超窄悬索桥抗风稳定性研究及风振响应控制

论文摘要

悬索桥作为一种大跨径柔性结构,对风的作用十分敏感,抗风稳定性已经成为影响悬索桥设计施工的关键控制因素。如何提高悬索桥设计及施工中的抗风稳定性,确保设计和施工的安全是十分重要的。宽跨比是悬索桥总体设计需考虑的结构要点之一。对于中等跨度悬索桥,理论上宽跨比应大于1/30,桥梁才有足够的横向刚度。但是很多中等跨径悬索桥无法保证这个指标,宽跨比通常都小于1/30,甚至达到1/60,对这类悬索桥开展抗风稳定性研究是十分必要的。新疆赛吾迭格尔大桥采用单跨278m的钢桁架悬索桥,桥址处设计基本风速高;又由于使用要求和施工条件,大桥加劲梁由相距很近的两榀桁架构成,主缆中心距为4m,宽跨比仅为1/69.5。因此桥梁的抗风稳定性研究极为重要,其内容设计涉及到桥址处的风特性参数、桥梁结构的风致静力响应、动力响应和抗风稳定控制措施等多项内容。论文在总结悬索桥的发展、受力特征、静动力分析以及风动力特性的基础上,以赛吾迭格尔大桥为研究对象,对其抗风稳定性进行了系统的研究分析。研究工作除进行必要的分析计算外,还通过风洞试验确定了桥梁结构的风致动力响应,并为静力、动力响应分析计算提供必要的气动参数。论文主要试验研究内容如下:风特性基本参数确定、结构动力特性计算、桁架加劲梁节段模型测力试验、桁架加劲梁节段模型测振试验、静风响应计算分析、动力响应计算分析、抗风措施。通过计算、试验及研究,得出原设计抗风稳定性不满足规范要求的结论,并提出和推荐了抗风措施方案,通过风洞试验验证了抗风措施推荐方案的可行性,从而使桥梁设计更加完善,施工更加安全。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 前言
• 1.1.1 悬索桥的发展现状
• 1.1.2 悬索桥的构成及受力特征
• 1.1.3 悬索桥设计理论的演变
• 1.2 悬索桥静力、动力分析
• 1.2.1 悬索桥的静力分析
• 1.2.2 悬索桥的动力分析
• 1.3 悬索桥风动力特性
• 1.3.1 桥梁风毁事故回顾
• 1.3.2 风对悬索桥的作用方式
• 1.3.3 风洞模型试验
• 1.4 论文研究的目的与意义
• 1.4.1 研究目的
• 1.4.2 研究意义
• 1.5 论文主要内容
• 第2章 抗风试验研究概述
• 2.1 桥梁概况
• 2.2 抗风试验研究
• 2.2.1 抗风试验研究内容
• 2.2.2 抗风试验研究技术路线
• 第3章 风特性基本参数确定
• 3.1 概述
• 3.2 气象资料和气象观测
• 3.3 桥位区附近气候概况及主要气象要素
• 3.3.1 气候概况
• 3.3.2 站原始数据的处理
• 3.4 桥位区设计风速的推算
• 3.4.1 对气象站年最大风速序列资料的审查与订正
• 3.4.2 年最大风速的概率计算
• 3.4.3 桥位区设计基准风速的估算
• 3.4.4 桥位区近地层风速的垂直变化规律分析
• 3.4.5 其他风特性参数的确定
• 第4章 结构动力特性计算
• 4.1 动力特性计算程序与建模
• 4.1.1 计算程序
• 4.1.2 结构有限元建模的建立
• 4.2 动力特性计算结果
• 4.2.1 结构动力特性计算
• 4.2.2 算结果
• 第5章 桁架加劲梁节段模型测力试验
• 5.1 试验说明
• 5.1.1 试验设备
• 5.1.2 试验模型
• 5.1.3 试验工况
• 5.1.4 试验方法
• 5.2 试验结果
• 5.2.1 体轴与风轴坐标系下的三分力系数
• 5.2.2 试验结果
• 第6章 桁架加劲梁节段模型测振试验
• 6.1 试验说明
• 6.1.1 试验设备
• 6.1.2 试验模型
• 6.1.3 试验工况
• 6.1.4 试验方法
• 6.2 试验结果
• 6.2.1 试验结论
• 6.2.2 气动导数
• 第7章 静风响应计算分析
• 7.1 二维线性方法
• 7.1.1 横向屈曲临界风速
• 7.1.2 静力扭转发散临界风速
• 7.2 三维非线性方法
• 7.2.1 计算过程
• 7.2.2 悬索桥各部分构件的风荷载
• 7.2.3 计算模型
• 7.2.4 桥梁的位移响应
• 7.3 静风稳定性检验
• 7.4 结论
• 第8章 动力响应计算分析
• 8.1 采用理想平板颤振导数多模态颤振分析结果
• 8.2 《抗风规范》估算的颤振临界风速
• 8.3 采用节段模型颤振导数多模态颤振分析结果
• 8.4 结论
• 第9章 设计方案的抗风稳定性评价结论
• 9.1 抗风要求
• 9.1.1 风特性基本参数
• 9.1.2 静力、动力稳定性检验风速
• 9.2 结构动力特性
• 9.3 抗风能力
• 9.3.1 静力失稳临界风速
• 9.3.2 动力失稳临界风速
• 9.4 评价结论
• 第10章 抗风措施
• 10.1 概述
• 10.2 抗风缆系统
• 10.2.1 抗风缆构造
• 10.2.2 结构动力特性
• 10.2.3 结论
• 10.3 中央扣
• 10.3.1 中央扣构造
• 10.3.2 结构动力特性
• 10.3.3 结论
• 10.4 桥面结构的抗风措施
• 10.5 结论
• 10.6 抗风措施的构思与相应计算
• 10.6.1 原设计方案加抗风缆
• 10.6.2 原设计方案加水平抗风缆（平行索）
• 10.6.3 原设计方案主梁加宽加高、加抗风缆
• 10.6.4 原设计方案加中央扣
• 10.6.5 原设计方案模拟栏杆作用、加中央扣、降主缆高、加密45°抗风缆拉杆
• 10.7 试验说明
• 10.7.1 模型设计
• 10.7.2 试验结论
• 10.7.3 气动导数的识别结果
• 第11章 结论与建议
• 11.1 结论
• 11.2 建议
• 11.2.1 原设计方案修改建议
• 11.2.2 增加综合抗风措施后的抗风稳定性
• 11.3 增加综合抗风措施后动力响应计算分析
• 11.3.1 采用气动措施后成桥状态耦合颤振分析
• 11.3.2 成桥状态耦合抖振响应分析
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ 攻读硕士学位期间发表的论文目录
• 附录Ⅱ 攻读硕士学位期间所参加的项目