考虑静风位移的大跨度桥梁斜风抖振响应频域分析

摘要

抗风是大跨度桥梁结构设计中的关键问题之一。随着桥梁跨度的不断增加，结构变得越来越柔，静风荷载作用下的桥梁位移也会随之显著增加，从而对其抖振响应产生一定的影响。静风位移对桥梁抖振响应的影响主要通过以下两个方面来实施：一是较大的静风位移可能会改变结构的刚度特性，从而使桥梁的固有动力特性发生变化，进而影响抖振响应；其二是静风位移将使桥梁构件发生扭转，而从引起附加风攻角和附加风偏角，改变作用在桥梁构件上的抖振力和自激力，进而影响抖振响应。 本文的研究工作主要是在现有研究成果的基础上，进一步完善斜风下大跨度桥梁抖振响应分析方法以考虑静风大位移影响，并以南京长江三桥为工程背景通过全桥气弹模型试验验证理论方法的可靠性。主要工作包括以下四个方面： 1、采用双天平节段模型测力风洞试验方法测量在不同风向角的斜风作用下主梁断面气动六分力系数，并研究六分力系数随不同风向角下的变化规律。 2、采用有限元方法进行静风位移对桥梁动力特性影响的研究。首先对大跨度桥梁进行了斜风下静力响应分析，然后在为变形结构的初始位置和静风下变形结构的新平衡位置上分别进行结构动力特性分析，并通过比较考察静风位移对桥梁动力特性的影响。 3、给出了斜风下考虑静风位移的大跨度桥梁抖振频域分析方法的基本思路和理论公式。 4、首先以南京三桥为例，通过全桥气弹模型试验方法对所提考虑静风位移的大跨度桥梁斜风抖振分析方法的合理性和可靠性进行验证。然后进行大跨度桥梁抖振参数分析，研究不同气动导纳函数、自激力、静风位移以及风向角对抖振响应的影响。 研究结果发现，对于主跨650m左右的斜拉桥，由于静风位移较小，因此对结构动力特性和抖振响应的影响也较小：气动导纳和自激力对抖振响应有显著的影响；不考虑自激力造成的主梁竖向、侧向和扭转抖振响应偏差达率甚至分别可达76％、58％和39％。

目录

文摘

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第1章绪论

1.1大跨度桥梁的发展

1.2桥梁静风响应

1.3桥梁风致振动

1.3.1颤振

1.3.2驰振

1.3.3涡振

1.3.4抖振

1.4桥梁抖振理论方法

1.4.1抖振频域分析

1.4.2抖振时域分析

1.4.3斜风下桥梁抖振分析

1.5大跨度桥梁抗风研究的实验方法

1.5.1节段模型静风三分力试验

1.5.2节段模型测振试验

1.5.3桥塔模型试验

1.5.4全桥气弹模型试验

1.6本文主要内容

第2章主梁断面气动六分量系数风洞试验研究

2.1引言

2.2静风荷载

2.2.1传统的三分量静风荷载

2.2.2斜风下六分力静风荷载

2.2.3三分量静力荷载与六分量静力荷载的简单对比

2.3气动六分力系数双支式节段模型试验概况

2.3.1模型设计及其安装

2.3.2试验工况和试验风速

2.4气动力系数的计算

2.5试验结果

2.7六分力系数和三分力系数结果比较

2.8本章小结

第3章考虑静风位移的桥梁结构动力特性分析

3.1引言

3.2斜拉桥有限元模型

3.2.1斜拉桥有限元建模方法

3.2.2南京三桥的有限元模型

3.3斜风作用下桥梁静风位移响应分析

3.3.1静风响应分析方法

3.3.2南京长江三桥静风响应分析

3.4南京三桥动力特性分析和主要结果

3.4.1动力特性分析

3.4.2比较总结

3.5本章小结

第4章考虑静风位移的桥梁抖振频域分析方法

4.1引言

4.2抖振分析基本假设

4.3考虑静风位移的随机抖振分析基本流程

4.4抖振力模型

4.5自激力模型

4.6抖振运动方程的确立及求解

4.7本章小结

第5章抖振响应分析的全桥气弹模型试验验证及参数分析

5.1南京三桥全桥气弹模型试验

5.1.1模型设计原则

5.1.2模型设计

5.1.3大气边界层风场模拟

5.1.4试验风速及试验工况

5.1.5风振响应测量截面布置

5.1.6主要试验结果

5.2斜风下桥梁抖振响应频域分析结果及试验结果的比较

5.2.1输入计算数据

5.2.2计算结果

5.3抖振响应参数分析

5.3.1气动导纳的影响

5.3.2自激力的影响

5.3.3静风位移的影响

5.3.4初始风攻角和风偏角的影响

5.4本章总结

第6章结论与展望

6.1主要研究工作

6.2主要研究结论

6.3进一步工作的方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文