某钢桁拱桥的颤振与涡激振动响应研究

论文摘要

随着现代施工技术的发展和新材料的运用,桥梁正朝着刚度小、柔度大、跨度大、重量轻的方向发展,对风的敏感程度逐渐增大。因此,研究大跨度桥梁的风致振动问题已变得非常迫切。对于这类特大跨度桥梁来说,由于风引起的结构动力响应即风致振动,已成为桥梁设计中必须考虑的主要因素。本文以某兴建的钢桁拱桥为背景,研究了该桥的颤振、涡激振动特性,为该大桥的抗风设计提供了可靠依据。本文的研究内容主要包括以下几个方面:①对该大桥桥址处地形、地貌及气象情况进行分析研究,获得该桥桥址处的风速、风向等资料,为大宁河大桥的风致动力响应研究提供原始数据。②采用ANSYS大型结构有限元分析软件,计算该大桥的动力特性参数,得到该桥的固有频率和振型等。③采用专门研制的分析软件,对该桥的颤振稳定性特性、涡激振动响应进行分析与计算,得到该桥的颤振临界风速、涡振锁定风速、涡激共振振幅等。对该桥的抗风性能做出评价,并研究如何使该桥避免由于风引起过大的动力响应,提出合理有效的抗风措施。颤振分析结果表明,该大桥具备良好气动稳定性。主梁断面的颤振临界风速高于120m/s,表明该桥有较强抵抗扭转颤振的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的与意义
• 1.2 桥梁风致振动研究动态
• 1.3 结构的非定常空气动力特性
• 1.3.1 自激空气动力（结构运动引起的非定常空气动力）
• 1.3.2 涡激力
• 1.3.3 诱发驰振的非定常空气动力
• 1.4 获得气动参数的方法
• 1.4.1 风洞试验
• 1.4.2 数值模拟
• 1.4.3 实桥实测
• 1.5 本文主要研究内容
• 2 颤振和涡激振动基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 桥梁颤振分类
• 2.3 二维颤振理论
• 2.4 经典三维颤振理论
• 2.5 多模态颤振理论
• 2.6 时域颤振分析法
• 2.7 涡激振动
• 2.8 本章小结
• 3 大桥桥址处地形、地貌及气象情况
• 3.1 地形、地貌
• 3.2 气象
• 3.3 本章小结
• 4 主桥结构
• 4.1 拱座
• 4.2 主拱肋及拱上立柱
• 4.3 桥面系行车道
• 4.4 主桥护栏、伸缩缝及其他
• 4.5 本章小结
• 5 计算参数获取
• 5.1 风速的取值
• 5.1.1 平均风特性
• 5.1.2 脉动风特性
• 5.2 风向的确定
• 6 桥梁结构动力特性计算分析
• 6.1 有限元模型所采用单元简介
• 6.2 有限元模型的建立
• 6.2.1 结构构件的模拟
• 6.2.2 桥梁质量的模拟
• 6.2.3 边界条件的模拟
• 6.2.4 材料参数
• 6.2.5 空间有限元模型
• 6.3 计算结果
• 6.4 本章小结
• 7 多肋钢桁拱桥结构风致振动响应计算
• 7.1 颤振稳定性计算
• 7.1.1 桥位处颤振检验风速确定
• 7.1.2 桥梁的颤振运动方程
• 7.1.3 桥梁颤振临界风速
• 7.2 涡激振动计算
• 7.2.1 钢桁拱拱肋最大悬臂状态
• 7.2.2 拱肋合龙状态和成桥状态
• 7.3 本章小结
• 8 结论与展望
• 8.1 主要结论
• 8.2 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献