大跨度悬索桥风振响应分析及计算机仿真

摘要

本文在对近地风荷载的特性进行详细地研究之后，着手于风荷载的模拟，以及在有限元框架中实现由风荷载作用下结构的颤振和抖振动力响应分析。具体所做的工作如下： 文章叙述了桥梁风致响应分析研究国内外研究的历史以及现状和发展趋势；讨论了近地风的有关特性，包括风的组成、平均风剖面平均风速的特性以及脉动风速的特性等，简要介绍了风引起的灾害。在详细讨论了近地风的特性之后，基于脉动风速功率谱密度函数，引用了时间序列多维AR自回归模型来模拟近地风速，采用BIC准则确定模型的结束，并编制了多点风荷载模拟程序，以及对模拟结果进行了谱分析以验证程序的正确性；讨论了在风荷载作用下结构的响应。利用Scanlan修正后的全颤振导数的自激力气动力方程，和抖振力方程，并利用有限元理论，把这些单元力，转化为等效节点力。此外，通过变化把自激力的作用等效于作用在结构上的附加气动刚度和气动阻尼，采用单参数搜索的算法实现颤振分析。最后利用上述方法在ansysy中计算Thiele采用过的一理想简支梁模型，验证方法的正确性及可实现性；对厦门海沧大桥东航道悬索桥进行了颤振和抖振响应分析，并比较有限元分析结构与风洞试验结果，以验证结果的正确性。

目录

文摘

英文文摘

学位论文版权使用授权书及同济大学学位论文原创性声明

第一章概论

1.1悬索桥的发展

1.2桥梁风致振动国外研究状况

1.2.1直接由风洞试验结果评价悬索桥气动性能的阶段

1.2.2理论研究

1.2.3计算流体动力学的兴起

1.3桥梁风致振动国内研究状况

1.4总结

第二章风的特性及风荷载模拟

2.1近地自然风的基本特性

2.1.1平均风速的特性

2.1.2脉动风速的特性

2.2风的危害

2.2.1历史上悬索桥风毁事件

2.3风荷载的模拟

2.3.1求模型参数

2.3.2白噪声方差阵

2.3.3确定多维AR(p)模型的阶数P

2.3.4脉动风模拟实例

2.4本章小结

第三章风致振动有限元分析

3.1风对结构的作用

3.2自激力的有限元模型

3.3单元抖振力的矩阵描述

3.3.1桥面板抖振力方程

3.3.2桥塔的抖振力方程

3.3.3桥索的抖振力方程

3.4等效节点力

3.5风作用下的桥体运动方程

3.6在ANSYS中实现颤振时程分析的过程

3.7算例分析

3.8本章小结

第四章厦门海沧大桥东航道悬索桥风振响应仿真分析

4.1东航道悬索桥简介

4.2计算参数确定

4.3有限元模型建立

4.3.1桥面系

4.3.2索

4.3.3主塔

4.3.4基础

4.4东航道悬索桥自振特性

4.5颤振响应分析

4.6抖振响应分析

4.7风振位移结果

4.8本章小结

第五章总结与展望

5.1总结

5.2展望

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文