大跨度桥梁静风稳定性与抖振响应雷诺数效应分析

论文摘要

既有研究表明,桥梁断面三分力系数存在明显的雷诺数效应,与三分力系数相关的抗风设计都会受到雷诺数效应的影响。为探明三分力系数雷诺数效应对桥梁结构静风响应和抖振响应的影响,本文基于高雷诺数和低雷诺数风洞试验测得的三分力系数,对桥梁结构的静风稳定性以及抖振响应两个方面进行了对比计算。本文以苏通大桥为工程背景,通过对比计算说明了雷诺数效应对苏通大桥上述两个方面抗风设计的影响可能是偏于危险的,并通过深入研究找到了可能的影响因素。本文主要进行了以下研究工作:1)采用傅立叶级数对苏通大桥三分力系数随雷诺数变化的散点数据进行拟合,在高雷诺数区得到了较为合理的三分力系数随雷诺数变化的函数表达式;2)考虑到不同雷诺数下三分力系数曲线形状存在差异,分别以低雷诺数和高雷诺数风洞试验得到的三分力系数进行静风稳定性计算;3)在成桥状态下,依据低、高雷诺数风洞试验得到的三分力系数,进行抖振响应对比计算;4)考虑到三分力系数在0°攻角处的斜率值随雷诺数的变化存在差异,在多个不同雷诺数下进行了抖振响应计算。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 大跨度桥梁的发展与抗风研究
• 1.2 大跨度桥梁抗风设计的主要工作
• 1.2.1 抗风稳定性
• 1.2.2 颤抖振响应
• 1.3 雷诺数和桥梁断面雷诺数效应
• 1.3.1 雷诺数的基本概念
• 1.3.2 桥梁断面雷诺数效应
• 1.4 本文研究内容
• 1.4.1 本文研究目的
• 1.4.2 本文研究内容
• 第二章 流线型断面的静气动力系数雷诺数效应
• 2.1 概述
• 2.2 流线型断面三分力系数随雷诺数变化规律
• 2.2.1 阻力系数随雷诺数变化规律
• 2.2.2 升力系数随雷诺数变化规律
• 2.2.3 升力矩系数随雷诺数变化规律
• 2.3 高雷诺数下的三分力系数曲线拟合
• 2.3.1 高雷诺数下三分力系数风洞试验结果
• 2.3.2 高雷诺数区三分力系数曲线拟合
• 2.3.3 高雷诺数区三分力系数的确定
• 2.4 三分力系数在0°攻角处的斜率值随雷诺数的变化规律
• 2.5 不同雷诺数下三分力曲线形状分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 雷诺数效应对桥梁静风稳定性的影响
• 3.1 概述
• 3.2 三维非线性静风失稳计算
• 3.2.1 基本计算理论
• 3.2.2 在ANSYS 中实现静风失稳计算
• 3.3 失稳计算分析
• 3.3.1 验证计算结果
• 3.3.2 雷诺数效应对静风失稳的影响
• 3.4 本章小结
• 第四章 雷诺数效应对桥梁抖振响应的影响
• 4.1 概述
• 4.2 桥梁抖振计算理论
• 4.3 非线性颤抖振时程分析
• 4.3.1 三维随机风场模拟
• 4.3.2 风荷载计算
• 4.3.3 有限元模型建立
• 4.3.4 非线性动力方程的建立和求解
• 4.4 雷诺数效应对桥梁抖振响应的影响
• 4.4.1 计算参数设定
• 4.4.2 位移响应分析
• 4.4.3 内力响应分析
• 4.5 三分力系数曲线斜率的雷诺数效应对抖振计算的影响
• 4.6 本章小结
• 结语
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢