大跨度桥梁非平稳抖振响应的精细分析方法

摘要

非平稳抖振响应分析是大跨度桥梁抗风性能分析的重要组成部分。本文研究了大跨桥梁在台风作用下非平稳抖振响应的精细分析方法，包括：提出了在非平稳风下进行结构响应分析的时-频框架和利用该框架改进的非平稳抖振力模型，主要工作包含两部分：
　　第一部分提出了在非平稳风下进行结构响应分析的时-频框架。基于演变功率谱密度（EPSD），分别计算非平稳风非湍流和湍流部分的结构响应，然后组合得到响应极值。非平稳风的非湍流分量由归一化的时间函数和不同于平稳风的垂直风剖面建模的时变平均速度表示，然后通过用由时变平均风速的静力变换得出的时变平均风力，进行静力求解得到时变平均风响应；通过使用包括瞬态结构动力响应的虚拟激励方法，根据反映瞬时风-结构相互作用的非平稳湍流分量的阵风EPSD和瞬时气动力传递矩阵来求解脉动响应的概率特征。另外，文中也提供了此计算框架基于小波的实现和时域实现。最后，用数值算例展示了该框架，结果表明其可以较好预测非平稳风作用下的结构响应。
　　第二部分，提出一种用于计算台风引起的大跨度桥梁抖振响应的改进的非平稳抖振力模型：改进了现有的非平稳台风的风速模型；引入相干函数传递矩阵和时间相关气动导纳函数；考虑由瞬时有效攻角的变化和平均风速的沿跨向非均匀分布引起的抖振力的非线性的影响。最后，以台风“杜鹃”作用下的某大跨斜拉桥非平稳响应为例，对上述的改进模型的影响则进行评估。结果表明，台风风速的改进 EPSD模型、由于瞬时有效攻角的非线性以及平均风速跨向分布的变化仅略微改变了抖振响应。相比之下，引入抖振力的跨向相干性增加25-40％的极值响应，而引入时间相关导纳函数将减少极值响应多达70％。

目录

声明

1 绪论

1.1研究背景

1.2研究的意义和目的

1.3国内外研究现状

1.4本文的主要研究内容

2 非平稳气动荷载响应的时-频域建模框架

2.1引言

2.2非平稳响应分析框架

2.3非平稳平均风响应

2.4非平稳脉动风响应

2.5极值响应

2.6基于小波的时-频分析框架

2.7时-频分析框架的时域实现简介

2.8数值算例

2.9小结

3 改进的大跨桥梁非平稳抖振力

3.1引言

3.2非平稳抖振分析框架

3.3工程背景

3.4台风风速EPSD模型

3.5相干函数传递矩阵

3.6时间相关气动导纳函数

3.7瞬时有效攻角引起的非线性

3.8平均风速跨向分布

3.9通过改进的抖振力模型预测的非平稳抖振响应

3.10小结

4 总结与展望

4.1全文总结

4.2未可能的研究方向

致谢

参考文献