大跨度预应力混凝土连续刚构桥的动力特性分析

介绍了福建泉州后渚大桥——大跨度预应力混凝土连续刚构桥的现场环境振动实验．并利用频域中的单模态识别法(SDOFI)、峰值法(PP)和时域中的随机子空间识别法(SSI)分别进行桥梁动力特性识别。利用ANSYS建立了全桥三维有限元模型并进行了理论模态分析,基于参数分析和环境振动测试结果对有限元模型进行了标定,建立了该桥的基准有限元模型,该模型可服务于桥梁长期健康监测与状态评估。     

预应力组合网架结构的自振特性分析及现场测试

本文采用子空间迭代法计算了预应力组合网架的自振频率与振型,分析总结了结构的自振特性及其影响因素,诸如索预应力、跨高比、边界条件、板和梁肋偏心、附加质量以及节点刚度的影响,并回归得出预应力组合网架基本周期简化计算公式。同时使用“脉动法”对天津一中新建活动中心楼层预应力组合网架进行了现场动力测试,结果表明预应力组合网架动力计算所采用的计算模型合理、计算分析结果可信,最后使用自由振动法及半功率点法得出了预应力组合网架结构的阻尼比,此值可作为钢与混凝土预应力组合网架结构的参考阻尼比。     

平行索面悬索桥多阶段有限元模型修正

根据平行索面悬索桥的结构体系特征,可以将其划分为几个相对独立的子结构。充分利用振动测试得到的子结构局部振动信息和结构整体振动信息,可以分阶段进行有限元模型修正,从而提高优化效率。本文以克拉玛依市龙门桥为例,结合该桥设计的有限元模型和环境激励振动试验结果,进行了整桥模型修正和子结构多阶段模型修正。首先通过振动法计算得到边悬索的索力近似替代主缆索力,将其施加在整桥有限元模型中,运用基于动力特性的响应面法完成传统的模型修正,得到修正后的土-结构相互作用的弹簧刚度系数和吊杆索力;其次利用主塔横向模态相对独立的特点,通过对主塔子结构模型的修正得到合理的弹性支承参数;再将其施加在初始的整体有限元模型中,完成该桥的子结构分阶段有限元模型修正;最后比较子结构多阶段模型修正与传统整桥模型修正方法的效果,可以看出相比传统模型修正,所提方法不仅提高了修正精度,而且大幅度提高了优化效率。     

埋置基础扭转振动的实用化计算

根据弹性半空间理论及基础振动试验和数值计算的最新成果,采用方程对等法推演出埋置块体基础扭转振动的实用化计算公式。采用该实用化计算公式和弹性半空间理论分别对复杂形状的埋置块体基础在谐和扰力矩作用下的扭转振动动力响应进行计算,并将计算结果进行了比较,两者结果吻合,振幅误差为9.13%。该实用化计算公式具有概念明确,计算简单的优点,对于任意形状、任意埋置状况的动力设备块体基础都实用,对于结构工程的地震响应计算具有参考意义。     

纵向剪切波作用下长型地下结构与地基动力相互作用研究

为了研究在剪切波沿地下长型结构纵向传播情况下,惯性力对地下结构与地基动力相互作用的影响,基于Winkler地基模型和Euler-Bernoulli梁模型,分别建立了长型地下结构的静力平衡方程、自由振动方程和强迫振动方程。通过振型叠加法将偏微分方程简化为常微分方程;利用微分算子法分别求得静力平衡方程;自由振动方程和强迫振动方程的解析解。通过算例计算,比较并分析了静力平衡方程解与强迫振动方程解的差别。结果表明在算例取值情况下,惯性力对结构振动的影响较小;而在地基基床系数k很小或轴向力N很大时,惯性力的影响才较为显著。     

无伸缩缝桥梁的动力特性计算与试验研究

福建省永春县上坂大桥是目前我国修建桥长最大，采用整体式桥台的无伸缩缝桥梁。本文通过该桥的动力试验研究了该桥在天然脉动荷载作用下的自振特性，采用结构分析软件ANSYS建立全桥的空间模型，计算该桥的自振特性，与实测结果进行了分析比较。实桥试验还测试了无障碍行车试验和跳车试验这2种车辆激振作用下桥梁的强迫振动特性，并把实测的荷载冲击系数与新桥规的计算结果进行比较。研究结果有助于对该类桥梁动力特性的认识，有利于进一步开展无伸缩缝桥梁的抗震性能研究。     

基于改进的能量守恒方法恢复CHAMP重力场模型

利用CHAMP卫星轨道和加速度计数据推求地球重力场模型的一种有效方法是能量守恒方法.本文基于能量守恒方程,推导了整体求解尺度、偏差、积分常量和位系数的计算公式,提出了整体求解位系数、积分常量、尺度和偏差参数的重力场恢复方法-改进的能量法.该方法摆脱了目前使用能量法时,必须预先通过其它外部手段标定加速度计数据以及积分常量通过近似计算获取的现状.基于德国慕尼黑技术大学(TUM)提供的约300天的CHAMP卫星几何法轨道和GFZ提供的加速度计数据,计算出了60×60阶地球重力场模型XISM-CHAMP1S,并与EIGEN-CG03C、EIGEN-CHAMP03S、EIGEN2、ENIGN1S、EGM96模型进行了比较.结果表明:XISM-CHAMP1S模型精度明显优于相同阶次EGM96、EIGEN1S和EIGEN2,与同阶次的EIGEN-CHAMP03S模型精度最为接近.     

斜拉管线桥的竖向地震反应分析

在我国四川，为了使管线跨越涪江，建造了一个斜拉管线桥，本文给出了斜拉管线桥在竖向地震作用下的计算模型，在该计算模型中，桥塔视为轴向刚性，缆索看作为单向弹簧。本文还导出了缆索竖向抗拉刚度的计算公式，利用Ｌａｇｒａｎｇｅ方程，建立了斜拉管线桥体建立在竖向地震作用下的运动微分方程，使用反应谱方法，对斜拉管线桥体系进行了竖向地震反应分析。     

铁路矩形空心桥墩延性抗震设计简化计算方法

介绍了铁路工程抗震规范提供的钢筋混凝土桥墩延性设计简化计算方法;同时对大偏压矩形截面构件的曲率延性系数简化计算公式进行了理论推导,并结合各国规范的塑性铰等效长度计算公式,得到构件的位移延性计算公式。以大瑞线某桥为工程实例,分别采用规范提供的方法及理论推导的公式进行计算,2种方法计算得到该桥矩形空心桥墩的位移延性系数基本一致,能为今后同类桥梁设计提供一定的借鉴。     

预应力FRP增强胶合木的预应力损失研究

研究了预应力FRP增强胶合木梁的预应力损失,其中:FRP采用先张法施加预应力,并采用胶合与机械相结合的方式锚固于胶合木梁。分析表明:先张法FRP板的预应力损失主要包括垫块变形和木材弹性变形,FRP应力松弛、季节温差引起的预应力损失和木材蠕变引起的预应力损失。该研究基于平截面假定,通过胶合木梁的受力平衡与变形协调及材料本构模型,建立了每项预应力损失的计算公式,以及预应力损失后的胶合木梁反拱挠曲线方程,确定初始预应力限值范围;计算并分析了3组预应力CFRP增强胶合木梁的预应力损失值,应用反拱挠度实测值验证该研究计算理论。研究成果可为预应力FRP增强胶合木的设计与安全性评估提供理论参考。     

Response analysis of a submarine cable under fault movement

Based on the performance of submarine cables in past earthquakes, an analytical method to determine cable performance under seabed fault movement is proposed in this paper. First, common types of earthquake damage to submarine cables are summarized, which include seabed displacement induced by fault movement, submarine landslides and seabed soil liquefaction, etc. The damage is similar to damage observed to buried pipelines following land earthquakes. The Hengchun earthquake of Dec. 26, 2006 is used as a case study. The M7.2 earthquake occurred in the South China Sea at 20:26 Beijing Time, and caused 14 international submarine cables to sever and break. The results show that the proposed method predicts damage similar to that observed in the Hengchun earthquake. Based on parametric studies of the influence of the water depth and the magnitude of the submarine earthquake, countermeasures to prevent damage to submarine cables are proposed.     

考虑刚度及边界条件的短索索力求解与试验研究

建立了一个非齐次边界拉索力学模型,基于拉索线性振动理论,推导了考虑拉索抗弯刚度及边界条件的拉索频率方程;根据双曲函数的数理特性对频率方程进行了合理简化,得到了实用的频率简化方程,提出了逆过程求解索力的方法和步骤,并探讨了不同支承刚度对索力的影响。设计了室内拉索试验模型并进行了27种工况索力试验,比较了不同工况下的计算索力与实际索力,验证了本文提出的频率简化方程和逆过程求解方法的实用可靠性。     

基于磁弹效应的索力传感器研究

本文介绍了一种建立在磁弹效应原理基础上的可用来测量钢索轴向拉力的传感器。文中详细阐述了其基本原理,设计了单路磁循环的磁路结构,进行了磁路分析并提出一种电脉冲磁化法的实验装置,给出实验结果。实验结果与理论设计相符,系统稳定可靠。该装置具有可由电池供电、体积小、造价低廉、便于携带的特点。     

Modeling of cable vibration effects of cable-stayed bridges

The analysis of dynamic responses of cable-stayed bridges subjected to wind and earthquake loads generally considers only the motions of the bridge deck and pylons. The influence of the stay cable vibration on the responses of the bridge is either ignored or considered by approximate procedures. The transverse vibration of the stay cables, which can be significant in some cases, are usually neglected in previous research. In the present study, a new three-node cable element has been developed to model the transverse motions of the cables. The interactions between the cable behavior and the other parts of the bridge superstructure are considered by the concept of dynamic stiffness. The nonlinear effect of the cable caused by its self-weight is included in the formulation. Numerical examples are presented to demonstrate the accuracy and efficiency of the proposed model. The impact of cable vibration behavior on the dynamic characteristics of cable-stayed bridges is discussed. Supported by: Natural Science and Engineering Research Council of Canada     

A simplified fragility analysis of fan type cable stayed bridges

A simplified fragility analysis of fan type cable stayed bridges using Probabilistic Risk Analysis (PRA) procedure is presented for determining their failure probability under random ground motion. Seismic input to the bridge support is considered to be a risk consistent response spectrum which is obtained from a separate analysis. For the response analysis, the bridge deck is modeled as a beam supported on springs at different points. The stiffnesses of the springs are determined by a separate 2D static analysis of cable-tower-deck system. The analysis provides a coupled stiffness matrix for the spring system. A continuum method of analysis using dynamic stiffness is used to determine the dynamic properties of the bridges .The response of the bridge deck is obtained by the response spectrum method of analysis as applied to multidegree of freedom system which duly takes into account the quasi - static component of bridge deck vibration. The fragility analysis includes uncertainties arising due to the variation in ground motion, material property, modeling, method of analysis, ductility factor and damage concentration effect. Probability of failure of the bridge deck is determined by the First Order Second Moment (FOSM) method of reliability. A three span double plane symmetrical fan type cable stayed bridge of total span 689 m, is used as an illustrative example. The fragility curves for the bridge deck failure are obtained under a number of parametric variations. Some of the important conclusions of the study indicate that (i) not only vertical component but also the horizontal component of ground motion has considerable effect on the probability of failure; (ii) ground motion with no time lag between support excitations provides a smaller probability of failure as compared to ground motion with very large time lag between support excitation; and (iii) probability of failure may considerably increase for soft soil condition.     

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。     

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。     

利用海底电缆探测太平洋地区地幔结构的研究进展

介绍了地幔电性结构、地幔温度、地幔含水量等参数对地球动力学和地幔动力学过程的重要科学意义,综述了近年来利用海底电缆在该领域的主要研究进展.本文首先介绍了日本利用海底电缆探测地幔深部结构的方法原理与发展历程,然后阐述了该方法的观测方式、观测系统与仪器,综述了国际上近年来利用海底电缆在环太平洋地区海底的观测资料进行地幔一维电导率结构、三维电导率分布的研究进展.基于海底电缆的观测数据进行反演的结果表明,太平洋海域地区地球深部存在410 km,660 km的电导率不连续面,此不连续面与地震资料的波速不连续面基本一致,为地幔不连续面提供了新的地球物理证据.在根据由海底电缆观测数据反演得到的太平洋地区地球内部电导率分布基础上,综述了综合深部地震波速、岩石高温高压实验等,将电导率的分布转换为地球内部的温度场分布、推导地幔过渡带水的浓度进而转换为地幔过渡带的含水百分比(含水量)的方法技术与研究进展.研究结果表明,夏威夷和北日本海地幔过渡带电导率异常主要受温度控制,菲律宾海域地幔过渡带的电导率异常除了和温度有关外,还受含水量影响,该处地幔过渡带的含水量大约在1％左右.这些研究表明,海底电缆探测方法,在地球深部探测尤其是地幔不连续面的探测、地幔温度场分布与特征、地幔含水量等方面有重要的作用.最后,展望了海底电缆探测方法的研究与发展,这些研究方法及成果对认识中国海域地球内部机构提供一定的参考.     

利用接地电阻测试仪确定地埋电缆漏电位置的方法

地埋电缆普遍被应用于通讯等诸多领域,地埋电缆漏电现象普遍存在,查找解决的方法也不尽相同,本文所探讨的是利用接地电阻测试仪,查找确定中卫大地电场台地埋电缆漏电位置的方法,简单易行,能够快速准确的排除故障,从而使观测系统正常工作。尽可能减少因漏电产生的非地震异常数据量。     

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。