苏通大桥结构健康状态评估技术研究与应用(1):拉索损伤识别

采用改进的RBF神经网络建立了苏通大桥拉索损伤识别方法。2个不同阶固有频率之比是仅与损伤位置有关的结构振动参数,据此定义了用于损伤定位的损伤特征指标,并用其来训练神经网络;提出了基于R2+准则与Jackknife校验的改进RBF算法,以有效地控制RBF网络的过拟合现象。算例结果表明,所提出的方法可以较好地对苏通大桥斜拉索进行损伤识别。     

363kV真空断路器支柱绝缘子模态及地震响应谱分析

当地震波的振动频率接近电力设备支柱绝缘子的固有振动频率时,可引发共振现象而导致设备损坏。针对363 kV真空断路器支柱绝缘子建立了有限元模型,对支柱绝缘子进行地震响应谱分析,可为支柱绝缘子结构的设计提供参考。首先对支柱绝缘子进行结构静力学分析,计算支柱绝缘子自身应力分布;其次进行有预应力模态仿真分析,计算出支柱绝缘子1-10阶振型对应的模态频率;最后在计算出各阶模态频率的基础之上,对断路器支柱绝缘子进行了地震响应谱分析,在x +y方向施加EI Centro波加速度频谱,计算出支柱绝缘子的最大应力分布和沿各坐标轴方向的最大形变位移。     

国产粘性阻尼器的实索减振试验研究

在拉索上附加耗能减振阻尼器是斜拉索振动控制的主要手段之一,而拉索在附加非线性粘性阻尼器后的阻尼特性尚未见试验研究报道。本文对一种国产非线性粘性阻尼器进行了实索减振试验。在工厂内张拉一根长215.58 m的拉索,利用人工激振拉索至一定振幅后测得的振动衰减的位移时程曲线,计算了空索及拉索—阻尼器系统前三阶模态的对数衰减率值;同时也测量了阻尼器工作时的阻尼力。试验结果表明,空索的内阻尼值很小,可忽略不计;而拉索—阻尼器系统的对数衰减率值则与振幅相关。试验测得拉索—阻尼器系统的前三阶模态的对数衰减率均值达到了0.04,可以有效地抑制拉索的振动。将实测对数衰减率平均值与理论计算对数衰减率最大值比较,得到拉索减振设计时可采用的阻尼器效率系数。     

基于电-力导纳型类比法电厂动力设备被动隔振机理分析

为分析单自由度弹簧被动隔振技术的隔振机理,采用电-力导纳型类比法求得阻尼系统振动方程。利用归一化处理方法考察了在不同频率比(z)和力学品质因子(Q_m)影响下,设备位移、速度、加速度的响应情况。分析发现,在z<1时,设备响应特性关系为位移>速度>加速度;在z>1时,设备响应特性关系为位移<速度<加速度;而当z=1时,设备响应特性关系为位移=速度=加速度,此时系统发生共振,且力学品质因素越大系统振动越剧烈;而当基础的干扰频率为系统固有频率的2 倍时,设备振动特性不受Q_m影响,且位移、速度和加速度传递比分别为1,2 ,2。该分析结果可为动力设备布置竖向弹簧隔振支座的隔振设计提供参考。     

考虑叶片与塔架耦合作用的风电塔架风振响应分析

现有的风力发电塔架风振响应分析大多忽略叶片与塔架的耦合作用,而由于叶片质量和扫略面积较大,对风力发电塔架风振响应分析的影响不可忽视,因此,在风电塔架的研究中考虑叶片对塔架的影响,其结果会更加接近实际情况。本文考虑叶片与塔架耦合作用对风力发电塔架风振响应的影响,建立了相应的力学模型和运动方程。分别对有无叶片塔架耦合作用进行模态分析,比较了两者的固有频率。并通过MATLAB软件编写程序得到脉动风荷载时程曲线,最后在ANSYS中对风电塔架脉动风荷载进行时程分析,得到两种不同风电塔架模型的风振响应时程曲线,比较了两者在同一高度处的位移、速度和加速度反应,为进一步研究实际风电塔架结构提供了可靠的理论依据。     

分块降阶模型及其在风与膜结构流固耦合计算中的应用

提出一种分块降阶模型,将流固耦合体系看成由力模型和结构动力模型构成,力模型中作用于结构上的力由力幅和频率信号构成,考虑膜结构的非线性,对模型进行了非线性校正。校正时采用本征正交分解方法,对每一个模态利用其时间系数进行比例调整;最后将力模型输出结果输入到结构动力模型中,计算得到膜结构的风振响应。将降阶模型应用于风与膜结构的流固耦合分析中,计算得到膜结构风压系数、风振响应等参数,并与全阶模型进行了对比。结果表明,降阶模型可以准确预测膜结构的风致响应和风压系数,且计算效率大大提高。     

基于实测加速度的高层建筑风荷载反演

在台风"杜鹃"登陆期间,对温州市某高层建筑进行了现场实测,得到了建筑物的风场和加速度响应等数据。进而对实测结构进行了模态参数识别,得到了其固有频率、振型和阻尼比。对结构加速度响应信号进行了去噪处理,经过信号处理后的响应数据满足高斯分布,进而通过积分得到高层建筑的速度和位移响应。同时,运用等效原理建立了该高层建筑结构的5质点简化弯剪模型,使简化结构的动力特性和原结构相似。再应用简化模型反演出结构受到的脉动风荷载时程。将反演得到的脉动风荷载时程叠加上平均风荷载得到各测点风荷载时程,再作用到简化模型上运用Newmark-β法进行风致响应分析,计算得到的加速度响应与实测加速度响应较为吻合。     

地下结构抗震分析中若干土层模拟方法对比研究

动力时程在地下结构抗震分析中应用广泛,土体动力特性的准确模拟对动力时程分析结果有重要影响。介绍了Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型的基本理论,验证了等位移边界条件的有效性。从地表加速度响应和加速度幅值沿深度放大两方面,对比分析Mohr coulomb模型、Shake91、Rayleigh阻尼和Hardin-Drnevich模型在2Hz和8Hz正弦波作用下的响应结果。结合理论分析得出:静力Mohr coulomb模型对动力时程分析适用性有限;建议在地下结构抗震分析中采用场地基频与接近地震波主频固有频率计算Rayleigh阻尼参数;Hardin-Drnevich等粘弹性非线性模型比等效线性化方法更适用于地下结构抗震分析。     

近场地震下评估单层网壳响应的地震动强度参数分析

为了选取近场地震动作用下适于评估单层网壳结构响应的地震动强度参数,以3个矢跨比不同的单层球面网壳和5个矢跨比、长宽比不同的单层柱面网壳为模型,从相关性、有效性及充分性3个方面对多个地震动强度参数进行分析评价。结果表明,对于单层球面网壳结构,水平向的相关系数大于竖向的相关系数.加速度反应谱值S_a(T_1)和S_a(T_2)为近场地震动作用下适于评估单层球面网壳结构响应的地震动强度参数;对于单层柱面网壳结构,跨度方向的相关系数大于长度方向和竖向的相关系数,近场地震动作用下适于评估单层柱面网壳结构响应的地震动强度参数为S_a(T)、速度反应谱值S_v(T)和位移反应谱值S_d(T),当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较大时,T应取第一阶振型的自振周期T_1,当单层柱面网壳的长宽比和矢跨比较小时,T应取第二、三阶振型的自振周期T_2和T_3。     

随机地震作用下悬浮隧道锚索的动力响应分析∗

研究了悬浮隧道锚索在地震与水动力共同作用下的动力响应。通过将悬浮隧道锚索简化为欧拉梁模型,建立悬浮隧道锚索受到水动力和地震共同作用振动的运动方程。采用分离变量法和伽辽金法求解运动方程,并使用四阶龙格-库塔法求解得到悬浮隧道锚索的位移响应情况。采用三角级数法模拟生成人工地震波,并选用了三种著名的地震记录,对悬浮隧道在不同地震波激励下的关键结构参数对锚索位移响应进行数值分析。结果表明:(1)地震的加速度越大,锚索的运动响应越剧烈,产生的位移和能量越大。地震波的峰值加速度出现时间和大小也对锚索的峰值振幅有一定影响。(2)参数频率和阻尼比等因素对锚索的位移都有重要的影响,但在不同的地震作用下影响程度不同。通过控制参数频率和阻尼比可以减小地震对悬浮隧道锚索及整体结构的破坏效果。     

大跨度拱桥抗震性能分析与减震控制研究

论文运用通用有限元软件ANSYS对香溪长江大桥-大跨度拱桥进行了数值模拟。以COMBIN37单元模拟非线性粘滞阻尼器,分析了该阻尼器布置于拱肋横梁与主梁处(方案1)及安装在立柱与主梁之间(方案2)两种不同位置时对拱桥的地震响应控制效果。分析结果表明:针对顺桥向位移反应,方案1的控制效果明显优于方案2;两种阻尼器控制方案均对桥面加速度有放大作用,且方案1的放大效果要比方案2大。两种阻尼器控制方案对拱顶及拱脚轴力均有较好的控制效果,且方案1的控制效果优于方案2;两种阻尼器控制方案对拱桥面内弯矩的控制效果,方案2的控制效果优于方案1。上述研究结果为大跨度拱桥振动控制分析及工程应用具有重要的指导意义。     

侧向冲击下CFRP缠绕加固RC悬臂柱动态响应的有限元分析

文中基于LS-DYNA软件对侧向冲击下碳纤维增强复合材料(CFRP)缠绕加固钢筋混凝土(RC)悬臂柱进行了有限元模拟，在与文献试验结果对比验证基础上开展了参数化分析，重点考察了柱轴压比、CFRP层数、冲击速度及冲击质量等参数对柱动态响应的影响规律。研究结果表明：(1)低轴压比0～0.2对CFRP加固柱的损伤形态、冲击力第一峰值和侧向位移的影响较小；(2)增加CFRP层数可减小RC柱的剪切损伤程度和侧向位移；(3)相比冲击质量，冲击速度对CFRP加固柱的冲击力第一峰值和侧向位移的影响更大；(4)在相同冲击能量下，增加冲击质量会引起侧向位移的增加与冲击力第一峰值的下降。     

Rayleigh波入射下建筑群-隧道群相互作用特性研究∗

采用一种高精度间接边界元方法(IBEM),研究了 Rayleigh 波入射下地上建筑群?地铁隧道群的动力响应。研究发现：地上建筑群与邻近地铁隧道群之间存在显著的相互作用,系统响应规律与入射波的频率、建筑物的数量与高度、隧道数量和位置等因素密切相关。参数分析表明：考虑不同因素影响后,地面运动幅值最大可放大约 25%。 当入射波频率较低时,地上建筑群结构顶部位移幅值会较单一建筑顶部位移幅值显著降低,这尤其体现在位于建筑群中部的建筑响应中,最大可降低约 88%;当入射波频率较大时,这一现象变得不再明显。高频入射波作用下, 地上建筑群与地铁隧道群的相互作用会使隧道衬砌产生较大环向应力,其峰值可较单一地上建筑的情况放大约 60%。     

基于几何参数的优化对双层柱面网壳结构动力性能的影响

以双层柱面网壳为研究对象,采用参数化设计语言APDL对AN SY S进行二次开发,实现了任意跨度双层柱面网壳的自动建模、加载、施加约束及求解。借此平台对柱面网壳结构进行模态和地震反应分析。首先,分析了结构自振特性随几何参数变化的特点,研究了结构的基频随矢跨比和网壳厚度的变化规律,结果表明,当矢跨比在1/3.6~1/5该范围内,结构的整体刚度较大;网壳厚度在1.8~2.1 m时,网壳整体刚度较大;对于矢跨比一定的网壳,随着厚度的增加,杆件的动内力大多增加,横向弦杆的二维与单维动内力比值有所增加,而纵向弦杆的二维与单维动内力则变化不大。然后,对网壳进行不同几何参数下的地震反应分析,给出了最大节点位移和最大杆件轴应力随几何参数变化的时程响应曲线,揭示了这类网壳的地震反应特点。     

弹性模量依赖围压的圆形洞室围岩破坏行为数值模拟

在考虑拉伸截断及非线性屈服准则的自定义本构模型中,又考虑了弹性模量(弹模)受围压的影响,模拟了两种网格、不同本构模型及加载方式条件下的洞室围岩的破坏行为。在第1种网格中,洞室围岩被剖分为辐射网格,采用"先挖洞,后加载"的方式及理想弹-塑性本构模型进行计算;在第2种网格中,洞室围岩被剖分为矩形网格,采用"先加载,后挖洞"的方式及弹-脆-塑性本构模型进行计算。计算结果表明,对于第1种网格,随着弹模的围压影响系数的增加,洞室围岩的应变、位移及塑性区半径均有所减小,被监测单元的环向应力的峰值有所降低,不同本构模型的计算结果的差别逐渐显现。对于第2种网格,当弹模的围压影响系数较低时,围岩中形成了4个对称的V形坑,随着弹模的围压影响系数的增加,V形坑的个数及尺寸明显减少,这可由洞室围岩的应力、位移及剪切应变增量均有所减小得到解释。     

高拱坝地震反应时域分析中Rayleigh阻尼矩阵建模方法讨论∗

讨论了不同Rayleigh 阻尼矩阵建模方式对时域内高拱坝地震反应计算准确度的影响。以某一高240 m 的混凝土拱坝为研究对象，分析了结构的动力特性，分别计算了结构在双向和三向地震作用下，当采用不同Rayleigh 阻尼矩阵模型时的结构动力反应。建立了8 种Rayleigh 阻尼矩阵双参数模型，其中第一参数频率取拱坝第1、2 阶频率，第二参数频率取拱坝第5、6 阶频率及地震波反应谱的峰值频率和重心频率。计算结果表明：当高拱坝的自振特性相比于地震波频谱分布表现出长周期结构动力特征时，不同Rayleigh 阻尼矩阵模型对计算结果影响很大。建议采用拱坝顺河向基频和地震波反应谱峰值频率作为两个参数频率，由该模型计算所得的坝体地震反应的主要计算结果总体上计算误差为正，且误差值有限。     

基于MS模型的剪力墙—核心筒结构的高层建筑三维非线性动力破坏分析

采用非线性多弹簧弹塑性有限元模型,对我国一座最高的民用超高层钢筋混凝土剪力墙—核心筒结构进行了非线性地震响应破坏分析。通过分级加载分析了不同地震烈度下超高层建筑从弹性、塑性直至失效的结构内力和变形的整个过程,并采用静力Push O ver方法和1/50比尺的振动台模型试验进行了破坏分析。结果表明超高层建筑的最薄弱位置在1/2到2/3之间高度处。非线性数值分析的结果和振动台模型破坏试验现象符合一致。     

动水压力和PSI对深水高墩桥梁抗震性能的影响∗

以我国西部地区某库区一深水高墩大跨连续刚构桥梁为工程背景,考虑动水压力、桩-土相互作用以及二者联合作用的影响,确定了六类不同的分析工况,利用OpenSEES源代码分析平台分别建立有限元模型,通过输入两组空间地震波进行非线性时程分析,讨论了动水压力和桩-土相互作用对深水高墩大跨桥梁动力特性和抗震性能的影响。研究结果表明,考虑动水压力和桩-土相互作用会降低高墩大跨桥梁的振动频率,且二者的影响主要体现在下部结构振型参与率较高的高阶模态;动水压力效应会增加高墩在地震作用下的动力响应,但桩-土相互作用对非线性分析结果的影响没有明显的规律;同时考虑动水压力和桩-土相互作用时,深水高墩桥梁的地震响应并不是简单的相互促进或相互抵消,而与地震动的大小、频谱特性等相关;强地震作用下桥梁结构的桩顶水平位移较大时,抗震设计中更适合采用"p—y曲线"法模拟桩-土相互作用效应。     

厚层铅芯橡胶支座竖向性能敏感性及不确定性∗

厚层橡胶支座稳定的竖向性能有利于实现竖向隔震(振)，为量化材性及尺寸变异性对厚层铅芯橡胶支座(TLRB)竖向性能的影响，设计了基于概率密度演化理论(PDEM)的分析框架。建立数值模型并试验验证，以三类平面尺寸的支座为对象，考虑第一形状系数(S1)、第二形状系数(S2)影响，采用GF 偏差选点策略进行竖向刚度的敏感性分析，结合我国现行规范的误差规定，基于PDEM 开展不确定性分析。结果表明：S1是影响竖向性能敏感性的关键因素，而S2的影响可忽略，基于敏感性结果提出了支座生产质量控制的关键参数；S1是影响竖向性能不确定性的关键因素，支座非线性压缩过程会加剧竖向性能的不确定性，基于不确定性分析结果拟合了参数变异性与竖向刚度置信区间的定量经验关系；支座平面尺寸效应对敏感性及不确定性分析结果的影响较小。研究结论可为TLRB的加工制造过程与竖向隔震(振)可靠性评估提供参考。     

城市立交中分叉曲线桥梁地震响应研究

城市立交中分叉曲线桥梁,结构多支分叉、非规则异型,质量和刚度分布不均匀,力学性能复杂,抗震分析和设计困难。以一座城市立交为工程依托,构建典型分叉曲线桥梁模型,进行六组地震工况作用下的非线性时程分析,并对比分叉曲线桥梁与组成分叉结构的各单支桥梁的地震响应差异,研究城市立交中分叉曲线桥跨结构的动力响应特性。结果表明:分叉曲线桥梁结构动力耦联效应显著,分叉桥梁的地震响应与组成分叉桥梁的各单支桥跨的地震响应差异大,分叉桥梁下部构件应建立分叉全桥空间三维动力模型,分叉节点异型主梁应建立局部实体模型;分叉曲线桥梁应按照单维、多维和E1、E2多种地震输入工况进行结构的最不利响应分析;分叉结构导致接入分叉点的桥跨地震位移响应增加,伸缩缝处碰撞、落梁震害概率加大,应引起工程人员的重视。