防撞栏对大跨轨道交通桥梁气动性及行车性的影响研究

为考察防撞护栏对桥梁涡振等风致灾害、车桥气动力和车辆走行性的影响,以大跨度轨道交通桥梁为工程背景,基于计算流体力学的方法,研究了防撞护栏对主梁的涡激振动性能、桥面风场分布以及车桥组合气动力特性的影响。采用自主研发的桥梁科研分析软件BANSYS,分析了防撞护栏对风—车—桥耦合振动性能的影响。研究表明:防撞护栏会明显改变桥梁与车辆气动力系数,降低桥面上方的等效风速,增大桥梁跨中位移响应。但防撞护栏对主梁涡振性能及车辆响应的影响较小。     

基于WSR方法的粗粒土干密度影响因素评价

从系统工程方法论的角度出发,以物理-事理-人理(WSR)方法论为指导,从粗粒土的物理属性、外界因素、试验操作等3个方面全方位多角度地分析总结了压实试验中影响干密度的因素,建立了基于WSR方法的振动压实试验中粗粒土干密度影响因素指标体系,并运用解释结构模型化(ISM)技术构建了粗粒土干密度影响因素的解释结构模型;通过系统分析,将基于WSR方法考虑到的11个影响压实试验中干密度的因素按照其影响程度分成了5个层次等级,并与在试验中的实践经验进行了对比。研究结果表明,在压实试验中,试验仪器的精确度、激振力、压重和激振时间对于粗粒土干密度的大小起着直接的作用,与笔者的实践经验是相似的。     

强震下饱和软粘土残余变形理论与试验研究

通过对杭州饱和软粘土进行双向激振循环三轴试验研究了强震作用下饱和软粘土的变形特性.重点分析了循环应力比、径向循环应力比与初始剪应力等因素对双向激振下饱和软粘土残余应变与软化指数之间关系的影响.通过引入综合影响参数对试验数据进行归一化,建立了双向激振下饱和软粘土残余应变模型.通过将该模型引入到修正的Iwan模型中对双向激振下饱和软粘土的应力-应变关系进行了描述,得到了与实测值比较吻合的结果,证明了所提残余应变模型的合理性.     

基于大型振动台试验的偏压隧道地震响应特性研究

基于动力模型相似理论,设计了一个尺寸为1∶10的偏压隧道模型进行大型振动台试验,研究模型分别在大瑞人工波、Kobe波和汶川波水平竖向双向激振条件下偏压隧道的加速度、动应变和围岩压力的动力响应特性。试验结果表明:偏压隧道竖向加速度响应与地震波、振幅和测点位置有关,且对激振加速度有放大效应,但随输入加速度峰值的增大而减小,受临空坡面放大效应的影响,同一高程靠近坡面的偏压侧放大系数大于非偏压侧(除拱脚外);水平向加速度响应主要与测点位置关系较大,受波形和振幅影响较小。衬砌在地震作用下主要承受拉应力,主应力随输入加速度峰值的增大而增大,非偏压拱脚主应变值最大是抗震设防的关键部位。     

基于性能的结构抗风设计理论框架

提出了基于性能的结构抗风设计理论框架,将风压强度划分为4个设计风压等级(弱风压、中风压、强风压及超强风压),将人体振动舒适度划分为6个等级(无振感、轻微振感、中等振感、烦恼、非常烦恼和无法忍受)、三种振动水平(与人的舒适感相关的振动水平、与人正常工作和操作有关的振动水平、与人的生理健康直接相关的振动水平)。结合不同类别建筑物的性能需求及人体振动舒适度的要求,将结构风振性能水准划分为4种状态(性能健康、性能亚健康、性能病态及性能丧失),将结构风振性能目标划分为5个等级(A、B、C、D、E)。提出了结构抗风概念设计与计算分析的一般原则,给出了结构性能抗风安全性评价及社会经济评价基本内容的建议。     

地铁运行引起建筑物振动的三维有限元分析

随着城市轨道交通的迅猛发展,大量建筑设施不可避免地受到周边铁路或地铁列车振动的影响。基于并行计算集群平台,建立了车辆-轨道-高架桥-基础-地基-建筑物耦合的大型三维有限元分析模型,得到了不同工况下列车运行引起地表及临近建筑结构的振动特征。主要结论如下:不同高度的建筑物在同一楼层的振级相差极小;随着车速的提高,建筑物各楼层的振级均呈逐渐增大趋势;此外,各楼层的振级随建筑物距高架桥距离的增大而逐渐减小。一般高度的建筑物各楼层的振级基本沿高度单调增加,顶层振级最大,而高层建筑物却有明显的拐点,在中间某层出现最大振级。建筑物各层楼板的竖直向振动峰值速度远大于水平向振动峰值。     

南京长江大桥原型结构的动力试验

本文采用高的稳速精度TQJ—4同步起振机为激振源,对南京长江大桥进行动力试验来确定大桥原型结构的自振特性。试验得到了正桥各墩的基频和阻尼比;引桥各墩前三个自振频率、振型及阻尼比。所得到的试验结果与按线弹性有限元法(梁单元)的计算值以及脉动测量数据的频谱分析结果作了比较,并对梁式桥的动力计算数学模型以及单点激振等问题提出了看法。     

斜拉索风雨激振的形状记忆合金半主动控制数值模拟分析

斜拉索风雨激振的控制是斜拉桥工程的关键技术难题之一。本文利用轴向设置的形状记忆合金(ShapeMemory Alloy,SMA)作动器,对斜拉索的风雨激振进行了半主动控制数值模拟分析,控制规则采用KOBORI开关控制。数值分析结果表明,SMA半主动控制可有效的控制拉索的风雨激振;SMA的设置长度及初始的应变大小对控制效果有较大的影响,SMA长度越长,初始应变越大,其控制效果越佳。对由SMA控制引起的拉索张力变化做了分析,其张力的变化很小,在可接受的范围内。研究表明,SMA作动器在参数非理想时控制效果可能有所降低,但控制的稳定性良好。     

海底管道悬跨段振动特性研究

海底管道悬跨段在复杂的波流作用下,极易因涡激振动而引起管道的损坏甚至破坏。为了避免悬跨管道涡激振动的产生,对影响涡激振动的各种因素进行研究很有必要。以海底管道悬跨段为研究对象,采用流固耦合计算方法研究了外流速度、悬跨长度、管道壁厚以及内流等因素对管道振动特性的影响。结果表明,约化速度满足3.26≤Ur≤8的条件时,管道系统产生明显的锁定现象,能够观察到较大的管道横向位移;随着管跨长度的增大,管道的无量纲振幅增大;随着管道壁厚的增大,管道涡激振动的频率基本不变,振幅逐渐减小;空管道的约化速度约为6.517时其振幅最大,而当管道内有流体存在时,约化速度约为7.966时其振幅最大;输流管道的涡激振动振幅小于空管道的振动振幅。     

地铁运行引起的地面振动实测及传播规律分析

对地铁线路某区间段的地面振动进行实测,采集不同测线和不同测点处的水平方向、竖直方向加速度,并转化为傅里叶幅值谱对其进行衰减规律分析。利用公式将加速度记录换算为振级和分频振级,参照相关的国家标准分析不同距离处的振级和频率成分。对比同一加速度记录中的两对开方向列车引起的地面振动,进一步分析振动衰减的规律。所得到的结果可供地面建筑的隔振减振及城市轨道的规划和设计参考。     

地铁列车运行诱发低频振动控制数值研究∗

地铁列车运行诱发的低频振动问题受到人们的广泛关注,对于低频振动的控制研究具有重要意义。采用移动激振力函数来模拟轮轨之间相互作用力,建立轨道‐隧道‐地层三维动力有限元模型。核心思想是通过降低地层中能量传递密度的方式来减小低频振动,首先分析地铁列车运行诱发的地层和地表动力响应规律,揭示低频振动的传播衰减机理。之后通过普通整体道床轨道和钢弹簧浮置板轨道两个不同的轨道型式,系统地分析普通整体道床轨道中隧道衬砌参数和道床参数对地表低频振动的影响规律,对钢弹簧浮置板轨道进行优化,增大底板的刚度和厚度,研究优化后底板参数和隔振器排列方式对地表低频振动的控制效果。计算结果表明：低频部分随着与隧道纵向轴线距离的增加,在地层和地表均衰减较慢;普通整体道床轨道中道床刚度和高度、隧道衬砌刚度均对低频振动的影响较大,而隧道衬砌厚度对低频振动的影响较小;钢弹簧浮置板轨道中随着底板刚度和长度的增加,低频振动的控制效果越好,隔振器数量越少,越有利于低频振动的控制。     

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。     

地铁振动作用下上部正交综合管廊动力响应试验研究∗

为揭示地铁振动荷载作用下上部正交管廊的动力响应规律,采用缩尺物理模型试验的方法,利用激振电机模拟地铁列车运行时产生的振动荷载,研究地铁隧道?黄土地基?综合管廊传播路径下地铁运行振动的传播规律及管廊结构的动态响应特征。试验结果表明：地铁运行产生的振动由隧道顶部向上部土体传播的过程中表现出先骤减后缓慢减小的规律,加速度响应主要集中于隧道上部 40 cm（原型 4 m）区间,动态土压力则在隧道顶与其上部管廊垂直间距 80 cm（原型 8 m）全段均有较明显的响应。上部正交综合管廊顶、侧、底板与周围土体的动态接触压力响应明显,并且在相同振动荷载作用下表现出相对稳定的比例关系。随着地铁振动荷载的增强,上部正交管廊的结构加速度响应逐步增强,而管廊结构与周围土体的动态接触土压力增长幅度更为显著。     

输电导线风致舞动的数值模拟研究

风致舞动是一种大幅值驰振现象,在输电导线覆冰时经常发生,是输电导线最为严重的灾害之一。为了揭示输电导线风致舞动的致灾机理,本文采用基于双向耦合的CFD数值模拟方法对新月形覆冰导线舞动过程进行模拟分析,研究了不同风速下覆冰导线气动负阻尼的变化规律。研究结果发现,覆冰导线在横向不会产生气动负阻尼,而在竖向和扭转方向的部分风攻角下会产生气动负阻尼。当结构气动负阻尼大于结构固有阻尼时,覆冰导线形成发散的自激振动。进一步研究表明,当覆冰导线同时发生竖向和扭转方向气动发散时,扭转振动发散会改变覆冰导线的风攻角,从而改变竖向和扭转方向的气动阻尼。随着扭转方向的气动负阻尼和固有阻尼相抵消,覆冰导线的扭转振动渐渐趋于稳定。     

大跨径斜拉桥施工双悬臂状态抖振响应分析及控制

斜拉桥在施工状态时柔性大、振动频率较低,在紊流风的作用下梁端会产生较大的竖向抖振位移,而塔的摇头运动会在塔根引起较大的纵向弯矩。以某三塔斜拉桥为例,根据大跨度桥梁抖振响应有限元理论,分析和比较了5种不同的风缆设置方案以及设置临时支撑桩方案的抑振效果,并提出了一种有效的抑振措施。     

张力对大跨越输电导线Bate阻尼线防振影响研究

为了掌握张力对输电导线Bate阻尼线体系的微风消振效果影响,采用能量平衡法分析了输电导线Bate阻尼线体系的微风振动特性。结合IEEE输电导线振动测试指南,设计制作了输电导线Bate阻尼线体系消振特性试验模型,分析了安装Bate阻尼线前后的输电导线微风振动特性,研究了张力变化对大跨越输电导线防振效果的影响规律。结果表明：①Bate阻尼线可有效地降低导线的微风振动幅值,但单花边Bate阻尼线的消振效果有限,大跨越输电线路需要多花边Bate阻尼线组合防振;②张力可改变输电导线的防振特性,对其微风防振效果影响较大;③导线张力由18%RTS增大到25%RTS时,对于未安装Bate阻尼线的裸导线位移呈现先增大后减小的趋势,但对于输电导线Bate阻尼线体系,张力由18%RTS增大到22%RTS时,在不同激励频段,其振动位移变化趋势并不一致,张力增大到25%RTS时,和未安装Bate阻尼线的裸导线一样,振动位移呈现减小趋势。     

地铁列车运行引起的环境振动评价

随着城市地铁建设的快速发展,地铁运行引起的环境振动问题引起了社会的广泛关注。以软件ABAQUS为计算平台,给出了模拟地铁列车振动荷载的表达式;采用修正Martin-Seed-Davidenkov动粘弹塑性本构模型描述土的动力特性;分析了地铁列车运行引起的地表振动特性;以地表振动加速度振级表征地表振动强度,对地表振动强度进行了分析和评价,为地铁线路选线和地铁沿线邻近建(构)筑物的减隔振设计提供一定的依据。     

环形阻尼结构设计及其阻尼层厚度的优化研究

模拟地铁盾构隧道结构,设计了环形自由阻尼结构和环形约束阻尼结构。通过自由梁单点激振实验,探讨了阻尼层厚度对两种结构的复合损耗因子、振动加速度级等阻尼性能的影响规律,继而优化阻尼层厚度。环形自由阻尼结构实验结果显示:当阻尼层厚度在1~7 mm范围增加时,结构振动加速度幅值比无阻尼结构分别降低了1.1%~65.6%;同时,各阶复合损耗因子及增幅均逐渐增加,振动加速度级逐渐降低。环形约束阻尼结构实验结果显示:当结构无阻尼、阻尼层厚度为1、3mm时,后者的复合损耗因子相对前者分别增加了18.75%、8.91%,而当阻尼层厚度增至3mm以上时,结构复合损耗因子变化不大。研究结果显示:环形自由阻尼结构的阻尼性能随阻尼层厚度的增加而增强,环形约束阻尼结构在阻尼层厚度为3mm时具有较好的阻尼性能。     

巨型减振结构体系风振效应的参数影响研究

巨型结构风激振动特性非常复杂,其动力性能受多种参数的影响。为合理考虑这些因素的影响,以某48层巨型钢结构为研究对象,针对无控、设置粘滞阻尼器和粘弹性阻尼器三种分析工况,系统研究了其在平均风和脉动风荷载共同作用下的动力响应。通过结构顺风向侧移响应、构件内力响应及顶层加速度响应等一系列数据,揭示了风速攻角、基本风压、附加阻尼比及二阶效应等对此类结构体系风振控制动力性能的影响规律与变化趋势,并依据分析结果对其抗风分析与设计提出了相应的建议,因而具有实用参考价值。     

脱硫增压风机振动超标原因分析及处理

针对330 MW机组湿法脱硫系统增压风机振动超标、影响机组正常运行的问题,采用逐个排除的分析方法,找出脱硫增压风机振动超标原因,提出了改进方案。改造结果表明:风机水平振幅、振速均达到了调整规范要求。