韩江北桥风致动力性能研究

摘要

随着时代和经济的发展,现代桥梁呈现出跨度大、刚度小、质量轻和阻尼小的特点,桥梁抗风问题随之变得异常突出,因此能否保证桥梁在施工期间风振安全及其稳定性成为迫在眉睫的问题。本文主要以韩江北桥施工项目为研究背景,对其风振性能进行了研究,具体进行了以下几方面工作:
　　(1)对现阶段国内外桥梁风致动力性能研究和风场数值模拟研究现状进行了归纳和总结。
　　(2)根据风荷载的相关理论及Monte-Carlo风场数值模拟理论,编制程序获得了风速时程,并检验了其正确性。
　　(3)研究了韩江北桥在钢管合龙前最大悬臂状态、全桥空钢管架设完毕状态以及成桥状态下结构的动力特性,获得了不同状态下的频率和振型模态,并进行了对比分析;此外,将成桥状态下模态频率的计算值与实测值进行了对比,分析了两者差异的原因。
　　(4)采用时程分析方法探讨了上述三种施工状态下结构的风振动力性能,得到了拱肋各个截面的位移分布、应力分布和风振系数,通过比较分析确定了最不利工况,并对其提出了改进措施。研究结果表明:韩江北桥在施工过程中,当拱肋处于合龙前最大悬臂状态时,结构的基频最低,刚度最小,风振过程中产生的应力最大,几乎达到了钢材屈服强度,风振响应也最为剧烈;空钢管架设完毕状态时结构的基频最大,风振响应最小;成桥状态结构频率较空钢管状态时有所降低,结构的风振响应较空钢管状态时大,但较悬臂状态时小。

目录

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 钢管混凝土拱桥的发展

1.3 桥梁风致振动国内外研究现况

1.3.1 国外研究现状

1.3.2 国内研究现况

1.4 风荷载模拟研究现状

1.5 本文研究的主要内容

第2章 风荷载基本理论及三维脉动风场的形成

2.1 风荷载基本理论及其主要研究方法

2.1.1 平均风特性

2.1.2 脉动风特性

2.1.3 结构风效应

2.2 脉动风的模拟方法及过程

2.2.1 平稳随机过程的数值模拟方法

2.2.2 风速时程模拟的AR法

2.2.3 算例验证

2.3 本章小结

第3章 韩江北桥模型的建立及其模态分析

3.1 工程概况

3.2 有限元模型的建立

3.3 动力特性分析

3.3.1 全桥成桥状态动力特性分析

3.3.2 钢管合龙前最大悬臂状态动力特性分析

3.3.3 全桥空钢管架设完毕状态动力特性分析

3.4 本章小结

第4章 静动力风荷载下结构响应分析

4.1 动力计算的分析方法

4.1.1 直接积分法与模态叠加法

4.1.2 韩江北桥风振动力计算中的基本假定和相关参数

4.1.3 韩江北桥静动力风荷载的确定

4.1.4 算例验证

4.2 韩江北桥成桥状态风振动力分析

4.2.1 风振响应结果分析

4.3 钢管合龙前最大悬臂状态风振动力分析

4.3.1 风振响应结果分析

4.4 全桥空钢管施工状态风振动力分析

4.4.1 风振响应结果分析

4.5 本章小结

结论与展望

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢