某斜拉桥的静动态风荷载研究

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。而桥梁空气动力特性的研究是分析其风致响应的基础。空气动力特性是一个涵义很广的范畴,包括结构的非定常空气动力特性和定常空气动力特性这两大方面。其中,对结构非定常空气动力特性的研究又可具体展开到对桥梁颤振特性、自激空气动力、抖振力、涡激力和驰振力等的研究。本文以某跨海大桥为背景,在风洞试验的基础上,着重研究了其主梁断面的空气静力特性,主梁断面的颤振特性,识别了主梁断面的颤振导数。首先,制作了缩尺比为1:60的主梁节段节段模型,在中国空气动力中心低速所FL-11风洞进行静力试验,分析了在均匀流下,不同攻角时模型静力三分力系数的变化规律。同时,采用与静力试验相同的主梁节段模型,以弹簧悬挂二元刚体节段模型的试验方法在均匀流情况下,α= 0、α=±3三种迎风攻角时,测试了模型在不同试验风速下的振动响应,分析了主梁固有振动频率和不同攻角下主梁断面的位移响应随风速的变化规律,并测定了模型的颤振临界风速。颤振导数是描述桥梁结构空气动力性能的重要参数,在分析桥梁颤振和抖振响应时起着至关重要的作用。本文对主梁的颤振导数识别,采用与主梁颤振分析试验相同的节段模型和测量装置,以自由振动法进行试验。然后基于最小二乘理论的识别法,一次识别了主梁断面的8个颤振导数。试验结果表明,该跨海大桥具备良好气动稳定性。主梁断面的颤振临界风速高于100m/s,有较强抵抗扭转颤振的能力。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 概述
• 1.1 引言
• 1.2 结构的定常空气动力特性
• 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 抖振力（脉动风引起的非定常空气动力）
• 1.3.3 涡激力
• 1.3.4 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 本文的选题背景和主要工作
• 2 颤振基本理论
• 2.1 概述
• 2.2 二维颤振理论
• 2.3 三维颤振理论
• 2.4 时域颤振分析法
• 2.5 本章小结
• 3 颤振导数识别方法及基本原理
• 3.1 强迫振动法
• 3.2 自由振动法
• 3.2.1 分状态自由振动测试法
• 3.2.2 系统辨识法（SID）
• 3.2.3 基于最小二乘理论的识别法
• 3.3 本章小结
• 4 主梁断面的定常空气动力特性试验研究
• 4.1 基本公式
• 4.1.1 静力三分力系数
• 4.1.2 判别振动体系是否稳定的条件
• 4.2 某跨海大桥概况
• 4.3 试验基本情况
• 4.3.1 模型设计
• 4.3.2 试验设备
• 4.4 试验结果
• 4.5 结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 主梁断面的动力试验研究
• 5.1 节段模型动力试验的相似准则
• 5.2 主梁断面颤振分析
• 5.2.1 颤振检验风速的确定
• 5.2.2 模型设计
• 5.2.3 试验装置及工况
• 5.2.4 颤振临界风速的直接测定
• 5.2.5 风速与模型振动响应的关系
• 5.2.6 风速与模型振动频率的关系
• 5.3 颤振导数识别试验
• 5.3.1 试验基本情况
• 5.3.2 试验结果与结论分析
• 5.4 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文的主要工作及结论
• 6.2 需要进一步研究的工作
• 致谢
• 参考文献