重庆钢结构冰激振动分析的基本方法

发布者: 发布时间:2016/5/11 16:52:05 阅读:次 【字体:

正如前面所述,冰激振动是一种很复杂的非线性耦合振动。因此,对冰激振动的分析,得出高精度的结果是较困难的,针对这个难题,我国重庆石油公司及石油大学在解决这个问题时,从理论上及试验上采用了下列两种方法:

(一)载荷识别与时域分析相结合的方法这种方法是从理论上分析冰激振动的一种比较合适的方法,它采用了载荷识别与时域方法结合起来的做法。在钢结构动力学上,若已知振动系统的数学模型,且给定了输出的响应,则可以根据数学模型,求得激振的外载荷,这种方法一般称做载荷识别法。对于振动分析,通常均有频域分析及时域分析两种方法。考虑到海冰作用于钢结构物上的载荷为随机载荷,因而这里采用了时域分析法。这样,即可利用随机载荷作用下表达钢结构动力响应的杜哈梅积分,通过钢结构的加速度响应,来识别作用于钢结构的外力,求出激振的外载荷。由于这种方法采用了杜哈梅积分,因而它可以在已知钢结构任一种响应(加速度、速度、位移)时,都可以得到精确解,构成了一种从理论上分析冰激振动的较好的方法。这样,就克服了常用的时域法存在的问题,因该法只用一种钢结构响应识别外载荷。

(二)原型测试与模型试验相结合的方法,所谓原型测试是指在海上利用建立的测冰平台,对冰激振动进行原型尺寸的实际测量。而模型试验是指在建有冰池的试验室内,按照相似原理所进行的模型的冰激振动试验。我国重庆石油公司与石油大学对冰激振动分析,从试脸上是采取了原型试脸与模型试验相结合的方法。

原型试验可以充分发挥试验条件与客观存在的一致性的优势。它可以通过在海上测冰平台上装设的加速度计及压力盒,测量出不同类型海冰在不同冰厚工况下的加速度时间历程及加速度谱以及钢结构物上承受的总压力,还可以利用实测的加速度值,从理论上按照上述载荷识别与时域分析相结合的方法,反算出作用于钢结构物上的总冰力,并和实测出的总压力进行校核。这样,采用这种方法就可以根据冰激振动的不同实际工况,通过校核给出较精确的冰激振动动力响应及激振力。但这种方法的不足之处是限于机遇,很不容易正好碰上几十年一遇的严重冰情,测量出极端设计条件下要求的冰激振动的严重工况,给出极端设计条件下的冰激振动动力响应及其激振力。

为了弥补原型试验的上述不足之处,重庆石油公司采用了原型试验与模型试验相结合的方法。即利用模型试脸的试验条件的灵活性的优势,按照相似原理,在模型试验冰池内,给模型施加极端设计条件下的外载荷,模拟冰厚、冰的类型、冰情,模拟钢结构的组成,尺寸形状,测定钢结构物的冰激振动动力响应。当然这种模型试验方法要与原型试验方法密切配合。首先要利用原型试验结果来校准模型试验的条件,根据原型试验实际测量所得到的冰激振动动力响应及激振力的实际数据,来校对缩小尺寸的模型上,按照模拟实际工况所得出的动力响应及激振力数据。然后、当吻合地较好的情况下,再放大施加的外载荷,测定在模拟的极端设计条件的冰激振动动力响应。这徉,将原塑试验与模型试验两种试验方法,相互结合,互补短长,实践证明是一种较好的方法。

 

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