试验结 果,总结了节段模型涡振振幅的风速变化曲线随名义阻尼比的变化规律,分析了最大涡振振 幅随Sc数变化规律的函数拟合,并对桥梁高阶模态涡振响应进行了预测. 研究发现不同风攻 角下主梁竖向涡振的锁定风速区间都随 Sc 数的增大而缩小,最大振幅都随 Sc 数的增加而降 低,但变化曲线有显著差别;通过对三组及以上不同 Sc数的节段模型风洞试验结果进行函数 拟合,可以较好地预测节段模型最大涡振振幅随 Sc数的变化规律;在模态阻尼比相同的条件 下,大跨度悬索桥各阶竖弯模态的涡振振幅基本相同,高阶模态涡振更容易出现不满足规范 限值的情况. 研究成果为大跨度桥梁竖弯涡振响应的精细化预测提供了重要方法.     

正装结构非线性应力应变累加规律研究

基于有限位移理论的正装结构非线性分析理论对解决超大跨度、柔性结构的非线性计算有重大意义.文中探讨了正装结构非线性的分析特点,研究了其应变场与应力场的Kirchhoff应力张量与Lagrange应变张量的适用性,提出了正装结构非线性分析中应力场与应交场的累加规律,导出了拖动坐标法的虚功增量方程,以此对杆系结构非线性分析常用的CR法和UL列式进行了精度比较分析.文中研究成果可为正装结构的非线性分析提供理论指导.     

薄平板气动导数的数值仿真技术

提出了一种基于计算流体动力学方法计算流线型断面气动导数的数值模型．该模型以粘性不可压Navier—Stokes方程和有限体积法为基础,通过求解作强迫振动的断面绕流场,由得到的气动力时程得到断面的气动导数．利用该模型数值模拟了薄平板的气动导数,其仿真结果与薄平板气动导数风洞试验值、Theodorsen理想平板解析解的一致性,证明了本文方法的有效性．该数值方法可应用于桥梁断面颤振导数的识别．     

大跨屋盖风压场的本征正交分解与重构适应性研究

对3类典型屋盖(封闭式方形平屋盖、封闭式曲面屋盖和开合式曲面屋盖)进行了刚性模型风洞测压试验,分析了典型风向角下的平均及脉动风压系数分布.利用POD方法对3类屋盖的风压场进行了分解,并对平屋盖风压场进行了POD重建.结果表明:斜风向封闭式平屋盖的POD分解性能最优,开合式曲面屋盖次之,封闭式曲面屋盖最差.3类屋盖的第1...     

大跨度自锚式悬索桥的颤振稳定性研究及风洞实验

研究大跨度自锚式悬索桥钢加劲梁的截面选形、结构动力特性分析、施工及运营状态的气动力性能等问题;以湘江三汊矶大桥为背景,基于多振型耦合颤振的气弹性理论,分析计算自锚式悬索桥的颤振临界风速;探讨截面形式、施工方法等对钢加劲梁的气动参数及颤振稳定性的影响;此外,与该桥的节段模型和全桥气弹性风洞实验的结果进行对比。研究结果表明:自锚式悬索桥的抗风稳定性主要与主梁的施工方法和架设过程有关;桥梁颤振临界风速随着结构体系的转换而变化,其抗风稳定性主要对结构频率比较敏感;该种桥式具有良好的抗风稳定性。