基于环境振动的斜拉桥拉索基频识别

斜拉索是现代斜拉桥最重要的结构构件，索力在斜拉桥的施工控制和长期监测中起着重要作用。振动测试法是斜拉桥索力测定、监测和状态评估中应用最广泛的一种方法。振动法测索力的关键在于准确地识别出索的基频。本文使用自功率谱和倒频谱方法，基于MATLAB平台，开发出了斜拉桥拉索环境振动模态分析图形用户交互(GUI)工具箱，实现了斜拉索基频的快速自动识别。应用本文的方法，对福州青洲闽江主跨605m斜拉桥拉索的环境振动实测加速度数据进行了分析处理，斜拉索基频识别方便直观，结果可靠。     

采用Ernst公式计算斜拉桥拉索振动特性的精度分析

斜拉桥拉索的动力特性是建立在斜拉桥的静力分析的基础上的.在静力分析中,几何非线性明显的索经常通过Ernst公式线性化成二力杆,但是,在动力分析中,很少有人研究过Ernst公式的精度.编制了基于弹性悬链线单元的斜拉索的非线性有限元分析程序,该程序可以一根索的任何一个参数值为已知条件来确定索的状态,研究了斜拉索不同张拉阶段索的频率和振型特性,并比较了Ernst公式计算拉索动力特性的精度和适用范围.     

防振锤抑制拉索振动的仿真分析与试验研究

针对目前斜拉桥拉索减振方法的不足,提出利用防振锤抑制拉索振动的思路。为验证该方法的有效性,本文分别建立了拉索和防振锤的运动方程,并采用振型叠加法建立与其对应的广义坐标方程,采用状态空间法建立与其对应的状态方程,运用SIMULINK仿真系统对拉索进行了动力仿真分析。设计了相应的室内试验,进行了拉索-防振锤组合系统试验,并利用SIMULINK对试验进行了相同参数的仿真分析,对比验证了防振锤减振的有效性。仿真结果与试验结果对比发现,作为拉索减振装置防振锤减振效果较为显著,对于防振锤的设计应使其振动频率与拉索振动频率相一致、安装质量不宜过小、阻尼不宜太大、且宜安装在拉索振幅较大处。研究结果表明:防振锤抑制拉索的振动是有效的,利用防振锤装置抑制超长拉索振动是可行的。     

面内端部激励下斜拉索振动方程推导与求解

为精确描述面内端部激励下拉索非线性振动机制,构建抽象端部激励下的拉索力学描述模型,分别推导了拉索拟静态振动和模态振动控制方程,基于有限差分法给出了拉索模态振动的数值求解方法。由于垂度效应的影响,在轴向、竖向以及轴向和竖向共同激励下拉索的拟静态索力与端部位移采用一个非线性方程予以表征。拉索拟静态振动可视作外部激励施加在拉索上,引起拉索的非线性模态振动,通过理论推导分别求得模态振动的控制方程和变形协调方程。在模态振动过程中,拉索的动力特性(如刚度和周期)不断变化,索力和拉索变形相互耦合,使得其求解非常复杂。采用有限差分法进行数值求解,并基于有限元方法验证了数值求解方法的准确性。重点讨论了拉索模态振动共振机制,结果表明,在轴向、竖向以及轴向和竖向激励下,拉索模态振动存在多个共振区域,包括小周期、0.5T₁、T₁和2T₁等(T₁为成桥状态下拉索基本振动周期);在共振区域内,拉索振动索力幅度较大,模态振动对总索力的贡献系数较高,超过0.4,在实际工程中不容忽视;拉索阻尼对模态振动的影响较大,增加拉索阻尼比将改...     

拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响

为了研究地震作用下斜拉桥拉索松弛对独塔斜拉桥地震反应的影响,采用桁架单元模拟斜拉索,考虑拉索垂度效应,基于OpenSees平台建立了考虑成桥状态及拉索松弛的全桥有限元模型,输入5条强震记录进行地震反应分析,探究了斜拉索松弛及其对斜拉桥关键部位地震反应的影响规律。结果表明:强震作用下独塔斜拉桥的拉索会产生松弛,但拉索松弛现象仅发生在部分边索中;拉索松弛对最不利受力索的位置和最大索拉力影响可以忽略;拉索松弛可能增大也可能减小结构地震反应,其影响不可忽略且受地震动的频谱影响较大,应引起设计的注意。     

斜拉索风雨激振水线的超声波测试研究

斜拉索风雨激振是在风和雨联合作用下的大幅值振动,斜拉索表面水线的形成和振荡是其发生风雨激振的一个重要原因。本文利用超声波传播和反射原理,建立一套适应于斜拉索表面水线监测的超声波测试系统,对水线特征进行定量的分析研究。在风洞中再现斜拉索的风雨激振,在测量斜拉索风雨激振响应的同时,测量得到斜拉索表面水线的振荡时程,分析了水线振动幅值与平衡位置,并得到上水线振荡频率与斜拉索风雨激振的频率相等。     

提高斜拉索索力估算精度的方法

振动法是测量实际索力的首选方法,但其测试精度会受到外界环境因素如温度、风和桥面对拉索作用等的影响。本文围绕如何将外界环境因素的影响降至最小,从测量时机的选取、数据处理方法的选择等方面,综合运用随机振动、风工程、非线性和误差分析理论,提出了提高拉索索力估算精度的实用改进方法,得出了一些有意义的结论。并通过哈尔滨松花江斜拉桥实例进行验证对比,结果表明,该方法具有较高的精度。     

基于灵敏度分析的斜拉桥拉索更换顺序研究

通过对部分换索桥梁换索顺序的调研,按照拉索不同的布置形式,总结了目前拉索更换所采用的主要顺序,并利用有限元分析方法对某双塔双索面斜拉桥进行了模拟换索,分析得到了偏于安全的换索顺序。通过拆单根索的弯曲应变能的变化,分析了斜拉桥换索的整体顺序。通过分析不同换索工况下的索力增量变化规律,包括单塔拆1根、双塔同侧索面对称拆4根、双塔不同侧索面反对称拆4根等3种工况,对拉索更换顺序进行了研究,并对其中的同侧索面和不同侧索面拆除4根拉索的工况进行了主梁线形的分析,建立了有限元模型。分析认为,斜拉桥拉索的更换宜从短索向长索反对称进行。     

MR阻尼器对斜拉索共振峰频率漂移的影响

本文采用Spencer提出的MR模型,对斜拉索和MR阻尼器组成的系统进行了动力分析,考察了MR阻尼器型号、安装位置、施加的电压以及斜拉索基频(张力、索长、质量)、激励荷载(类型、频率、大小)等各种因素对斜拉索共振峰频率漂移的影响。进而对钱江三桥南岸154m长的斜拉索进行了现场试验。斜拉索自由振动的衰减信号通过阶跃激励的方法获得,经小波变换、Hilbert变换识别出系统的共振峰频率,并与斜拉索在安装油阻尼器和无阻尼器两种情况进行了比较。计算了杭州湾大桥330m长的索在被动控制、半主动控制下的各阶共振峰频率。研究表明,斜拉索在安装MR阻尼器后共振峰频率略微增大。其影响程度比安装油阻尼器时要大。因此MR阻尼器的制振效果除主要来自耗能外,还有部分来自调频作用。     

黏滞阻尼器对拉索参数振动的控制分析

提出采用黏滞阻尼器对拉索参数振动进行控制,建立了黏滞阻尼器控制拉索参数振动的运动方程。从频域和时域以及起振幅值等角度,研究了最优黏滞阻尼器对不同垂度拉索参数振动的控制效果;此外,还研究了最优黏滞阻尼器安装位置对拉索参数振动控制效果的影响。研究表明,黏滞阻尼器可以有效控制拉索的参数振动,控制效果与拉索的激励幅值、最优阻尼器的安装位置和斜拉索的垂度有关。激励幅值越大,控制效果一般越差;最优阻尼器的安装位置越靠近跨中,则控制效果越好;黏滞阻尼器对大垂度拉索的控制效果不及对小垂度拉索的控制效果。     

非线性弹性地基上圆形薄板三次超谐共振

本文研究非线性地基上圆形薄板受简谐激励的次谐波共振问题。按照弹性力学理论建立非线性地基上圆形薄板受简谐激励的动力学方程。利用Galerk in方法将其转化为非线性振动方程。应用非线性振动的多尺度法求得系统满足3次超谐共振条件的一次近似解,并进行数值计算。分析阻尼、地基系数、调谐值、激励等参数对共振响应曲线的影响。     

斜拉索局部振动对结构地震响应的影响

以苏通长江公路大桥为研究对象,将斜拉索分成若干等长度的单元模拟斜拉索局部振动,以探讨其对结构地震响应的影响。计算结果表明:考虑斜拉索局部振动后,结构的自振频率变化较小;由于斜拉索基频与结构基频相近,斜拉索在地震动作用下,大幅振动,同时索—梁耦合振动明显,主梁和主塔内力降低,主塔根部弯矩明显减小。     

基于弹性拉索的超高墩三塔斜拉桥减震效果研究

为探究超高墩三塔斜拉桥在弹性拉索装置下的减震效果,首先利用SAP2000建立了考虑支座非线性和拉索几何非线性的三维有限元模型;其次基于弹性拉索装置,研究了弹性拉索刚度对三塔斜拉桥地震响应的影响;最后基于数值分析结果并结合某三塔斜拉桥实际工程提出3种减震方案。研究表明:在两边塔塔梁结合处设置弹性拉索可显著减小桥梁在地震作用下的内力和位移响应;提出的方案1(两边塔单根弹性索均为50股,单股刚度均为12000kN/m)、方案2(两边塔单根弹性索均为100股,单股刚度均为10000kN/m)和方案3(15#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度10000kN/m;17#主塔单根弹性拉索100股,单股刚度为16000kN/m)相较于无弹性索状态,均可有效降低主塔塔底弯矩、塔底剪力、塔顶位移及主梁纵向位移;相较于方案1,方案2和方案3是更优方案。     

简谐横荷载作用下Winkler地基上有限长梁1/3次亚谐共振分析

基于Winkler地基模型及Euler - Bernoulli梁理论,建立了Winkler地基上有限长梁的非线性运动方程.运用Galerkin方法对运动方程进行一阶模态截断,得到离散的非线性振动方程,利用多尺度法求得该系统1/3次亚谐共振的一阶近似解.分析了长细比、弹性模量、地基刚度、阻尼、密度等参数对其亚谐共振幅频响...     

润扬斜拉桥有限元模拟及模态分析

本文主要研究润扬长江大桥北汊斜拉桥以结构健康监测和状态评估为目标的空间有限元模型建立过程中的一些基础性问题。在建模过程中,尽可能多地考虑了一些影响全桥有限元模型精度的因素:如斜拉索的几何非线性(重力垂度和初始应力),将构造正交各向异性钢箱梁桥面板用复合材料力学的方法等效为物理正交各向异性板等。然后应用所建立的有限元模型进行模态分析,最后将有限元模态计算结果与环境振动试验结果进行比较,验证了润扬斜拉桥有限元模型的有效性。由此建立的有限元模型可以为该桥的结构健康监测和状态评估提供分析的基础。     

大型斜拉桥风致振动可靠性分析方法

本文研究了大型柔性结构的非线性动力学行为及其引起的异频共振，提出了大型柔性结构的可靠性分析方法，并以大型斜拉桥的风致振动为例，通过对系统失效形式的分析，利用可靠性理论对其进行可靠指标计算。这种方法应用于大跨度悬索斜拉桥的方案优选及可靠笥分析中，在处理几何非线性及动力问题时有较好效果。     

内共振对斜拉索面内瞬时相频特性的影响

为研究内共振对斜拉索的瞬时相频特性的影响,利用多尺度法对拉索面内分布激励下的运动方程进行摄动求解,分别得到不计内共振和计内共振2种状态下面内主共振响应的近似解析式以及其稳态方程,最后采用Hilbert变换分别得到两者面内响应与激励的瞬时相位差及其幅值.同时在小垂度条件下,研究了不同索力下内共振对拉索面内响应与激励的瞬时...     

拉索端部弹性约束振动控制研究(I)——理论模型

本文建立了拉索振动的轴向被动控制理论模型。在拉索端部沿轴向设置弹性约束,通过影响索端支座的移动,从而改变拉索的振动特性,最终达到减振效果。通过D’Alembert原理建立拉索-弹性约束系统振动方程,通过Galerkin方法将偏微分方程转化为常微分方程,应用龙格-库塔积分法求解方程;经过仿真分析,验证了该振动控制具有明显的减振效果,并且讨论了初始拉力、支座质量、振动频率及弹簧刚度对减振效果的影响;最后给出了计算最优阻尼参数的近似解析式,为工程师提供了简便有效的参考依据及设计方法。     

拉索端部弹性约束振动控制研究(Ⅰ)——理论模型

本文建立了拉索振动的轴向被动控制理论模型。在拉索端部沿轴向设置弹性约束,通过影响索端支座的移动,从而改变拉索的振动特性,最终达到减振效果。通过D’Alembert原理建立拉索-弹性约束系统振动方程,通过Galerkin方法将偏微分方程转化为常微分方程,应用龙格-库塔积分法求解方程;经过仿真分析,验证了该振动控制具有明显的减振效果,并且讨论了初始拉力、支座质量、振动频率及弹簧刚度对减振效果的影响;最后给出了计算最优阻尼参数的近似解析式,为工程师提供了简便有效的参考依据及设计方法。     

具有弹性转动约束的斜拉桥多索-浅拱模型及其面内自由振动分析

考虑斜拉桥的初始构型,建立具有弹性转动约束的多索-浅拱模型。首先,采用Hamilton变分原理得到了索和浅拱的控制微分方程。为了保证浅拱在索-浅拱连接处满足连续条件,将浅拱分段考虑,通过索-浅拱连接处的位移连续条件和力的平衡条件以及两端支座处的边界条件,推导了求解该系统自由振动问题的基本方法。然后,以弹性转动约束双索-浅拱模型为例,对其面内特征值问题进行求解,同时,建立相应的ANSYS模型,得到该模型频率和振型的有限元解。通过与有限元方法计算结果的对比,表明本文方法的正确性和有效性。最后,选取了斜拉索的倾角、垂度,浅拱的抗弯刚度、矢跨比,以及支座的转动刚度等参数,对模型的前5阶频率进行了参数化分析。