双链柔式钢索悬索桥抗风性能研究

摘要

悬索桥作为一种跨越能力很强的柔性结构，对风荷载的敏感程度非常大，所以在桥梁的设计、施工和运营阶段进行抗风分析是一个很重要的环节，以此保证桥梁结构在风荷载作用下具有足够的稳定性和安全性。
　　目前，悬索桥抗风分析方法主要有理论分析法、风洞试验法和数值模拟法，其中，数值模拟法由于具有高效、经济、计算结果准确等优点而被广泛应用。
　　本文以黄河大峡水库下游某双链式悬索桥为工程背景进行抗风性能研究。该桥主跨为180m，桥面宽为4.5m.主缆矢跨比为1/12，在风荷载作用下的风致响应很明显，需要对该桥进行抗风分析。桥梁抗风以计算流体力学为基础建立微分控制方程，然后运用数值计算的方法进行求解，从而对桥梁结构进行抗风分析。分析的内容包括：确定桥位处的设计风速及其特征参数；求解三分力系数进行桥梁结构的风致静力响应分析；求解抖振力进行桥梁结构风致动力响应分析。
　　为了对比在不同风攻角下双链式悬索桥和单链式悬索桥的风致响应，在保证既有双链式悬索桥的主缆截面面积和矢跨比一致的前提下，建立了单链式悬索桥有限元模型，然后对双链式悬索桥和单链式悬索桥进行了风致静力仿真分析和动力抖振时域仿真分析：
　　(1)静力分析包括：以计算流体力学理论知识为基础,数值模拟了加劲梁断面在风攻角从-6度～6度的静力三分力系数，并计算出静力三分力，然后分别对双链式悬索桥和单链式悬索桥进行加载，并对计算结果进行对比和分析。
　　(2)桥梁的动力分析主要研究了脉动风作用下所产生的抖振力对桥梁结构产生的影响。通过 MATLAB模拟出脉动风速，代入到抖振力模型中得到不同风攻角下的抖振力时程，对双链式悬索桥和单链式悬索桥分别加载,进行瞬态动力求解，并对计算结果进行分析对比，从而为桥梁结构的选型提供参考。

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1 绪论

1 .1 前言

1 .2 国内外桥梁风工程研究理论与现状

1 .3 桥梁抗风理论的建立和发展

1 .4 本文研究的目的及主要内容

2 计算流体力学在桥梁抗风分析中的应用

2 .1 计算流体力学的基本概念

2 .2 流体力学控制方程

2 .3 计算流体力学数值计算模型

2 .4 计算流体力学数值模拟方法

2 .5 ANSYS FLUENT CFD 简介

2 .6 本章小结

3 基于CFD的桥梁主梁断面三分力系数数值模拟

3 .1 平均风下的桥梁主梁断面的静荷载及三分力系数

3 .2 桥梁主梁截面静力三分力系数模拟

3 .3 本章小结

4 桥梁静风响应分析

4 .1 双链式悬索桥静风响应分析

4 .2 单链式悬索桥静风响应分析

4 .3 本章小结

5 桥梁抖振时域分析

5 .1 脉动风特性

5 .2 桥梁抖振分析方法

5 .3 桥位处脉动风场的数值模拟

5 .4 双链式悬索桥抖振时域分析

5 .5 单链式悬索桥抖振时域分析

5 .6 本章小结

6 结论与展望

6 .1 结论

6 .2 展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果