大跨度公铁两用斜拉桥风致抖振时域分析

论文摘要

随着桥梁跨度、桥面柔性和构造复杂性的增加,大跨度斜拉桥的风致振动问题显得越来越突出。本文主要针对大跨度斜拉桥研究了桥梁抖振,抖振的分析方法有频域分析方法和时域分析方法。频域法计算简单,但是有一定的局限性；而时域法计算过程复杂,计算量大,却能够得到更多的计算结果,并且可以考虑非线性因素的影响。本文采用的是时域法。本文以某公铁两用长江大桥为工程实例,对其进行了线性时域抖振分析(包括成桥状态、最大单悬臂和最大双悬臂状态)。主要工作包括以下几个方面：(1)、结合大跨度斜拉桥的风场特点,将桥梁三维脉动风场进行适当合理的简化,并在此基础上对桥梁脉动风场进行了模拟。(2)、采用ANSYS有限元软件,建立了某公铁两用长江大桥有限元模型,计算了该桥的动力特性。(3)、计算了该桥在静风荷载作用下的响应,按照Scanlan的准定长气动力理论将抖振力进行时域化处理,计算了桥梁在脉动风作用下的抖振响应,并对抖振的内力,位移响应进行了分析。(4)、在抖振分析中,自激力是采用ANSYS中的Matrix27号单元来考虑的,气动导纳的影响是采用Liepmann提出的平板气动导纳函数来近似计算,此外还考虑了不同风速、不同风攻角和斜拉索对成桥抖振响应的影响。(5)、对本文的计算结果进行了分析总结,得出了一些结论,对工程中的类似问题有一定的参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 斜拉桥简介
• 1.3 桥梁抖振研究现状
• 1.3.1 抖振频域分析方法
• 1.3.2 抖振时域分析方法
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 风的特性及其对桥梁的作用
• 2.1 风的基本特征
• 2.1.1 平均风特性
• 2.1.2 脉动风特性
• 2.2 风与结构的相互作用
• 2.2.1 风的静力作用
• 2.2.2 风的动力作用
• 2.3 本章小结
• 第3章 三维空间脉动风场模拟
• 3.1 引言
• 3.2 风场简化
• 3.3 谐波合成法模拟风场
• 3.4 桥梁风场模拟
• 3.4.1 风场模拟基本参数的选取
• 3.4.2 桥塔和桥墩风场模拟
• 3.4.3 主梁风场模拟
• 3.5 本章小结
• 第4章 桥梁模型建立及三分力试验
• 4.1 工程概况
• 4.2 有限元模型建立
• 4.3 施工状态自振特性分析
• 4.4 主梁节段模型三分力试验
• 4.5 本章小结
• 第5章 大跨度铁路斜拉桥线性抖振时域分析
• 5.1 风荷载的加载
• 5.1.1 静力风荷载
• 5.1.2 抖振力风荷载
• 5.1.3 自激力风荷载
• 5.2 成桥状态线性抖振时域分析
• 5.2.1 成桥状态抖振位移计算结果
• 5.2.2 成桥状态抖振内力计算结果
• 5.3 最大单悬臂状态线性抖振时域分析
• 5.3.1 最大单悬臂抖振位移计算结果
• 5.3.2 最大单悬臂抖振内力计算结果
• 5.4 最大双悬臂状态线性抖振时域分析
• 5.4.1 最大双悬臂抖振位移计算结果
• 5.4.2 最大双悬臂抖振内力计算结果
• 5.5 不同风速下成桥抖振时域分析
• 5.6 风攻角对成桥抖振的影响
• 5.7 斜拉索抖振阻力对成桥抖振的影响
• 5.8 自激力的影响
• 5.9 本章小结
• 结论与展望
• 结论
• 展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间参加的科研项目