板桁结合加劲梁悬索桥颤振稳定措施试验研究∗

为了研究板桁结合加劲梁悬索桥的颤振稳定性,以国内某大跨悬索桥为背景,通过节段模型风洞试验分别研究了上、下中央稳定板以及水平稳定板的制振效果,并考察了阻尼比对主梁颤振临界风速的影响,最后对比研究了原设计方案和安装上中央稳定板的板桁结合加劲梁的三分力系数。研究结果表明：上中央稳定板可以有效抑制板桁结合加劲梁颤振,且颤振临界风速增长率随稳定板高度的增加呈非线性变化;安装于桥面下方的下中央稳定板不能改善主梁的颤振性能,但安装于下平联处的下中央稳定板可以在一定程度上提高主梁的颤振临界风速;安装于桥面板边缘处的水平稳定板会恶化主梁的颤振稳定性;将上、下中央稳定板联合使用时主梁可以取得更好的颤振性能。阻尼比对以扭转颤振为主的板桁结合加劲梁具有显著影响;安装与栏杆等高的上中央稳定板在小攻角范围内对主梁三分力系数的影响很小。     

大跨度斜拉桥主梁颤振动力可靠性分析

针对大跨度斜拉桥主梁易发生颤振失稳的问题，基于现有的桥梁颤振分析及结构可靠性理论，将主梁颤振临界风速视为结构抗力变量，以主梁处随机风速为荷载变量建立了桥梁颤振动力可靠性分析的极限状态方程，并采用JC法对天津某桥主梁颤振可靠性进行了分析，得到了颤振失效概率，并得出了竖向刚度是影响颤振可靠度的一个关键指标的结论。     

单索面斜拉桥颤振稳定性分析

单索面斜拉桥具有桥面视野开阔等优点,但是由于拉索不能提供抗扭刚度,所以这类斜拉桥的稳定性问题就比较突出。本文以吉林兰旗松花江大桥为背景,对该大跨度单索面斜拉桥的动力特性、抗风和颤振稳定性特别是施工阶段最大双悬臂状态的颤振稳定性进行了分析。首先通过反应谱法对全桥有限元模型进行动力特性分析,得到自振频率及其各阶振型等参数,然后进行颤振稳定性分析验算。分析结果表明,该桥无论是在最大双悬臂状态还是在成桥状态下,都十分安全。本文分析计算方法可供单索面斜拉桥的抗风设计参考。     

塔段连接对多塔悬索桥中间钢桥塔极限承载力的影响∗

以泰州长江公路大桥为工程背景,通过有限元法研究塔段连接对多塔悬索桥中间钢桥塔极限承载力的影响。考虑中间钢桥塔的几何、材料非线性及塔段连接的接触非线性影响,采用ANSYS建立该桥局部塔段为板壳单元的多尺度有限元模型,计算并对比在两种典型加载方式下该模型与杆系有限元模型的钢桥塔极限承载力结果。研究表明:两种加载方式下,桥塔的破坏模式基本一致,表现为材料不连续的上塔柱节段局部形成塑形铰而使桥塔成为机构;多尺度有限元模型与杆系模型获得的荷载位移曲线基本一致,而多尺度模型的极限承载力稍高,且差异在2%以内,可认为塔段连接不是桥塔结构的薄弱点,其对其极限承载力的影响可以忽略。     

山区桥址风场特性研究综述

首先对采用风洞试验、数值模拟、现场实测3种方法研究山区风场特性的研究进展进行了梳理和总结,对比了各种方法的相对优缺点;然后从平均风特性和脉动风特性两方面对比分析了山区风场区别于平原地区风场特性。山区风场特性相对更为复杂,变异性更强,呈现更明显的非高斯和非平稳特性,山区地表粗糙度类别不能简单地分为四类,山区风攻角、风速谱、风速剖面分布规律明显不同于平原地区;在高山峡谷间风场既存在明显加速效应,也存在阻挡效应,使得桥梁抗风设计更为困难。总结了山区桥址处设计风速的几种取值方法,为今后山区桥址抗风设计提供参考。最后对山区桥址风场特性的研究现状进行了总结,对研究前景进行了展望。     

行道树风致响应的风洞试验研究

本文主要研究树木在一定风速下的树木变形及受力状况。使用photoshop软件算出树木的迎风面积和疏透度,得到了树木迎风面积和疏透度分别与风速的关系。结果表明在风速增加时模型树在四个风向角下其迎风面积都呈减小趋势,但其疏透度呈增加态势。运用六分力天平测力技术测得树木在一定风速下阻力,得出模型树阻力是随着风速的增加而呈幂函数关系增加的。同时探讨了模型树在特定风速下的阻力系数的变化情况,结果表明模型树在迎面面积减小、疏透度增加的情况下其阻力系数随着风速增加而呈幂函数下降。这说明树木的流线缩减效应减小了风荷载的进一步增加,进而利用本身的柔韧性保护自身安全,促使其自身在高风速下受到的阻力相对减小。     

考虑钢筋腐蚀的近海隔震桥梁地震易损性分析

基于氯离子腐蚀作用模型,对混凝土中钢筋锈蚀机理及过程开展了研究,进而建立了钢筋直径及屈服强度的退化模型。为了研究氯离子侵蚀对隔震桥梁抗震性能的影响,选取我国某一长期处于海洋潮汐环境中受氯离子腐蚀影响显著的近海隔震桥梁为算例,基于Open Sees平台分别建立了不考虑和考虑钢筋腐蚀的全桥有限元模型,然后选取15条合适的地震波进行了IDA分析,并根据构件需求能力比建立了板式橡胶支座和桥墩在不同破坏状态下的易损性曲线,最终基于概率论知识完成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座比桥墩更容易发生破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;考虑钢筋腐蚀后,全桥地震易损性增强,说明在氯离子侵蚀环境下,钢筋的腐蚀问题不可忽略。     

近断层地震动下预制拼装桥墩桥梁结构碰撞响应分析∗

为研究近断层地震下预制拼装桥墩桥梁结构的碰撞响应及影响碰撞的参数,基于 OpenSees 有限元分析软件,建立一座五跨预制拼装桥墩桥梁分析模型,选取 8 组近断层脉冲型地震动对桥梁进行非线性动力时程分析;探究了碰撞效应对桥梁地震响应的影响及节段数目、节段长度、初始预应力、接缝刚度等参数对桥梁碰撞效应的影响。结果表明：桥梁碰撞效应可以减小桥梁震时最大位移和震后残余位移,碰撞效应可以减小下部预制拼装桥墩地震中预应力筋的最大预应力、接缝最大竖向压力,但不能改变接缝水平剪力的大小;碰撞主要发生于桥梁中部伸缩缝处,中部伸缩缝碰撞力和碰撞次数均明显大于两侧边伸缩缝;增加预制拼装桥墩的节段数目可以减小桥梁的震时最大位移,但会增大桥梁的碰撞力和碰撞次数,其中 6 个节段时主梁中缝、左边缝和右边缝最大碰撞力比 3 个节段时分别增大约 38.8%、36.5% 和 33.3%;初始预应力的大小对桥梁碰撞效应影响较小;引入的系数 δ 可以有效控制桥墩干接缝的刚度,δ 增大时桥墩接缝刚度增大,接缝张开量减小,桥墩接缝耗能能力增强,桥梁碰撞力减小。     

集中排烟公路隧道入口段火灾下诱导风速研究

为研究集中排烟模式下公路隧道入口段发生火灾时的合理诱导风速,以某公路隧道为背景,运用火灾动力学模拟软件FDS对隧道人口段火灾时不同坡度、不同诱导风速的16组火灾工况进行模拟研究,通过对各工况下隧道内的温度场分布及烟气控制效果模拟结果的分析,得到了各工况下的合理诱导风速,研究结果可为公路隧道集中排烟系统关键设计参数提供参考.     

爆炸冲击作用下节段拼装桥墩反射超压分布规律分析∗

分析桥墩在爆炸冲击作用下的反射超压是研究其动态响应的基础。采用 ANSYS/LS‐DYNA 建立节段拼装桥墩受爆的三维实体分离式模型,并通过既有试验来验证建模方法的可靠性。以桥墩结构形式、节段数目、爆炸比例距离及爆心高度等为设计变量,分析其对节段拼装桥墩冲击波反射超压分布规律的影响。研究结果表明：爆炸冲击作用下节段拼装桥墩的反射超压分布规律与整体现浇桥墩有显著差别;在桥墩节段数目及爆心高度不变的情况下,桥墩反射超压随比例距离的减小而增大;当爆炸高度接近桥墩接缝时,接缝位置处会产生相当大的反射超压;基于分析数据,拟合得到不同比例距离爆炸作用下节段拼装桥墩和整体式桥墩反射超压分布的简化计算公式, 可为研究桥墩受爆的动态响应及其抗爆设计提供参考。     

土-结构相互作用体系振动台试验数值模拟

运用土—结构动力相互作用有限元三维分析软件SASSI2000，对一个土—结构动力相互作用体系振动台模型试验进行了模拟计算。首先对振动台模型试验作了简单的介绍，进而详细介绍了试验的建模方法。对试验的两种地基条件、3条地震波输入、3个加速度峰值水平及两个输入方向的各种组合工况进行了计算，并将试验结果与计算结果进行了比较。结果表明：计算模型较好地模拟了相互作用体系在地震荷载下的反应性状，计算结果与试验结果吻合较好；同时表明，土一结构相互作用效应对结构地震反应有很大的影响。     

软弱场地地铁车站结构地震反应的数值模拟与模型试验对比分析

根据软弱场地土上地铁车站结构大型振动台模型试验结果,以软件ABAQU S为平台,采用记忆型嵌套面黏塑性动力本构模型和动塑性损伤模型,分别模拟土体和车站结构混凝土的动力特性,建立了土-地铁车站结构非线性动力相互作用二维和三维有限元分析模型,对各种试验工况下地基土-地铁车站结构体系的地震反应进行了数值模拟,并与试验结果进行了对比。结果表明:二维、三维数值模拟与振动台模型试验结果基本一致,三维模型可更好地模拟软弱场地与地铁车站结构的动力相互作用及模型结构的动力反应。数值模拟结果和振动台试验结果可相互验证其可靠性。     

风沙流及建筑物风沙荷载的研究进展与展望

我国西、北部地区风沙对建筑物侵袭严重,其作用效应大于净风荷载作用。但我国对于建筑物抗风沙设计理论及设计方法的研究相对较少,开展对风沙流及建筑物风沙荷载研究具有重要的理论与工程意义。简要回顾了风沙流的研究历史,概述了国内外对输沙通量垂线分布、输沙率模型、临界起沙风速、风速轮廓线规律和风沙两相流模型等物理参数模型以及建筑物风沙荷载的研究进展;总结了目前风沙两相流和建筑物风沙荷载研究中存在的问题;最后,提出了综合应用风沙现场实测、风沙风洞试验和数值模拟方法开展建筑物风沙荷载和风沙流场研究的发展展望。     

湖区桥塔塔顶表面风压的数值模拟

以洞庭湖大桥桥塔(主塔)为研究对象,基于Fluent软件平台,模拟了主塔塔顶表面的风压分布。采用3种不同的湍流模型对主塔塔顶进行数值模拟,并将模拟结果与实测试验结果进行了对比。选取合理的湍流模型;并探讨了不同风速及不同风向角对主塔塔顶表面风压分布的影响。结果表明,3种模型模拟的结果均与实测试验结果变化趋势一致,而Realizable k-ε模型的模拟结果更接近于实测试验结果;不同风速对主塔塔顶迎风面及侧面风压系数影响较小,而对其背风面风压系数有较明显影响;不同风向角对主塔塔顶风压系数影响显著,尤其是对其拐角处。研究结论可供湖区复杂高耸结构的抗风设计参考。     

基于现场测试的斜拉桥有限元模型修正

由于多年使用,桥的结构材料等都已经发生变化,因此在研究桥的当前工作状态时,必须依照现场测试结果,将初始模型修正为符合现阶段实际情况的有限元模型。本文以黄河胜利大桥为工程背景,根据设计资料建立了该桥初始有限元模型,用ANSYS通用软件开发了索力修正程序,该程序通过调整拉索的初始应变和附加质量块,使模型索力与设计索力之间误差在5%以内。计算发现,有限元模型中的施工顺序对成桥状态有着很大影响,应通过单元生死技术进行施工模拟。本文以各级加载工况下挠度、索力的变化情况作为控制目标,最终建立了能够反映加载工况下挠度变化、索力变化的黄河胜利大桥基准有限元模型,为今后监测桥的索力变化情况进而了解整座桥的工作状态奠定了基础。     

基于时窗滑动平均法的水沙代表系列研究

确定良好的水文资料代表系列,对有效模拟河床演变有着重要的意义。通过采用时窗滑动平均法,选取不同长度的时窗分别对长系列水沙资料进行了滑动平均计算,确定出最优时窗的代表系列作为河工模型试验的水沙施放过程。最后,将其应用于灞河河工模型试验中,并与西北水利科学研究所2001年所做的正态河工模型试验之平衡河床成果相比较。结果表明:灞河B#坝库区在运行6年后,其河床达到冲淤平衡,与正态河工模型试验的平衡河床结果相符合。说明本河工模型试验所选用的水沙代表系列是正确的,所采用的时窗滑动平均法具有良好的适用性。     

钢桁架-钢筋混凝土管柱结构风致响应试验研究

大跨长悬挑钢-混凝土高柔结构的动力性状决定了其风振系数不能采用我国规范中的方法来计算。制作气弹性模型进行了动力性状、脉动风作用下位移响应、加速度响应、扭转响应、气动力稳定性等问题的相关试验,计算得到了风振系数,分析了风速、风向角、风机、周围建筑物等因素对风振系数的影响,给出了风振系数的建议值。将试验结果与其他方法计算的结果进行了对比分析,结果表明,试验结果偏大,符合风洞试验原理。研究结果为工程设计提供了基础资料,可供同类工程参考。     

梁桥高阻尼橡胶支座的减隔震效果与优化配置研究

高阻尼橡胶支座(HDR支座)以其无污染、高阻尼比的优点在桥梁结构抗震设计中应用越来越广,其在地震履历中表现出了优良的减隔震性能。为了得到HDR支座在梁式桥中的优化配置方案,以连续梁桥为实例,结合超越概率水平为63%、10%、2%的地震波对结构进行动力时程分析,对板式橡胶支座及不同组合高阻尼橡胶支座的隔震效果进行研究。分析结果表明,高阻尼橡胶支座比板式橡胶支座的隔震效果更好;过渡墩处采用滑动支座会削弱过渡墩的地震分担比,而滑动支座的位移量远超过连续墩处,使得全桥各墩的荷载分配不均。全桥均采用HDR支座时过渡墩及连续墩的荷载分担比相对合理,且高阻尼橡胶支座能够在地震中发挥较好的减震耗能作用。     

基于Monte Carlo抽样的近海隔震桥梁地震易损性分析

通过选取我国近海某一隔震桥梁为算例,引入氯离子侵蚀的影响,考虑桥台、板式橡胶支座、桥墩等构件损伤,提出了考虑各构件地震需求相关的全桥系统易损性计算方法。首先对混凝土结构中钢筋锈蚀机理及过程展开了研宄,建立了钢筋屈服强度及直径的退化公式;其次考虑了地震动和结构的不确定性,最终分别基于一阶可靠度理论和Monte Carlo抽样形成了全桥的系统易损性曲线。计算结果表明:对于隔震桥梁而言,板式橡胶支座最容易发生损伤破坏;全桥系统比任何单一构件都更容易发生破坏,采用全桥易损性曲线评价桥梁的抗震性能更加合理;基于Monte Carlo抽样考虑各构件地震需求相关得到的全桥系统真实易损性曲线才能真正反映结构体系的实际抗震性能。     

近地强台风特性分析方法对比研究

利用复杂地形1110组10min时距实测强台风记录,分别采用非平稳风速模型及平稳风速模型进行了脉动风特性参数分析,并与1h时距的计算结果进行了比较。着重讨论了非平稳风速模型是否适用于10min时距的强台风特性分析、如何选择合适的时变平均风及基于1h时距和10min时距分析所得风特性的区别。结果表明,采用非平稳风速模型计算时,时变平均风的振动周期不应小于分析时距的一半,两种时距下非平稳风速模型得到的风速特性的变化特征基本一致。