大跨度桥梁主梁风雨致静动力特性

论文摘要

进入21世纪,世界各地跨海连岛工程的建设促进了桥梁朝着超大跨度的方向发展。超大跨度桥梁结构将遭受更为复杂的荷载作用,尤其是多种荷载耦合而成的极端荷载作用,其中,风、雨荷载及其耦合作用是超大跨度桥梁结构遭受的主要极端荷载环境。目前,大跨度桥梁结构的分析与设计理论仍然是基于均匀来流风场或者紊流风场的。事实上,强风常常伴随着降雨,特别是对于台风天气,强风与暴雨之间的耦合作用更是其主要特征。风雨联合作用环境成为建设在台风频袭区域的超大跨度桥梁结构的极端荷载环境,大跨度桥梁结构处于风雨联合作用环境中时,依靠以往的单一考虑风场环境而建立的桥梁结构分析与设计理论进行桥梁结构响应分析与设计,已经不能满足实际工程需要,其原因在于雨场的存在以及雨场和风场之间的相互耦合作用。基于此,本文通过理论分析与风洞试验两种手段,分析和研究了大跨度桥梁主梁结构在风雨耦合场作用环境中的静动力特性。其主要研究内容如下:1.针对大跨度桥梁主梁风雨联合作用现象,依据静力学相关理论基础,提出了风雨联合作用下桥梁主梁结构所受荷载的三个组成成分,即风雨致静力三组分,并给出了相关测试方法,通过在大气边界层风洞中构建的风雨联合作用试验系统,以某一分离式双箱主梁大跨度桥梁为试验研究对象,完成该大跨度桥梁主梁在风雨耦合场作用下的静力特性试验,进而较为精细地研究了降雨对桥梁主梁风致静力作用的影响规律。2.针对大跨度桥梁主梁风雨致颤振稳定性问题,通过在大气边界层风洞中构建的风雨联合作用试验系统,以某一开槽双箱主梁大跨桥梁为试验研究对象,在不同雨强作用下,完成基于自由振动法的主梁节段模型颤振导数识别试验,并采用基于Bartoli简化的颤振分析方法计算了该大跨度桥梁不同雨强作用下的颤振临界风速,进而评价了降雨对大跨度桥梁颤振稳定性的影响。3.针对大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动特性问题,通过在大气边界层风洞中搭建的风雨联合作用试验系统,以某一分离式双箱主梁桥梁及其闭口主梁型式桥梁为试验研究对象,在不同雨强作用下对其涡激振动特性进行了风洞试验研究。评价了降雨对大跨度桥梁主梁涡激振动特性的影响规律。最后使用高速摄像机观测了风雨耦合作用特性及其对桥梁主梁节段的冲击作用效应。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及意义
• 1.2 大跨度桥梁主梁风雨联合作用研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 大跨度桥梁主梁风雨致静力特性
• 2.1 引言
• 2.2 桥梁主梁风雨致静力三组分
• 2.3 风雨致静力三组分测试方法
• 2.4 大跨度桥梁主梁风雨致静力特性试验
• 2.4.1 风洞与浪槽联合实验室
• 2.4.2 人工模拟降雨装置
• 2.4.3 数据测量与采集设备
• 2.4.4 风雨致静力特性试验系统
• 2.4.5 试验工况
• 2.5 风雨致静力试验结果与分析
• 2.5.1 阻力
• 2.5.2 升力
• 2.5.3 扭矩
• 2.6 本章小结
• 第3章 大跨度桥梁主梁风雨致颤振稳定性
• 3.1 引言
• 3.2 基于Bartoli 简化的风雨致颤振分析方法
• 3.3 大跨度桥梁主梁风雨致颤振试验环境
• 3.4 风雨联合作用下桥梁自由振动试验
• 3.4.1 桥梁节段模型
• 3.4.2 试验工况
• 3.4.3 自由振动加速度时程
• 3.5 桥梁风雨致颤振导数
• 3.5.1 不同攻角下桥梁主梁颤振导数
• 3.5.2 不同雨强下桥梁主梁颤振导数
• 3.6 桥梁风雨致颤振临界风速
• 3.7 本章小节
• 第4章 大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动特性
• 4.1 引言
• 4.2 涡激振动基本理论
• 4.3 大跨度桥梁主梁风雨致涡激振动试验
• 4.3.1 风雨致涡激振动试验环境
• 4.3.2 风雨致涡激振动试验模型
• 4.4 风雨致涡激振动试验结果与分析
• 4.4.1 试验时程
• 4.4.2 功率谱密度
• 4.4.3 位移幅值
• 4.5 风雨冲击桥梁主梁结构表面的观测
• 4.6 本章小节
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢