大跨窄钢桁架加劲梁悬索桥颤振稳定性研究

论文摘要

随着我国西部大开发,钢桁架加劲梁悬索桥以其独有的优势在西部地区迎来了建设高潮。但是该类悬索桥刚度和阻尼均较小,颤振临界风速相应较低,因此颤振稳定性成为桁架悬索桥抗风设计的关键问题。而对于研究较少的大跨窄钢桁架悬索桥进行抗风稳定性设计更为必要。首先对现有的颤振分析理论进行了综述,并详细介绍了全模态颤振分析方法。以一主跨278m,桥面宽4m的钢桁架加劲梁悬索桥——新疆赛吾迭格尔大桥为工程背景,通过节段模型风洞试验和在ANSYS中实现的全模态颤振分析方法对该桥的颤振稳定性进行了研究。结果表明:宽跨比小的悬索桥在低风速下就容易发生颤振失稳,由《公路桥梁抗风设计规范JTG/T D60-01-2004》（以下简称《抗风规范》）公式求得的颤振临界风速较风洞试验结果偏低;由于受到相对主桁较高的栏杆影响,负攻角下的颤振临界风速较正攻角低。确定该桥原设计方案不能满足《抗风规范》要求,需增加合适的抗风措施来提高其颤振临界风速。在介绍提高悬索桥颤振临界风速的各类抗风措施基础上,研究了适合大跨窄悬索桥的抗风稳定性设计,并对所采取的结构措施进行了优化,确定了综合抗风措施。增加综合抗风措施后的赛吾迭格尔大桥节段模型试验和全模态颤振分析结果表明该桥颤振稳定性有了很大改善。说明通过采用抗风缆、中央扣、桥面栏杆参与主梁刚度等结构抗风措施可明显提高大跨窄悬索桥的加劲梁刚度和扭转基频,可以作为提高其颤振临界风速行之有效的方法。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 大跨度桁架加劲梁悬索桥的发展
• 1.3 桥梁结构风致振动
• 1.3.1 颤振
• 1.3.2 驰振
• 1.3.3 涡振
• 1.3.4 抖振
• 1.4 颤振自激力模型
• 1.4.1 Theodorsen 自激力模型
• 1.4.2 Scanlan 自激力模型
• 1.4.3 MC 自激力模型（Marine Coefficient Model）
• 1.4.4 时域自激力模型
• 1.4.5 其他自激力模型
• 1.5 气动导数识别
• 1.5.1 自由振动识别法
• 1.5.2 强迫振动识别法
• 1.5.3 紊流场随机振动法
• 1.6 桥梁颤振分析理论
• 1.6.1 二维经典耦合颤振理论
• 1.6.2 二维分离流颤振理论
• 1.6.3 三维颤振频域分析
• 1.6.4 三维颤振时域分析
• 1.7 本文主要研究内容
• 第二章 在ANSYS 中实现全模态颤振分析
• 2.1 引言
• 2.2 全模态颤振分析基本理论
• 2.3 气动自激力在ANSYS 中的实现
• 2.4 最小颤振频率法
• 2.5 理想平板简支梁算例
• 2.6 十八个气动导数的气动自激力模型
• 2.7 本章小结
• 第三章 大跨窄钢桁架加劲梁悬索桥颤振分析
• 3.1 引言
• 3.2 赛吾迭格尔大桥简介
• 3.3 结构动力特性分析
• 3.3.1 有限元模型
• 3.3.2 动力特性计算结果
• 3.4 《抗风规范》估算结果
• 3.5 桁架加劲梁节段模型试验概况
• 3.6 成桥状态主要试验结果
• 3.6.1 气动导数
• 3.6.2 模型颤振临界风速
• 3.7 全模态颤振分析结果
• 3.8 本章小结
• 第四章 提高大跨窄悬索桥颤振稳定性抗风措施
• 4.1 引言
• 4.2 大跨悬索桥抗风措施介绍
• 4.2.1 结构措施
• 4.2.2 空气动力学措施
• 4.2.3 机械措施
• 4.3 赛吾迭格尔大桥的抗风措施
• 4.3.1 抗风缆系统
• 4.3.2 中央扣
• 4.3.3 桥面结构的抗风措施
• 4.3.4 综合抗风措施
• 4.4 增加抗风措施后的桁架加劲梁节段模型试验
• 4.4.1 气动导数
• 4.4.2 模型颤振临界风速
• 4.5 全模态颤振分析结果
• 4.6 本章小结
• 结论与建议
• 结论
• 进一步研究的建议
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢