大跨径悬索桥静风稳定性分析

论文摘要

桥梁跨径的不断增大,使得桥梁结构在风荷载作用下的动、静力问题日益突出。根据国内外模型风洞试验成果,大跨径桥梁发生静风失稳的临界风速可能低于动力失稳的临界风速;另外,在强静风荷载作用下,几何非线性和静风荷载非线性对大跨径桥梁静风稳定性的影响均不容忽视。论文以沪蓉西国道四渡河特大桥为工程背景,对大跨径悬索桥的静风稳定性进行了研究。论文的研究工作和取得的主要成果有:1.阐述了现行《公路桥梁抗风设计规范》中计算桥梁结构静风稳定性的线性公式法,并对求解结构扭转发散临界风速的线性计算公式以二维和三维方法进行了简单推导。阐述了悬索桥振动性状的分析方法,计算了四渡河特大桥的模态和振型。以线性公式法计算了四渡河特大桥的静风失稳临界风速。2.简单介绍了空间稳定理论的第一类和第二类问题,阐述了非线性静风稳定理论及其几种实现方法,并对这几种稳定理论进行了简单比较。阐述了利用MIDAS有限元程序进行静风稳定性分析的计算方法。3.采用MIDAS有限元程序对四渡河特大桥进行静风稳定性分析,将非线性屈曲分析和线弹性屈曲分析结果与计算静风稳定性的线性公式法计算结果进行比较发现:考虑和不考虑非线性得出的结果差距较大,而线弹性屈曲分析的结果可认为是非线性屈曲分析结果的上限,线性公式法的计算结果有可能会过高的估计结构的静风稳定能力。4.对悬索桥静风失稳过程进行了全过程分析,得出了全面考虑三分力时的静风失稳临界风速,并计算了主缆和主塔风荷载对结构静风稳定性的影响。5.分别用线性公式法和非线性有限元法分析了初始风攻角的不同对大跨径悬索桥静风稳定性的影响。6.计算了风速的空间非均匀性对大跨径悬索桥静风稳定性的影响,风速的空间分布宽度和非对称分布参数的不同对结构的静风稳定性有很大影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 现代悬索桥发展概述
• 1.2 悬索桥的结构形式及受力特点
• 1.3 空气静力稳定理论的发展回顾
• 1.4 论文的研究内容和方法
• 第2章 线性空气静力稳定理论
• 2.1 引言
• 2.2 风对桥梁的静力作用
• 2.3 计算静风稳定性的线性方法
• 2.3.1 侧倾失稳
• 2.3.2 扭转发散
• 2.4 悬索桥振动性状分析
• 2.4.1 悬索桥振动性状分析的方法
• 2.4.2 模态及振型结果
• 2.5 计算实例
• 2.5.1 四渡河特大桥简介
• 2.5.2 四渡河特大桥主梁气动力系数测试节段模型风洞试验
• 2.5.3 实桥计算
• 2.6 小结
• 第3章 非线性空气静力稳定理论
• 3.1 桥梁结构空间稳定理论
• 3.1.1 第一类稳定问题
• 3.1.2 第二类稳定问题
• 3.2 非线性静风稳定理论
• 3.2.1 非线性静风荷载计算法
• 3.2.2 非线性静风稳定理论
• 3.2.3 各种稳定理论的比较
• 3.3 迈达斯中悬索桥屈曲计算方法
• 3.3.1 基于MIDAS的几何非线性分析
• 3.3.2 非线性方程的解法
• 3.3.3 线弹性屈曲分析
• 3.3.4 几何非线性屈曲分析
• 3.4 小结
• 第4章 大跨度悬索桥静风稳定性分析
• 4.1 结构有限元离散及初始平衡状态的确定
• 4.2 线性方法和非线性有限元法的比较
• 4.3 静风失稳全过程分析
• 4.4 主缆和桥塔风荷载对静风稳定性的影响
• 4.5 初始攻角对静风稳定性的影响
• 4.6 风速空间非均匀性对空气静力行为的影响
• 4.7 小结
• 结论与展望
• 1. 研究成果
• 2. 进一步研究展望
• 参考文献
• 致谢