紊流风速场的数值模拟及桥梁风振响应分析

摘要

建于大风区的铁路桥梁受到风荷载的作用会受到很大的激振，对其进行研究是保证结构安全及桥上车辆运行安全的重要前提。本文以兰新第二双线铁路为工程背景，对风区桥梁的紊流风速场进行了数值模拟，并计算了桥梁的风振响应。全文的主要内容及成果如下:
　　(1)对国内外桥梁的风振破坏进行了回顾，阐明了桥梁风致振动原理，介绍了研究强风作用下桥梁动力响应的重要性。并以兰新线为工程背景，重点介绍了兰新线所受风灾情况。
　　(2)基于随机过程分析理论，介绍了两种紊流风速场的数值模拟方法:线性滤波法和谐波合成法。
　　(3)基于兰新第二双线铁路风区跨度32m简支箱梁和16m简支槽型梁的设计，对其进行有限元建模，分析了结构的自振特性。
　　(4)采用谐波合成法对桥址处的紊流风速场进行数值模拟，根据风洞试验得到的三分力系数结果，生成桥梁各节点的静风力和抖振风力。
　　(5)多工况计算分析了风荷载作用下桥梁的动力响应，得到了一些有意义的结论。

目录

声明

致谢

摘要

1 绪论

1．1 研究背景

1．2 研究现状

1．2．1 紊流风速场的数值模拟现状

1．2．2 桥梁的风致振动响应的研究现状

1．3 本文主要内容及研究思路

2 紊流风速场的数值模拟方法

2．1 随机过程基础理论

2．1．1 随机过程的基本概念

2．1．2 随机过程的定义

2．1．3 随机过程的分布律与数字特征

2．1．4 随机过程的数字特征

2．1．5 随机过程的分类

2．2 随机脉动风速场的数值模拟方法

2．2．1 线性滤波法

2．2．2 谐波合成法

2．3 本章小结

3 工程背景与桥梁有限元模型的建立

3．1 工程背景

3．2 风区桥梁的类型

3．2．1 简支箱梁

3．2．2 简支槽型梁

3．2．3 简支T型梁

3．3 桥梁建模的基本理论

3．4 跨度32m简支箱梁动力特性分析

3．5 跨度16m简支槽型梁动力特性分析

4 桥梁紊流风速场的数值模拟

4．1 紊流风速谱简介

4．1．1 Davenport谱

4．1．2 修正的Davenport谱

4．1．3 Harris谱

4．1．4 Emil Simiu谱

4．1．5 我国《公路桥梁抗风设计指南》建议采用的风速谱

4．2 插值函数理论

4．3 紊流风数值模拟

4．4 紊流风速场谱的比较

4．4．1 紊流风速场自谱分析

4．4．2 紊流风速场相关性分析

4．5 桥梁风荷载的数值模拟

5 风荷载作用下桥梁动力响应分析

5．1 风荷载作用下32m简支箱梁的动力响应分析

5．2 风荷载作用下16m简支槽型梁的动力响应分析

5．3 风荷载作用下简支箱梁与槽型梁的动力响应对比分析

6 结论

6．1 论文主要研究工作及结论

6．2 进一步的研究工作展望

参考文献

作者简历及攻读硕士期间取得的研究成果

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