超大跨径悬索桥风致静动力稳定性研究

论文摘要

超大跨径悬索桥刚度小,阻尼低,对风的作用十分敏感,颤振稳定性是其设计和施工中的控制性因素,超大跨径悬索桥的静风失稳风速有可能低于颤振临界风速,其静风稳定性同样不可忽视。本文以主跨3500m碳纤维增强塑料(CFRP)主缆悬索桥为工程背景,针对其静风稳定性和颤振稳定性开展研究,为超大跨径悬索桥的抗风设计提供了参考和依据。首先,回顾了大跨度桥梁静风稳定性和颤振稳定性分析方法。接着,采用增量和内外双重迭代的方法对成桥状态进行了非线性静风失稳全过程分析,并详细讨论了非线性、初始攻角、交叉索及主梁断面形式等对静风稳定性的影响,揭示了超大跨径悬索桥的空气静力失稳机理。最后,采用状态空间法对该桥进行了三维多模态耦合颤振频域分析,比较了不同颤振分析方法的精度,详细讨论了加劲梁刚度折减、结构阻尼比等参数对施工阶段颤振稳定性的影响,并研究了交叉索对改善施工阶段颤振稳定性的作用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 概述
• 1.2 空气静动力稳定理论研究现状
• 1.2.1 静风稳定理论研究现状
• 1.2.2 颤振稳定理论研究现状
• 1.3 研究的必要性
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 静风稳定的非线性分析理论及实现方法
• 2.1 概述
• 2.2 静风荷载描述
• 2.3 静风稳定的线性分析方法
• 2.3.1 侧倾失稳
• 2.3.2 扭转发散
• 2.4 基于ANSYS的非线性静风稳定分析方法
• 2.4.1 悬索桥非线性分析的有限元实现方法
• 2.4.2 静风荷载的非线性计算方法
• 2.4.3 静风稳定的非线性分析方法
• 2.5 本章小结
• 第3章 超大跨径悬索桥的静风稳定性分析
• 3.1 3500m级碳纤维增强塑料（CFRP）主缆悬索桥简介
• 3.2 三维有限元模型的建立
• 3.3 静风失稳全过程分析
• 3.3.1 静风失稳过程主梁变形描述
• 3.3.2 静风失稳过程主缆变形描述
• 3.4 非线性的影响
• 3.5 初始攻角的影响
• 3.6 交叉索的影响
• 3.7 主梁断面形式的影响
• 3.8 本章小结
• 第4章 三维颤振频域分析理论及方法
• 4.1 引言
• 4.2 三维颤振分析理论
• 4.2.1 颤振运动控制方程推导
• 4.2.2 颤振方程的求解
• 4.2.3 三维颤振分析程序的实现
• 4.3 算例分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 超大跨径悬索桥的三维颤振频域分析
• 5.1 3500m CFRP主缆悬索桥成桥状态及施工阶段动力特性分析
• 5.1.1 成桥状态结构动力特性分析
• 5.1.2 施工阶段的结构线形和内力
• 5.1.3 施工阶段结构有限元模型的建立
• 5.1.4 施工阶段结构动力特性分析
• 5.2 3500m CFRP主缆悬索桥颤振稳定性分析
• 5.2.1 成桥状态颤振稳定性分析
• 5.2.2 施工阶段颤振稳定性分析
• 5.3 不同颤振分析方法的对比
• 5.4 施工阶段颤振稳定性的参数化研究
• 5.4.1 加劲梁刚度折减的影响
• 5.4.2 结构阻尼比的影响
• 5.5 交叉索对改善施工阶段颤振稳定性能的研究
• 5.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及参与的科研项目