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桥梁船撞研究进展综述:事故、分析与防护

中国公路学报 2024年第5期37卷 38-66页

作者：樊伟钟正午王君杰夏烨吴昊吴青霖刘斌桥梁工程安全与韧性全国重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082 同济大学土木工程学院上海200092

近年来,桥梁船撞事故频发,船撞已成为桥梁失效的主要原因之一。为推动桥梁防撞设计方法的发展与桥梁防撞技术的进步,对近20年的桥梁船撞研究展开综述,评述重点涵盖风险评估、响应分析与防护措施3个方面。首先,从实际的桥梁抗撞需求出发... 详细信息

近年来,桥梁船撞事故频发,船撞已成为桥梁失效的主要原因之一。为推动桥梁防撞设计方法的发展与桥梁防撞技术的进步,对近20年的桥梁船撞研究展开综述,评述重点涵盖风险评估、响应分析与防护措施3个方面。首先,从实际的桥梁抗撞需求出发,搜集了中国2012~2022年桥梁船撞事故,总结出近年桥梁船撞事故所呈现出的4个新特征,弥补了这一时段中国船撞事故信息的缺失。然后,从研究方法的角度切入,介绍了桥梁船撞风险评估方法与响应计算方法,总结了试验法、接触有限元分析法、等效静力法和等效动力法这4种碰撞响应计算方法的发展动机、特点、应用场景及局限性。防护措施方面,着重梳理了浮式拦截系统与自浮式防撞装置这2种被动防撞措施的发展历程与构造特点,以及主动预警防护措施研究中所涉及的算法实现与更迭。最后,指出了当前桥梁船撞研究在考虑全要素分析、多灾害耦合、规范化设计等方面所面临的诸多挑战,并对桥梁船撞研究未来发展的主要方向做出展望。

关键词：桥梁工程桥梁船撞综述风险评估分析方法防撞措施

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铁路悬索桥车致纵向运动混合阻尼减振研究

湖南大学学报（自然科学版） 2024年第7期51卷 10-20页

作者：封周权范周健井昊坤张弘毅陈政清万田保风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 桥梁工程安全与韧性全国重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 中铁大桥勘测设计院集团有限公司湖北武汉430056

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统... 详细信息

针对铁路悬索桥在列车过桥时梁端纵向运动响应控制问题,提出了一种创新的混合阻尼减振方案,采用多种类型的阻尼器控制梁端位移,以满足不同的减振需求.以某在建大跨铁路悬索桥为工程背景,建立了空间桁架精细模型和等效单梁简化模型,系统研究了混合阻尼减振方案不同阻尼器参数对减振效果的影响.该方案将低指数黏滞阻尼器纵向安装于桥塔与加劲梁之间,同时在桥台与加劲梁之间纵向安装电涡流阻尼器.鉴于桥台结构的特殊性,电涡流阻尼器被设计为仅能承受压力的装置,并通过样机试验进行了验证.为了进一步提升减振性能,电涡流阻尼器还配备了摩擦耗能元件.该混合阻尼减振方案能够有效控制列车过桥时梁端的纵向运动响应,显著提高桥梁结构的安全性和耐久性,在类似工程中具有重要的参考价值和借鉴意义.

关键词：铁路悬索桥梁端纵向运动控制混合阻尼减振低指数黏滞阻尼器电涡流阻尼器

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柔性光伏系统颤振性能的节段模型试验研究

土木工程学报 2024年第2期57卷 25-34页

作者：李寿英马杰刘佳琪陈政清湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南长沙410082

柔性光伏支架的频率低、质量轻,极易在风荷载作用下发生大幅振动。以某实际柔性光伏项目为工程背景,借鉴桥梁抗风的研究经验,对该柔性光伏支架的颤振性能进行研究。首先,考虑严格的相似比关系,设计并制作了弹性悬挂节段模型系统,并对其... 详细信息

柔性光伏支架的频率低、质量轻,极易在风荷载作用下发生大幅振动。以某实际柔性光伏项目为工程背景,借鉴桥梁抗风的研究经验,对该柔性光伏支架的颤振性能进行研究。首先,考虑严格的相似比关系,设计并制作了弹性悬挂节段模型系统,并对其动力特性进行了测试;然后,进行不同光伏组件倾角(-39°~+39°)下的弹性悬挂节段模型测振风洞试验,研究光伏组件风致响应随风速的变化规律,得到各倾角下柔性光伏节段模型的颤振临界风速值,探讨2种气动措施对提高柔性光伏支架颤振稳定性的效果。结果表明:在0°~39°的正倾角工况下,柔性光伏支架的颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在12°~21°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为9.6m/s;在-39°~0°的负倾角工况下,颤振临界风速随光伏组件倾角的增大,也呈现先减小后增大的趋势,最小颤振临界风速出现在-21°~-12°光伏组件倾角范围内,折算成实际风速为10.1m/s;设置中央稳定板的气动措施难以有效提高柔性光伏支架的颤振临界风速。

关键词：柔性光伏支架颤振节段模型风洞试验临界风速光伏组件倾角气动措施

基于RBFNN-ISSA的特大跨径悬索桥有限元模型修正

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振动与冲击 2024年第7期43卷 155-167页

作者：王祺顺何维吴欣郭伟奇雷顺成湖南省交通科学研究院有限公司交通建设工程湖南省重点实验室长沙410015 长沙理工大学土木工程学院桥梁工程安全控制省部共建教育部重点实验室长沙410015 湖南大学土木工程学院风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首... 详细信息

针对大跨径悬索桥一类复杂结构的有限元模型修正问题,提出了一种基于径向基神经网络(radial basis function neural network,RBFNN)子结构代理模型与改进麻雀搜索算法(improved sparrow search algorithm,ISSA)的有限元模型修正方法。首先,基于桥梁图纸数据采用通用有限元软件建立一座大跨悬索桥的初始有限元模型,并根据拉丁超立方抽样原则生成子结构材料参数-结构响应的训练样本,通过RBF神经网络和子结构模拟方法对初始有限元模型进行解构重组和样本学习,拟合关于材料参数-结构响应的代理模型。其次,建立考虑主梁挠度和模态频率误差最小的有限元模型参数修正数学优化模型,采用Tent混沌映射及黄金正弦策略改进标准麻雀搜索算法,引入柯西分布函数和贪心保留策略对每一代麻雀种群进行扰动,以用于求解联合静、动力特征的有限元模型修正数学优化问题。最后,以杭瑞高速洞庭湖大桥为工程背景,进行了悬索桥荷载试验,利用实测桥梁响应数据验证了该方法的可行性。研究结果表明:基于RBF神经网络与子结构法的模型修正方法,可以建立拟合精度较高的悬索桥结构代理模型;基于子结构RBF神经网络与改进麻雀搜索算法修正后的有限元模型相较于整体RBF神经网络、支持向量机和Kriging模型,大幅提升了对于实际结构的模拟精度,与实测数据相比,修正前后有限元模型在两级静力加载工况下13个有效测点挠度的平均相对误差降低了25%以上,前8阶模态频率的平均相对误差由-6.83%降至-2.38%,MAC值结果表明修正后模型能够准确地反映出大桥的实际振动状态,有效改善了初始有限元模型计算失真的情况;此外,基于混合策略改进后的麻雀搜索算法对于有限元模型修正参数的寻优具有更佳的收敛效率和稳定性。

关键词：桥梁工程有限元模型修正改进麻雀搜索算法(ISSA) 悬索桥径向基神经网络(RBFNN) 柯西变异策略

大跨度公铁双层斜拉桥主梁涡激共振机理与控制

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湖南大学学报（自然科学版） 2024年第1期51卷 1-13页

作者：刘志文周威刘振标严爱国夏正春陈政清桥梁工程安全与韧性全国重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082 中铁第四勘察设计院集团有限公司湖北武汉430063

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托,采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果,结合计算流体动力学(CFD)静态绕流模拟,对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法.研究表明... 详细信息

以拟建的某主跨808 m公铁双层斜拉桥为工程依托,采用节段模型风洞试验研究不同攻角下双层桁架梁断面的涡振性能及5种气动控制措施的抑振效果,结合计算流体动力学(CFD)静态绕流模拟,对比分析双层桁架梁断面的涡振机理及控制方法.研究表明:主梁断面原设计方案在+3°和0°风攻角下存在明显的竖向和扭转涡振现象,且振幅超过规范允许值;间隔封闭上层桥面栏杆或增设抑流板可有效抑制主梁扭转涡振,但竖向涡振振幅仍不满足规范要求;上弦杆外侧增设风嘴可有效抑制主梁竖向和扭转涡振,而下弦杆外侧增设风嘴对主梁涡振抑振效果有限.气流经主梁原设计断面上层桥面分离后,在其上下表面形成周期性脱落的大尺度旋涡,并在上层桥面后部再附,这是主梁发生竖向涡振的主要诱因;上弦杆外侧增设风嘴可引导气流平稳通过上层桥面,消除了周期性的旋涡脱落,并在其上表面形成一段狭长“回流区”,从而有效抑制了涡振的发生.

关键词：桥梁工程涡激共振机理风洞试验双层桁架主梁气动控制措施计算流体动力学

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局部受热锈蚀预应力混凝土梁力学性能试验研究

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铁道科学与工程学报 2024年第2期21卷 681-696页

作者：杨鸥刘智宇葛鹏吕博文风工程与桥梁工程湖南省重点实验室(湖南大学) 湖南长沙410082 湖南大学土木工程学院湖南长沙410082

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。... 详细信息

随着我国基础建设的发展,大量混凝土桥梁在恶劣环境影响下发生腐蚀和老化,腐蚀桥梁结构的灾害破坏机理研究对桥梁结构的运营安全具有重要意义。为研究已经锈蚀受损的桥梁在局部受热状态下的高温力学性能,设计10根预应力混凝土梁试件。其中对照组的2根试件在常温下加载,试验变量为预应力筋初始应力,试验组的8根试件在高温下加载,试验变量分别为钢筋锈蚀、预应力筋初始应力、初始荷载。首先,基于电化学原理对4根预应力混凝土梁进行钢筋加速锈蚀处理,然后利用复合高温试验炉对8根预应力混凝土梁(4根锈蚀、4根未锈蚀)在跨中进行三面受火试验。最后,采用数值方法对局部受热预应力混凝土梁进行了仿真分析。研究结果表明:局部受热条件下,预应力混凝土梁的承载能力会发生明显降低,下降幅度约为11.3%~14.9%;钢筋锈蚀导致的混凝土开裂会对预应力混凝土梁的抗火性能产生不利影响,主要表现为2个方面,1)相同试验条件下,锈蚀后的试件预应力增量更大;2)锈蚀试件在局部受热条件下承载能力下降幅度更大,约为19.4%~21.9%;增大预应力筋的初始应力可以减小预应力混凝土梁在局部受热时的高温蠕变变形;局部高温作用下预应力混凝土梁对初始荷载较为敏感,当试件初始荷载值提升20%时,三分点位移量约增大60%。研究成果可以为实际锈蚀桥梁的防火设计和灾后应急提供理论依据。

关键词：预应力混凝土梁局部受热钢筋锈蚀火灾试验温度场

基于气动措施和滑轮式TMD的人行景观桥涡振混合控制研究

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振动与冲击 2024年第10期43卷 140-148页

作者：陈智封周权陈谨林孙秀贵华旭刚湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室长沙410082 湖南省交通规划勘察设计院有限公司长沙410200

为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施... 详细信息

为了解决传统式调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)在控制低频桥梁结构中弹簧静伸长过长的问题,介绍了滑轮式TMD及其用于结构振动控制时的特点,指出滑轮式TMD可以有效减小弹簧静伸长量。以一座人行景观桥为例,研究了采用气动措施和滑轮式TMD对该桥的涡振控制效果。风洞试验结果显示,在最优气动措施下,主梁的涡振振幅减少了一半以上,但仍未达到行人舒适性要求。基于Scanlan线性涡激力模型进行滑轮式TMD的优化设计,在气动措施的基础上进一步辅以滑轮式TMD进行涡振控制。分析结果表明,气动措施结合滑轮式TMD进行涡振控制能够满足行人舒适性要求,并确保滑轮式TMD质量块的工作行程不超过限值。通过同时采用气动措施和滑轮式TMD,可以满足主梁涡振限值、TMD弹簧静伸长量和工作行程等多重要求,从而有效控制主梁的涡振现象。本文提出的混合控制方案为类似工程中的涡振控制提供了有益参考,可为工程实践提供指导。

关键词：调谐质量阻尼器(TMD) 涡振控制气动措施滑轮式TMD 行人舒适性

环境激励下大跨度斜拉桥模态参数识别的贝叶斯谱分解法研究

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振动工程学报 2024年

作者：封周权张吉仁温青石双发景强高文博华旭刚湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室湖南大学桥梁工程安全与韧性全国重点实验室湖南科技大学结构抗风与振动控制湖南省重点实验室港珠澳大桥管理局

近年来，由于贝叶斯模态识别方法优越的不确定性量化能力，其在大跨度桥梁领域应用日益广泛。为了进一步提升贝叶斯模态参数识别的计算效率，基于频域分解法（FDD）与贝叶斯谱密度法（BSDA）的思想，提出了贝叶斯谱分解法（BSD）。分别... 详细信息

近年来，由于贝叶斯模态识别方法优越的不确定性量化能力，其在大跨度桥梁领域应用日益广泛。为了进一步提升贝叶斯模态参数识别的计算效率，基于频域分解法（FDD）与贝叶斯谱密度法（BSDA）的思想，提出了贝叶斯谱分解法（BSD）。分别对每阶模态附近的响应谱矩阵进行奇异值分解，得到奇异值（包含频率和阻尼信息）和奇异向量（包含振型信息）；利用奇异值和奇异向量的统计特性推导了待识别模态参数的后验概率分布函数，将模态参数识别转化为求最大后验概率点的优化问题；采用高斯分布近似后验概率分布函数以实现识别结果的不确定性量化。通过一个6层框架的数值模型对贝叶斯谱分解法的有效性进行了验证。随后将贝叶斯谱分解法应用于一座大跨度斜拉桥中，利用环境振动数据识别得到了桥梁的模态参数，并与随机子空间法（SSI）识别结果进行了对比分析。识别结果进一步证明了贝叶斯谱分解法的有效性和先进性。

关键词：大跨度斜拉桥模态识别贝叶斯推理环境振动谱分解不确定性量化

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大跨斜拉桥自由振动阻尼识别与不确定性分析

应用基础与工程科学学报 2024年

作者：封周权石双发张吉仁贺耀北王甜华旭刚湖南大学风工程与桥梁工程湖南省重点实验室桥梁工程安全与韧性全国重点实验室湖南大学湖南省交通规划勘察设计院有限公司

结构阻尼比对桥梁抗风设计和减振控制至关重要。对数衰减法作为一种经典的阻尼比识别方法，尽管应用广泛，但受噪声等因素影响，衰减周期数的选择会显著影响阻尼比的识别精度。为了提升对数衰减法在工程中的适用性，本文首先建立了对数... 详细信息

结构阻尼比对桥梁抗风设计和减振控制至关重要。对数衰减法作为一种经典的阻尼比识别方法，尽管应用广泛，但受噪声等因素影响，衰减周期数的选择会显著影响阻尼比的识别精度。为了提升对数衰减法在工程中的适用性，本文首先建立了对数衰减法的不确定性分析理论模型，推导出了最优衰减周期数的理论计算公式以及恒定的最优振幅比。其次，通过单自由度数值算例验证了所提方法的有效性和鲁棒性。最后，将解析模态分解法与所提方法相结合，应用于某大跨度钢混组合梁斜拉桥的阻尼比识别。结果表明，最优衰减周期数对应于最大振幅衰减至0.3299倍时，此时阻尼比识别的不确定性最小。由于振幅依赖性影响，识别所得大跨度钢混组合梁斜拉桥的阻尼比结果相对离散，但均在1%左右，与公路桥梁抗风规范推荐值接近。本文研究成果为对数衰减法的工程应用提供了有价值的指导。

关键词：斜拉桥阻尼识别对数衰减法自由振动不确定性量化信号分解