市政单索面悬索桥涡激振动控制措施研究

摘要

相对于其他桥型，大跨度钢箱梁悬索桥的基频偏低。当钢箱截面较钝、桥梁的阻尼较低时，大桥极易在设计风速下发生涡激振动。而对于市政桥梁，人行通道的存在又增加了主梁断面的钝性，从而使涡激共振更易发生。涡激共振虽不会对桥梁产生大的破坏，但振动容易使人产生不适感。国内对于抑制涡激共振的研究处在世界领先的水平，但是多数是出于安全性的考虑。对于涡激共振的振幅小于规范容许值的情况研究很少，此时的涡激共振可能会使行人产生不适感。目前国内关于桥梁舒适度的规范，还比较模糊，国外的规范则涉及较多。
　　本文以国内某大桥为工程背景，研究了单索面钢箱梁市政悬索桥的涡激振动及制振措施。本文做了以下工作:
　　(1)回顾了塔克马大桥的抗风历史，引出了市政桥梁的抗风必要性。提出了两种种舒适度评价指标以及对于舒适度有规定的三种常见国外规范。
　　(2)利用通用有限元软件对于该桥进行了有限元模拟，利用有限元模拟的结果，在西南交大XNJD-1风洞进行了1∶50的风洞试验研究。针对原方案的涡激共振振幅大于容许值，试验了八种气动外形优化方案，解决了该桥涡激共振的问题。
　　(3)针对原方案的竖向涡激共振振幅大于容许值，本文研究了TMD制振方案来抑制涡激共振。TMD制振方案不仅抑制了竖向涡振，还满足了舒适度的要求。
　　(4)对比了原设计方案、气动外形优化方案和TMD制振方案的舒适度指标，以及它们是否满足前文提出的三种规范。结果证明:气动外形优化方案和TMD制振方案都能满足舒适度要求。但综合比较，气动外形优化方案为最优方案。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 现代悬索桥的发展

1．3 悬索桥抗风的必要性

1．4 桥梁结构的风致响应

1．4．1 桥址处的风

1．4．2 桥梁与风的相互作用

1．4．3 风荷载及其动力响应类型

1．5 市政桥梁的抗风必要性

1．6 涡振的制振措施的国内外研究现状

1．7 本文的主要研究内容

第二章 市政桥梁的抗风评价指标

2．1 市政桥梁的基本抗风评价指标

2．2 市政桥梁的相关建造指标

2．3 市政桥梁的舒适性指标及研究方法

2．3．1 舒适性指标

2．3．2 行人舒适性的研究方法

2．4 国外常用规范对于舒适性的评价标准

2．4．1 英国BS5400(1978)规范

2．4．2 欧洲规范(Euro code)

2．4．3 国际标准ISO 10137：2007(E)

2．5 不同规范的指标对比

2．6 本章小结

第三章 风洞模型试验及气动措施

3．1 工程概述

3．2 设计风速参数

3．3 结构动力特性的建立

3．3．1 结构有限元模型的建立

3．3．2 结构动力特性计算结果

3．4 主梁节段模型涡激振动试验及气动外形优化

3．4．1 系统参数设计

3．4．2 试验工况及评价标准

3．4．3 原设计方案涡激振动试验结果

3．4．4 基于涡激振动性能主梁气动外形优化

3．5 本章小结

第四章 基于TMD控制的涡激共振

4．1 TMD介绍

4．2 TMD的作用机理

4．3 公路桥梁抗风规范对于TMD的规定

4．4 TMD制振方案

4．4．1 对于第一阶竖向振动的控制

4．4．2 对于第二阶竖向振动的控制

4．4．3 对于第三阶竖向振动的控制

4．5 TMD的不同阻尼比对制振效果的影响分析

4．6 本章小结

第五章 不同制振方法的舒适性研究

5．1 振动机理研究

5．2 狄克曼与杰奈威舒适度指标

5．3 不同规范的舒适度标准

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间参加的科研项目