山区峡谷地形风特征及大跨悬索桥静风响应分析

论文摘要

随着西部交通建设的开展,地处山区峡谷地形的大跨度桥梁日益增多,给桥梁抗风问题提出了全新的挑战。虽然,对于山区桥梁抗风问题,国内外相应的开展了一系列研究,但是研究还不够深入,可借鉴的资料十分缺乏,现有的抗风设计规范指定的风特征参数与实际有一定的偏差,如果完全按规范来指导桥梁抗风设计和施工,必然不切实际。因此,山区峡谷地形大跨度桥梁抗风问题已成为桥梁风工程中亟待解决的难点问题,研究意义深远。本文以湖南湘西矮寨特大桥为研究背景,对山区峡谷地形桥址的风特征以及大跨悬索桥静风响应开展了相关研究。本文主要开展了以下几个方面的工作:1、创新性的提出了一种高空悬索吊挂式风环境现场观测系统,并应用于矮寨大桥工程项目之中。该系统不再受到特殊地形的限制,非常适用于山区峡谷这类地形工程建设风速数据的采集,能准确获得桥位特别是桥轴线中间位置的风特征,为山区峡谷地形桥址风特征观测提供了新方法。2、根据实测数据,编制MATLAB程序,对山区峡谷地形风特征进行了分析研究,获得了矮寨大桥桥址处的平均风速、脉动风速、风向等风特征参数。3、采用了小样本推算理论和极值Ⅰ型函数模型,分别对近三年每月10分钟平均最大风速和吉首气象站资料进行计算,获得了矮寨大桥设计基本风速等参数,并对两者结果进行对比分析。4、以矮寨大桥为实例,运用ANSYS软件,建立了全桥有限元模型,对桥梁进行了动力特性分析;并在该模型的基础上,施加实测风荷载,对桥梁静风响应进行计算,分析了桥梁受力情况;根据模态分析结果及风洞试验参数等对桥梁进行了线性静风稳定性分析,检验了桥梁的静风稳定性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 桥梁风工程概述
• 1.1.1 桥梁风毁事件及桥梁风工程的发展
• 1.1.2 桥梁风工程研究的主要内容
• 1.1.3 桥梁风工程的研究方法
• 1.2 山区峡谷桥梁抗风研究现状
• 1.2.1 山区峡谷地形风特征研究现状
• 1.2.2 桥梁在静风作用下的相关研究现状
• 1.3 本文研究的目的和意义
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 山区峡谷地形桥址风环境现场观测研究
• 2.1 概述
• 2.2 风观测的基本知识
• 2.2.1 风观测仪器
• 2.2.2 风观测目的
• 2.3 风环境现场观测系统
• 2.3.1 工程概况
• 2.3.2 观测方案的比选
• 2.3.4 观测系统布置
• 2.3.5 观测系统组成及工作原理
• 2.4 小结
• 第三章 风观测系统数据处理分析及风特征研究
• 3.1 概述
• 3.2 数据处理方法
• 3.2.1 原始风速资料的处理
• 3.2.2 原始风向资料的处理
• 3.2.3 缺测资料的处理
• 3.2.4 数据处理的程序
• 3.3 实测结果与分析
• 3.3.1 地面粗糙度系数拟合
• 3.3.2 风速数据相关性分析
• 3.3.3 风速资料观测成果及分析
• 3.3.4 风向资料成果与分析
• 3.4 小结
• 第四章 山区峡谷地形桥梁设计风速分析
• 4.1 概述
• 4.2 概率论基本知识
• 4.2.1 随机变量
• 4.2.2 随机变量的数字特征
• 4.2.3 重现期
• 4.2.4 概率分布类型
• 4.3 基本风速的推算
• 4.3.1 用极值 Ⅰ 型分布求基本风速
• 4.3.2 利用短期风速数据推算基本风速
• 4.4 工程实例分析
• 4.4.1 基本风速计算
• 4.4.2 桥面处设计风速计算
• 4.4.3 颤振检验风速计算
• 4.5 小结
• 第五章 矮寨悬索桥静风响应分析
• 5.1 概述
• 5.2 静力风荷载
• 5.3 矮寨大桥结构动力特性分析
• 5.3.1 工程概况
• 5.3.2 有限元模型的建立
• 5.3.3 结构动力计算
• 5.4 矮寨大桥静风响应分析
• 5.5 矮寨大桥静风稳定性分析
• 5.6 小结
• 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录 A