大跨度桥梁颤振及静力抗风研究

论文摘要

现代桥梁结构向跨度更大、更柔、更纤细的方向发展,因而对风的作用更加敏感。大跨度桥梁的风致作用主要有颤振、抖振、驰振和涡振。颤振因其对桥梁结构具有短时间内摧毁性的破坏作用就显的相当重要。本文在现有颤振分析方法的基础上,对大跨度桥梁颤振问题进行了三个方面的研究,此外,相关资料表明大跨度桥梁的静风稳定性问题也不能忽略,本文也对桥梁非线性静力抗风计算进行了研究。本论文主要进行了以下几个方面的研究工作:(1)颤振方程组优化求解研究。根据Scanlan颤振理论,建立桥梁断面在空气中的二维耦合颤振方程,通过合理假设,令方程两边的实部和虚部分别相等,并化简分析,提出了一种降阶求解方法。(2)用于颤振分析的ANSYS和MATLAB两种程序编制。基于ANSYS/APDL语言和MATLAB语言,编制了颤振频域分析程序,通过一典型平板算例,验证了两种程序的正确性和可靠性。通过工程算例,分析了主要模态对颤振的贡献程度,同时考察了成桥阶段阻尼比的变化对颤振临界风速的影响。(3)颤振临界风速简化公式的建立。根据《公路桥梁抗风设计规范》的大跨桥梁竖弯基频公式和扭转基频公式,基于Van der put公式,结合工程实例,建立了大跨斜拉桥颤振临界风速简化计算公式。(4)非线性静力抗风研究。在充分考虑桥梁结构几何非线性和静风荷载非线性影响的基础上,采用增量搜索法和内外双重迭代相结合的方法,运用ANSYS/APDL语言编制了非线性静力抗风计算程序。在不同工况作用下,分析了桥梁参数的变化对大跨度桥梁结构非线性静风稳定性的影响。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• CONTENTS
• 第1章 绪论
• 1.1 大跨度桥梁发展
• 1.2 桥梁风致作用
• 1.2.1 静力风作用
• 1.2.2 颤振
• 1.2.3 驰振
• 1.2.4 涡振
• 1.2.5 抖振
• 1.3 桥梁颤振研究进展
• 1.3.1 古典耦合颤振
• 1.3.2 分离流扭转颤振
• 1.4 本文研究的内容
• 第2章 大跨度桥梁颤振分析理论
• 2.1 桥梁颤振理论方法
• 2.1.1 二维颤振分析方法
• 2.1.2 三维颤振分析方法
• 2.1.2.1 时域分析方法
• 2.1.2.2 频域分析方法
• 2.1.2.3 分析方法比较
• 2.1.3 颤振方程的建立
• 2.1.4 颤振方程的求解
• 2.1.4.1 一般方法求解
• 2.1.4.2 降阶方法求解
• 2.1.4.3 算例求解
• 2.2 多模态耦合颤振分析
• 2.2.1 三维颤振运动控制方程建立
• 2.2.2 ANSYS 程序求解颤振临界风速
• 2.2.2.1 ANSYS 软件概述
• 2.2.2.2 ANSYS 程序求解步骤
• 2.2.3 MATLAB 程序求解颤振临界风速
• 2.2.3.1 MATLAB 软件概述
• 2.2.3.2 双参数搜索法
• 2.2.3.3 单参数搜索法
• 2.2.3.4 颤振分析自动搜索步骤
• 2.3 算例
• 2.4 本章小结
• 第3章 工程实例颤振分析
• 3.1 阳逻长江公路大桥
• 3.1.1 大跨度桥梁有限元建模
• 3.1.2 阳逻长江公路大桥动力特性分析
• 3.1.3 颤振分析结果
• 3.2 江津观音岩大桥
• 3.2.1 成桥动力特性分析
• 3.2.2 颤振结果分析
• 3.3 虎门大桥
• 3.3.1 虎门大桥成桥动力特性分析
• 3.3.2 颤振分析
• 3.3.3 结构阻尼的影响
• 3.4 颤振临界风速简化公式建立
• 3.4.1 Van der Put 公式
• 3.4.2 规范基频公式
• 3.4.3 本文临界风速简化公式
• 3.4.4 公式验算
• 3.5 小结
• 第4章 大跨度桥梁静风稳定性分析
• 4.1 静风稳定性的研究意义
• 4.2 非线性分析
• 4.2.1 几何非线性问题的求解法
• 4.2.1.1 增量法
• 4.2.1.2 Newton-Raphson 迭代法（简称N.R 法）
• 4.2.1.3 混合法
• 4.2.2 基于 ANSYS 的大跨度桥梁非线性静风稳定性分析
• 4.2.3 非线性静风失稳过程及求解步骤
• 4.3 工程实例分析
• 4.3.1 阳逻长江公路大桥静风稳定性分析
• 4.3.2 观音岩长江大桥静风稳定性分析
• 4.4 本章小结
• 第5章 结论和展望
• 5.1 总结
• 5.2 存在的问题和展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文
• 致谢